农作物秸秆指农作物籽实成熟后，收割脱粒之后的剩余物。这些剩余物包括两部分，一部分是主要的，由作物植株的茎、叶组成，称为秸秆；另一部分统称荚壳，如稻壳、麦糠、秕粒、玉米芯等，约占 l5% 左右 ( 表 4—54) 。以下介绍的秸秆利用也包括荚壳等副产物。
表 4-54 我国农作物秸秆数量估测
作物 | 总产量 ( 万吨 ) | 秸秧系数 | 秸秧量 ( 万吨 ) | 荚壳系数 | 荚壳量 ( 万吨 ) | 农副产品总量 ( 万吨 ) | 饲料系数 | 可利用量 ( 万吨 ) |
稻谷 玉米 小麦 高粱 谷子 大豆 花生 油菜籽 薯干 其他谷物 向日葵籽 胡麻籽 芝麻 其他豆类 合计 | 19848.84 12808.59 11387.89 324.22 231.77 1425.05 1263.85 1013.18 910.25 701.94 176.46 40.35 74.31 469.37 — | 0.966 1.37 1.O3 1.44 1.51 1.71 1.52 3.0 0.16 1.6 0.6 2.0 0.64 1.2 — | 19174.0 17547.8 11729.5 466.9 350.0 2436.8 1921.1 3039.5 555.2 1123.1 105.9 80.7 47.6 563.2 59141.3 | 0.206 0.24 0.26 0.23 0.20 0.46 0.32 — — 0.25 0.1 — — — — | 5160.7 3074.1 2960.9 74.6 46.4 655.5 404.4 — — 175.5 17.6 — — 12569.7 | 24334.7 20621.9 14690.4 541.5 396.4 3092.3 — 3039.5 555.2 1298.6 123.5 80.7 47.6 563.2 71711 | 0.5 0.5 0.3 0.3 0.9 0.1 0.5 0.1 0.8 0.5 0.5 0.1 0.1 0.1 | 12167.3 10310.9 4407.1 162.5 356.7 309.2 1162.8 304.0 444.2 649.3 61.8 8.1 4.8 56.3 30405 |
注：①总产量，引自中国农业年鉴， 2000 ②秸秧、荚壳系数，引自梁业森等， 1996 ③饲料系数，摘自张子仪， 2000 ④荚壳包括稻壳、麦糠、秕粒、玉米芯、苞叶等 ⑤薯干 = 甘薯产量× 0.25
( 一 ) 巨大的秸秆潜在资源
我国传统的养殖生产中一直认为作物秸秆是牛、羊草食家畜的饲料。然而，在学术界有两种不同的意见，一些人认为秸秆饲料利用率很低，甚至出现负值，即采食秸秆时消耗的能量高于秸秆中可利用的能量；通过加工可以提高利用率，但经济上不合算。另一些人则认为农区生产的大量农作物秸秆，经过加工，再加上农区丰富的棉籽饼、菜籽饼及糠麸等副产品，完全可以把牛养好，把农区建成发展草食家畜的基地。为此，有必要大力宣传利用秸秆养牛。这两种截然相反的意见，对目前农村养牛生产实际影响不大，作为生产者在传统习惯支配下，照常用秸秆喂牛，依各地经济和技术水平的不同，有的秸秆经过加工，有的不加工；补饲的精饲料有多有少，如此维持养牛生产。但是，这两种意见，能够影响政府业务主管部门的决策与投资方向，因此，元论是业务部门的领导，还是科技工作者，都在认真研究与思考。同时从生产实践中不断总结这一独具中国特色的经验。
表 4—54 的数字可以看出，秸秆的数量确实可观。用作造纸、化工等的工业原料，农民生产与生活的消耗，如直接还田、垫圈、堆肥发酵、种植蘑菇、温室覆盖等，尽管利用方式很多，但终究用量有限。如果剩余下来，霉烂或焚烧，必将造成对环境的污染。我国现有牛 12 698 万头，山羊 14 816 万只，绵羊 13 109 万只，如果秸秆能加工成饲料，则能最大量地利用秸秆，安全转化这一巨大的潜在资源。以水牛为例，平均每头每日采食稻草按 10 千克 计算，每年每头需要 3.65 吨，我国有 2 266 万头水牛 ( 中国农业年鉴， 2000) ，仅此一项每年消耗稻草 8 270 万吨，占表 4—54 中可利用饲料量的 27% 。因此，关键问题在于如何加工利用，加工后的秸秆喂牛是否有效果，是否经济可行。这是回答能否大力宣传或提倡利用秸秆养牛的焦点所在。
