秸稈飼料化利用的研究進(jìn)展

張晉愛，史澤根

（朔州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西朔州 036002）

秸稈是農(nóng)作物收獲籽實(shí)后的剩余部分，是成熟農(nóng)作物莖葉部分的總稱。秸稈中含有一半以上的光合作用產(chǎn)物，富含氮、磷、鉀、鈣、鎂等礦物元素、有機(jī)質(zhì)和纖維素等（呂中旺等，2018）。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，具有豐富的秸稈資源，占世界秸稈總產(chǎn)量的20% ～30%（王紅梅等，2017）。但大部分農(nóng)作物的秸稈利用率較低，多數(shù)作為能源焚燒或隨意堆積、丟棄和掩埋，造成了資源的大量浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境的污染，影響了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和農(nóng)村居住環(huán)境的美化。數(shù)據(jù)表明，發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)的秸稈綜合利用率達(dá)到90%，英國(guó)達(dá)到70%，而目前我國(guó)秸稈飼料化利用率僅占可收集資源量的20%（相姝楠，2017），秸稈飼料化利用具有廣闊的發(fā)展前景。

秸稈普遍存在質(zhì)地粗硬、適口性差、采食量低、消化率低、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值不高等缺點(diǎn)（Olukomaiya等，2020 ；Huang 等，2018），需要通過物理、化學(xué)和生物等技術(shù)對(duì)其進(jìn)行加工后才適合飼喂畜禽，同時(shí)可以提高秸稈利用率。

因此，本文綜述了我國(guó)目前飼料化秸稈的生產(chǎn)現(xiàn)狀、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、加工技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀，并提出相關(guān)建議，旨在為推動(dòng)秸稈飼料化高效應(yīng)用提供理論支持。

1 主要秸稈飼料化利用現(xiàn)狀

2021 年全國(guó)農(nóng)作物秸稈利用量6.47 億t，綜合利用率達(dá)88.1%，其中飼料化利用量達(dá)1.32億t，飼料化利用率達(dá)18%，飼料化利用市場(chǎng)主體占比最高，達(dá)到76.9%。根據(jù)楊傳文等（2023）采用草谷比法估算的農(nóng)作物秸稈資源分布顯示，小麥（1.66×108t，占比21.45%）和玉米（2.64×108t，占比31.45%）秸稈仍舊是主要的農(nóng)作物秸稈種類。秸稈資源量排名前三的為黑龍江、河南和山東三省，與糧食產(chǎn)量成正比，其中，小麥秸稈主要分布在華北地區(qū)，玉米秸稈主要分布在東北和華北地區(qū)。

石祖梁等（2017）研究發(fā)現(xiàn)，玉米肥料化、飼料化利用率較高，分別為43.75%、36.43% ；小麥秸稈以肥料化利用為主，分別為74.5% 和69.0%，僅8.45% 和8.63% 作為飼料化使用；豆類秸稈飼料化利用量最高，分別占比68.2% 和44.94%。

不同作物秸稈的物理特性不同，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值有較大差異，部分還存在抗?fàn)I養(yǎng)因子或有害物質(zhì)，在推動(dòng)秸稈飼料化利用過程中應(yīng)選取適宜秸稈或者開發(fā)改善其品質(zhì)的加工技術(shù)以滿足動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)需求。

2 不同品種秸稈的營(yíng)養(yǎng)及飼料化應(yīng)用

2.1 玉米秸稈 據(jù)美國(guó)農(nóng)業(yè)部2019—2020 年統(tǒng)計(jì)，中國(guó)玉米產(chǎn)量占全球比重的23.32%，排名第2（張海峰等，2021）。玉米秸稈可作為反芻動(dòng)物的“粗飼料”，但其粗蛋白質(zhì)含量低（9% 左右）、纖維素含量高，直接飼喂適口性差、消化利用率低。為提高玉米秸稈的消化率，一般將玉米秸稈制成青貯或黃貯飼料，增加其有機(jī)酸、蛋白質(zhì)含量，降低纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的含量，使其更利于牛羊消化吸收。飼喂肉牛、奶牛、羊等動(dòng)物后發(fā)現(xiàn)，在肉牛生產(chǎn)中添加玉米秸稈黃貯飼料對(duì)日增重和養(yǎng)殖利潤(rùn)的增加效果顯著（肖躍強(qiáng)等，2020）。與干秸稈相比，飼喂青貯秸稈的肉牛平均日增重顯著提高（韓振強(qiáng)等，2023）。飼喂全株青貯玉米可以使奶牛日均產(chǎn)奶量多0.77 kg（靳曉麗和呂信，2019）。與玉米黃貯相比，全株玉米青貯可顯著提高奶牛的平均日產(chǎn)奶量、乳蛋白含量及奶牛平均日采食粗料量、平均日產(chǎn)奶量、乳蛋白率、乳脂率和乳糖率（王繼紅等，2020）。陳平等（2023）研究發(fā)現(xiàn)，飼喂青貯玉米組羊營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率較高。