( 二 ) 秸秆作家畜饲料的限制因素
1. 农作物秸秆的营养价值
表 4—55 引用了几种主要秸秆的成分与营养价值，同时与北方地区公认较好的奶牛粗饲料东北羊草及役用与育肥家畜优质粗饲料谷草进行比较。由于秸秆的成分受栽培品种、水肥环境条件和收贮状况等因素的影响，同一种秸秆，生产地区不同，其成分差异可能很大，但表中数字可以反映秸秆营养价值低的一些共同原因。主要表现在纤维成分含量高 ( 中性洗涤纤维 >60% 、酸性洗涤纤维 >40%) ，粗蛋白质含量低 (3% ～ 6%) ，钙、磷等矿物质含量低，维生素含量基本缺乏。不经过加工处理，秸秆的营养价值不及中等羊草，同谷草比也有差距。秸秆成分上的这些问题使农作物秸秆质地显得粗糙，家畜采食量低、消化率低，最终导致家畜生产性能低下。
表 4-55 几种主要作物秸秆成分及营养价值与羊草比较（干物质基础）
成分 | 稻草 ( 浙江，晚 ) | 玉米秸 ( 辽宁 ) | 小麦秸 ( 新疆 ) | 谷草 ( 黑龙江 ) | 羊草 ( 黑龙江 ) |
粗蛋白 (%) 粗脂肪 (%) 粗纤维 (%) 无氮浸出物 (%) 粗灰分 (%) 中性洗涤纤维 (%) 酸性洗涤纤维 (%) 钙 (%) 总磷 (%) 奶牛能量单位 (MJ/kg) 泌乳净能 (MJ/kg) 消化能 (M1/kg) | 2.8 1.9 27.0 54.6 13.7 86.7. 54.6 0.08 0.06 1.19 3.72 8.79 | 6.6 1.O 27.7 55.7 9.O 79.5 53.2 — — 1.34 4.22 10.71 | · 6.2 1.8 35.6 45.9 10.5 81.2 48.4 0.O6 0.07 1.14 3.59 8.54 | 5.0 1.3 35.9 48.8 9.0 74.8 50.8 0.27 0.O3 1.47 4.62 9.56 | 8.1 3.9 32.1 50,9 5.O 67.2 41.2 0.40 0.20 1.51 4.71 9.81 |
（引自：中国饲料成分及营养价值表：奶牛营养需要和饲养标准， 2000 ）
2. 农作物秸秆的特殊组织结构
作物秸秆由植物细胞壁和细胞内容物两部分组成，其中细胞壁所占比例在 80% 以上。各组分的消化性不同，见图 4—33 。图中所示说明植物细胞壁并不是完全不能被消化，而是由秸秆组织结构特点所决定的。首先是木质素，它是影响秸秆被瘤胃微生物消化降解的主要因素，其作用机制的研究工作还在继续，早期研究者认为是木质素与半纤维素的结合形成物理镶嵌结构，对瘤胃微生物纤维素酶的渗入造成封闭。随后的研究认为木质素与碳水化合物的结合键抵抗纤维素酶的分解作用，木质素降解中的多酚化合物是一种对底物的抑制物，抑制瘤胃微生物在秸秆细胞壁上的附着。尤其是酚醛类物质与细胞壁多糖的结合，使细胞壁上附着的微生物数量减少，使微生物酶很难发挥作用。第二是硅酸盐的存在影响秸秆的消化。硅的生物学功能是保护细胞壁免遭酶的攻击，因此大多数硅不溶解。稻草中含硅量较其他秸秆为高，我国稻草干物质中灰分含量在 13% 以上，而稻草的钙、磷含量很低，因此，灰分中主要是硅酸盐，它们阻碍秸秆中多糖类碳水化合物成分的消化。试验表明，如果将稻草中的硅除去，其消化率有可能大幅度提高。稻草叶片中含硅量高、茎中低，这就是为什么稻草叶片的消化率低于茎秆的原因 ( 表 4—56) 。
表 4-56 稻草与麦秸不同部位消化率比较 （单位： % ，干物质）
种类 | 茎 | 叶 | 叶鞘 | 全植株 |
稻草 麦秸 | 50.4 32.5 | 41.8 59.8 | 25.5 50.4 | 36.4 48.6 |
注：消化率为羊瘤胃 48 小时干物质消失率。品种：水稻 - 威忧 64 ，小麦 -3039 （引自：邢廷铣， 1995 ）
麦秸茎中木质素含量比叶片高 ( 表 4—57) ，故消化性与稻草相反，叶片的消化率高于茎秆。第三是细胞壁中纤维素的结晶程度。研究指出，纤维细胞的分子排列有规则的称为“结晶型”，散乱排列的称为“不定型”。秸秆中纤维分子排列多数是结晶型，而瘤胃微生物分泌的纤维素酶易于降解不定型的部分，难于降解结晶型纤维，这也是构成秸秆消化率低的原因。第四是秸秆纤维的毛细管结构。纤维细胞间隙及维管束之间的孔隙直径在 200
表 4-57 稻草与麦秸不同部位化学成分比较 （单位： % ）
部位 | 种类 | 粗蛋白 | 中性洗涤纤维 | 酸性洗涤纤维 | 木质素 | 总灰分 |
茎 叶 叶鞘 | 稻草 麦秸 稻草 麦秸 稻草 麦秸 | 3.1 2.4 7.8 8.9 5.1 3.9 | 64.9 75.7 61.1 58.2 71.9 68.6 | 43.6 64.6 39.8 44.9 48.4 51.1 | 4.5 9.8 5.5 6.7 5.5 5.8 | 13.9 4.7 16.0 13.1 14.1 9.5 |
注：三品种平均值 （引自：邢廷铣， 1995 ）
3. 其他因素
其他如秸秆的蛋白质含量低也是一个限制因素。一般说来，反刍动物饲料的蛋白质含量应不低于 8% ，还应具有较高的生物学价值。当粗饲料的有机物消化率为 50% 时，粗蛋白含量至少达到 6% 才能保持瘤胃微生物的活力，随着有机物消化率的提高，粗蛋白含量也要相应增加。然而秸秆中不仅蛋白质含量低，这部分蛋白质还可以与细胞壁中多糖或酚醛酸类物质共价结合，使蛋白质的利用率下降，减少了对瘤胃微生物的氮源供应，影响微生物的生长繁殖，必然降低秸秆的利用率。因此，任何增加氮的措施都有助于秸秆消化率的提高。
以上种种限制因素的查明，是科技工作者持之以恒的研究获得的成果。针对这些因素采取相应措施，排除种种限制，就有可能将秸秆中潜在可消化的养分最大限度地释放出来，为家畜利用。这就是提出秸秆有可能进行加工处理提高消化和利用率的科学依据。
( 三 ) 秸秆的物理加工方法
秸秆的物理加工指机械粉碎、揉搓、压制颗粒，加压蒸汽处理，热喷处理和高能辐射处理等物理方法。研究表明，这些方法对提高秸秆的消化率和营养价值都有一定的效果，经过实践，就目前生产和经济水平来说，只有粉碎、揉搓、压制颗粒等方法比较简便可行。其余方法皆因耗能多、设备贵、技术较复杂等原因，尚难投入使用。
1. 机械粉碎 机械粉碎加工秸秆是常用的方法，用电或柴油发动机为动力，采用合适的机械将秸秆打碎，粉碎的秸秆减少了动物咀嚼的时间，加快了采食速度，扩大了与瘤胃微生物酶接触的表面积，使消化率和采食量都得到提高。据研究报道，若粉碎太细会降低消化率。因为在瘤胃通过的速度快，减少了停留及被微生物酶降解的时间。尽管采食量有所提高，是否能抵消因消化率下降而带来的损失，涉及复杂的生理、生化机制、家畜体况条件和日粮构成等许多问题。因为，有另一些研究报道认为采用粗粉碎较好，并建议采用孔径为 l0 ～ 15 毫米的筛板，使秸秆粉碎的细度保持在 6 ～ 8 毫米。这样可以减少粉碎过细引起的消化功能紊乱、瘤胃臌胀、乳脂率降低等问题的发生。
粉碎后压制成颗粒，也有提高采食量和瘤胃流通速度，方便运输、贮存和减少损耗等优点。同样也存在消化率降低的可能，而且增加能耗，提高了加工成本。因此要结合实际，并与家畜生产陛能提高所获得的经济效益进行核算。
近年来秸秆铡切机械中引进了揉搓技术，生产的新型秸秆揉搓机，将秸秆撕裂，不会发生潮湿稻草缠绕机具的故障，玉米秸秆的粗节也能被搓成细碎的小片，这一技术将促进秸秆的加工利用。