2.2 小麥秸稈 小麥秸稈中含有豐富的中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、粗纖維，粗蛋白質(zhì)和粗脂肪含量較低，并含有少量的鈣和磷（袁文煥等，2018）。國(guó)家糧油信息中心統(tǒng)計(jì)，2020/2021 年度（6 月至次年5 月）我國(guó)小麥飼用量3800 萬t（陳康等，2021）。小麥?zhǔn)斋@后即可收集秸稈制作青貯飼料，含水量高達(dá)70% 左右（趙愛之等，2020），改善了小麥秸稈適口性不好的缺點(diǎn)，提高秸稈利用率。因此，在日糧中使用小麥秸稈替代玉米可以減少畜牧業(yè)對(duì)玉米的依賴，從而降低飼料成本。李海前和李學(xué)釗（2021）研究表明，肉牛加喂發(fā)酵過的小麥秸稈日增重0.60 kg，比對(duì)照組高出0.20 kg，養(yǎng)殖收益對(duì)比明顯。陳化靚等（2023）研究發(fā)現(xiàn)，肉羊加喂發(fā)酵過的含有中草藥的小麥秸稈，養(yǎng)殖收益對(duì)比明顯。

2.3 豆類秸稈 常見豆類的葉和莖也是常用飼料，如大豆、綠豆和黑豆等。豌豆藤是一種很有價(jià)值的青貯飼料。豌豆秸稈和手工收獲的大豆秸稈比谷物秸稈具有更高的飼養(yǎng)價(jià)值，但回收起來相對(duì)困難。大豆秸稈可以放牧、青貯或干燥制成干草。其葉子對(duì)牛適口性強(qiáng)，具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和良好的消化率。扁豆纖維含量高（30% ～40%），但粗蛋白質(zhì)含量較低，以干物質(zhì)計(jì)算不到10%，品質(zhì)優(yōu)于小麥和其他谷物，在瘤胃中可高度降解（Haile 等，2017）。何天駿等（2018）采用青貯蠶豆秸稈飼料飼喂湖羊，顯著提高了湖羊的采食量和進(jìn)食速度。豆類秸稈還可減少谷物使用量，提供了重要的環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)（Calles 等，2019）。

2.4 向日葵秸稈 向日葵秸稈中的營(yíng)養(yǎng)成分遠(yuǎn)超于豆科、禾本科干草，特別是鈣含量較高。牛日糧中添加向日葵秸稈可增加牛的采食率，還能提高料肉比，促進(jìn)牛的日增重，減少成本投入（米文華，2019）。合理投喂向日葵秸稈飼料能有效提高羊的采食量，利于羊的增重與生長(zhǎng)，增加出欄率（賈軍和烏仁塔娜，2021）。

3 不同秸稈飼料化加工技術(shù)

雖然秸稈具有一定的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，適于飼喂動(dòng)物，但同時(shí)也存在很多問題。如谷類秸稈缺乏蛋白質(zhì)，細(xì)胞壁占干物質(zhì)的80%，是反芻動(dòng)物的一大能量來源。但瘤胃微生物消化細(xì)胞壁多糖（纖維素和半纖維素）的能力受酚類和木質(zhì)素等的限制。小麥和大豆中含有抗?fàn)I養(yǎng)因子?？紤]到上述問題，開發(fā)了許多秸稈加工技術(shù)來提高秸稈的利用效率。

3.1 物理處理法 物理處理法一般指采用破碎、剝落、蒸煮、壓塊和膨化等物理手段改變秸稈的物理特性，不影響其化學(xué)成分。一般在秸稈飼料化過程中，先采用物理處理法作為預(yù)處理，破壞秸稈細(xì)胞壁和纖維結(jié)構(gòu)，提高表面積，進(jìn)一步增加秸稈利用率，提高后續(xù)處理的有效性。Akobi 等（2016）研究表明，壓塊可降低木質(zhì)纖維素的顆粒尺寸和結(jié)晶度，提高生物質(zhì)糖可用性的表面積。蒸汽爆破技術(shù)可有效提高玉米秸稈體外培養(yǎng)的酶消化率，促進(jìn)微生物定植（Wang 等，2020）。