2. 热喷处理秸秆 热喷处理是运用气体分子动力学的原理和相应机械结合，在高温高压作用下，通过喷放的机械效应加工秸秆的方法。也是一种膨化技术，可以处理木材锯屑等木质素含量高的粗原料。经温度、压力和喷放作用的结果，细胞间木质素熔化，某些结合键断开，打乱了纤维素细胞的晶体结构，细胞组织被“撕”开呈游离状态，增加了与瘤胃微生物酶液接触的表面积，提高了通行速度和消化率。处理秸秆的结果见表 4—58 。
表 4-58 热喷技术的适宜条件与结果
分组 | 压力 (k9/cm2) | 时间 (min) | 温度 ( ℃ ) | 中性洗涤纤维消化率 (%+) |
对照麦秸 试验工 试验Ⅱ 试验Ⅲ 试验Ⅳ | ' 1 16 20 31 31 34 | ——— 5 3 2 3 1 | __ —— 200 211 234 234 238 | 37.93 61.75 60.20 69.69 71.90 70.04 |
* 绵羊瘤胃， 48 小时 （引自：贺健， 1981 ）
热喷试验的方法与效果： ① 处理前秸秆经粉碎，稍加湿润。粉碎的目的在于提高热压罐装草的密度；加水量控制在 45% 以下。 ② 热耗试验测定， l 吨煤产生 5 吨蒸汽，可处理 10 吨秸秆。 ③ 中 J 胜洗涤纤维的消化率，实际是中性洗涤纤维热分解部分与瘤胃内被消化部分的总和。④热喷处理中建议不添加无机氮，例如尿素，有可能受热分解与纤维成分形成新的难溶化合物。试验证明对消化率没有促进作用。
表 4—58 说明热喷处理秸秆的效果明显，但从加热锅炉的热能消耗与粉碎秸秆的电能消耗来看，总的能耗较多。热喷机械由蒸汽锅炉、热压罐、泄力贮罐及相关辅助设备组成，并不算复杂。但是，还是需要因地制宜，力求经济、技术和社会效益的统一。
( 四 ) 秸秆的化学处理方法
秸秆的化学处理指用烧碱、氨、尿素、氨水、碳酸氢铵、石灰等碱性或碱性含氮的化合物处理秸秆的方法。在碱的作用下，可以打开纤维素、半纤维素与木质素之间对碱不稳定的酯键，溶解半纤维素和一部分木质素及硅酸盐。纤维发生膨胀，让瘤胃中微生物的酶液能够渗入，从而改善适口性，增加采食量，提高秸秆的消化率。是目前研究最多，生产中效果比较明显的处理秸秆的方法。但从经济、技术及对环境的影响几方面综合分析，认为氨处理秸秆比较适用，也是联合国粮农组织正在推广的方法。
1. 氨处理秸秆的方法 通常称为氨化秸秆。早在 1905 年德国人研究用氨处理秸秆的方法，并获得专利。以后陆续传播至欧洲各国，并不断改进，直至 1978 年，挪威科学家研究和建立了一个简便实用的堆垛氨化法，才使这一技术在世界较广的范围走向实用。
(1) 氨源：
1) 液氨：分子式 NHs ，是具有刺激性的无色气体，在高压作用下，气体液化称元水液氨，含氮量 82.3% ，易溶于水，液氨须贮存在专用钢瓶中，注意防爆和泄露对人畜的危害。故运输和使用须有专用设备，秸秆中常用量为 3% ～ 3.5% 。
2) 尿素：含氮量 44% ～ 46% ，为白色结晶颗粒，易溶于水，易潮解，尿素处理秸秆的作用按如下化学反应：
CO(NHz)z+Hz O-…- ～ *2NH3+C02 ，是在一定温度条件下，经脲酶和微生物的作用分解产生氨。常用量为秸秆干重的 4% ～ 5% 。
3) 氨水：是氨溶于水而成的溶液，有强烈的氨味和有刺激性，含氮量 20% ～ 25% ，需要有专用运输设备和防护装备，以防伤害人畜皮肤和黏膜，常用量占秸秆的 l2% 左右。
4) 碳酸氢铵：含氮量 l5% ～ l7% ，是一种化肥，低温下分解不完全，适宜分解温度 30 ～ 60℃ ，化学反应式为： NHaHC0 。竺 sNH 。 +C02+Hz0 ，适宜在气温高的季节或有加热设施时使用，常用量占秸秆干重的 8% ～ l2% 。
此外，还有硫酸铵、氯化铵等，上述氨源要根据各自的化学性质特点来使用，才能产生较理想的效果。如尿素需要有一定温度和脲酶的作用；碳酸氢铵需要较高温度才能完全分解等。