3.2 化學(xué)處理法 化學(xué)處理包括堿化、酸化、氧化和氨化。堿化法、酸化法和氧化法由于污染嚴(yán)重、成本高等原因尚未得到廣泛應(yīng)用。氧化法一般是使用臭氧或過氧化氫處理，增加秸稈和酶的接觸面積，對(duì)技術(shù)要求高、成本高，適用范圍較?。ㄍ跫?，2022 ；王雨晴等，2019）。氨化法是化學(xué)加工中常用的一種方法，在提高秸稈消化率的同時(shí)可以補(bǔ)充氮源。但液氨和氨水運(yùn)輸非常不方便。上述方法可以結(jié)合使用。如秸稈中的木質(zhì)纖維素含量為80% ～95%。其水解性能較差，阻礙了能量回收和揮發(fā)性混凝土降解的吸收和降解，可采用中溫厭氧消化和尿素加硝酸鹽預(yù)處理（Chen等，2019）。

3.3 生物處理法 生物處理法則是利用微生物或酶對(duì)秸稈進(jìn)行處理，制備營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高、適口性更強(qiáng)的飼料加工技術(shù)。主要方法包括發(fā)酵、青黃貯、微貯、酶水解等。發(fā)酵技術(shù)可以通過多種微生物形成的微生態(tài)發(fā)酵池來轉(zhuǎn)化秸稈中豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。王朝等（2020）研究表明，由木霉和釀酒酵母菌發(fā)酵的玉米秸稈粗蛋白質(zhì)含量最高，達(dá)到13.23%。青黃貯利用秸稈自身的有益菌發(fā)酵產(chǎn)生乳酸，有效抑制腐敗細(xì)菌的生長(zhǎng)，提高秸稈的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，保證了飼料的安全和長(zhǎng)期保存。微貯技術(shù)與青黃貯技術(shù)類似，將秸稈置于密閉環(huán)境內(nèi)，添加不少于一種的微生物菌劑進(jìn)行繁殖發(fā)酵，降解秸稈中的纖維素和木質(zhì)素，提高牛羊采食率和生長(zhǎng)性能。利用酶水（纖維素酶、半纖維素酶、木聚糖酶、果膠酶等）降解秸稈中的纖維素和木質(zhì)素等難吸收物質(zhì)可以提高秸稈的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

4 結(jié)論及展望

雖然我國(guó)作物秸稈產(chǎn)量大，但秸稈飼料化利用率較低，影響秸稈飼料化利用的限制因素主要有以下幾點(diǎn)：（1）秸稈銷售價(jià)格較低，農(nóng)民收集意愿較低；（2）秸稈營(yíng)養(yǎng)成分受地域、環(huán)境、栽培技術(shù)影響較大，良莠不齊，甚至部分存在霉變、生物毒素等質(zhì)量安全問題，難以保證穩(wěn)定的秸稈供應(yīng)；（3）飼料加工仍存在成本投入高、步驟復(fù)雜、需要大型設(shè)備等問題；（4）現(xiàn)有的飼料加工技術(shù)對(duì)秸稈營(yíng)養(yǎng)價(jià)值提升有限，仍大多沿用較為傳統(tǒng)的青貯、氨化、微貯等技術(shù)。

針對(duì)上述限制因素，提出的對(duì)策如下：

（1）加快秸稈- 飼料產(chǎn)業(yè)全鏈條化，增強(qiáng)種植端和養(yǎng)殖端的緊密聯(lián)系。鼓勵(lì)養(yǎng)殖企業(yè)或飼料加工企業(yè)與種植企業(yè)、農(nóng)戶等簽訂訂單式合作，加工生產(chǎn)穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)、安全的飼料原料，解決養(yǎng)殖場(chǎng)戶收集難的問題。

（2）加快飼料加工技術(shù)的研發(fā)，提高飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。在現(xiàn)有飼料加工技術(shù)的前提下開發(fā)新型加工技術(shù)，降低加工成本，提高秸稈利用率和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，提高飼喂動(dòng)物的采食率。

（3）制定秸稈飼料化應(yīng)用政策，引領(lǐng)其穩(wěn)定發(fā)展。秸稈營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和分布地域存在較大差異，應(yīng)該因地制宜地制定相關(guān)鼓勵(lì)政策，對(duì)從事秸稈飼料化的企業(yè)、機(jī)構(gòu)、個(gè)人進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，促進(jìn)區(qū)域性秸稈飼料化利用，增加其經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

秸稈飼料化不僅可以改善畜牧產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，提高經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，同時(shí)還可改善環(huán)境，促進(jìn)畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展。