(2) 氨处理秸秆的方法
1) 堆垛法：将准备堆草垛的场所整平，铺一块厚 0.12 毫米左右的塑料膜，收获的秸秆用手工或机械打捆，排列整齐堆成方形草垛，垛顶缩小，以利封盖后顶部不积雨雪。垛周边留出 30 ～ 50 厘米的薄膜，再用一块大的塑料膜由上往下覆盖，到底部与垫底的膜重叠，包一木棍或铁管卷起来，最后压上沙包，四周用绳固定，防风吹破。施氨的方法依所用氨源而异，如为液氨，在堆垛至中部，埋放一根管壁打了许多小孔的铁管，草垛盖严后伸出薄膜，以便与氨槽车的输氨管连接，往垛里输氨 ( 图 4—34) 。也可不事先埋管，草垛封严后，将输氨槽车上的管子连接一根尖头的氨枪，直接插入，分 2 ～ 3 个点往草垛里输氨，拔出氨枪，立即用胶带将破口粘补严实。新收获的秸秆，如果潮湿则不要再加水，如果太干，在堆垛的同时，按每吨秸秆 l50 ～ 200 千克水均匀喷洒，可提高氨化效果。氨源为尿素，按每吨秸秆加水 400 ～ 450 千克计算，将尿素溶于水中，用潜水泵分层喷洒到秸秆上，其余操作相同。此法适于较大的养殖场采用。
2) 窖池法：可建立类似青贮窖的水泥、砖、石结构的窖，由于氨化秸秆在温暖季节每天都可制作，故每个窖或池不宜过大，具体大小按养牛头数与每天饲喂氨化秸秆的数量而定。举例说明，养牛 l0 头，日粮中氨化秸秆每头每日 5 千克 ， 5 天共 250 千克，设计一组四联池，长、宽各 360 厘米 ，深 75 厘米 ，从中交叉隔成 4 个小池，池壁厚 20 厘米，容积 6. 75 米 ，按切短秸秆的密度每立方米 l 50 千克 计算，共可加工氨化秸秆约l 吨 ( 图 4 ～ 35) 。每小池 250 千克，每池秸秆氨化时间按 l5 天设计，依环境温度决定氨化的时间，则每个小池的启用、喂完、再加工及四个小池轮流使用的计划见表 4—59 。若养牛头数少，可建二联池，按此作出加工和使用的计划表。
池号 | 启用 | 加工 | 开始喂 | 用完 |
1 2 3 4 1 | 1 6 11 16 21 | 6 11 16 21 26 | 15 21 26 3l 36 | 20 25 30 35 40 |
4) 其他方法：如塑料袋、锯开的空汽油桶等均可进行秸秆的氨化，河南农民利用向阳的围墙作为一面修建氨化池，由于向阳、温度较高、氨化效果好，即使在冬季也能继续进行。
(3) 氨处理秸秆的技术要点
1) 氨源和氨的用量：前面氨源段落中已分别介绍了适宜用量，液氨 3% 、尿素 5% 、碳铵 l2% 、氨水 l2% 等，根据分子量的计算，依各自的用量比例，各种氨源中总氨的含量相等。因此，如果把握好各自所需的温度、湿度等条件，使氨充分释放，则有可能提高氨化的效果。例如碳铵，在 30 ～ 70 ℃条件下分解逐渐提高，如果在 30℃ 以下，使用量需占秸秆干重的 l2% ；若在 30℃ 以上的条件下，可能用量 8% ～ l0% 就能得到相同的效果。又如尿素要在脲酶作用下才能充分分解，虽然许多植物中都有存在，但麦秸中脲酶含量很低，在用尿素处理小麦秸时，如果增加少量含脲酶丰富的生大豆粉等原料，则可以提高氨化作用的效果，达到经济而有效地利用氨源的目的。
2) 温度和时间条件，除氨化炉外，在自然条件下要求在 20℃ 以上才能收到较好的氨处理效果，而氨处理时间主要决定于温度的高低。经过科学试验，总结出氨处理秸秆的温度条件与完成处理所需时间的关系 ( 表 4—60) 。
环境温度 ( ℃ ) | 处理时间 ( 天 ) |
<5 5 ～ 15 20 15 ～ 30 >30 | >56 28 ～ 56 15 7 ～ 28 <7 |
上述氨源中，碳铵比较特殊，在 30℃ 以下分解不完全，即使延长时间，效果也不好，因此要利用覆盖薄膜，在阳光下产生温室效应，或选择向阳地点建氨化设施，或集中在温暖季节进行加工等措施，创造和提高氨化处理时的温度条件。
3) 秸秆的含水量即氨处理的湿度条件：是影响氨处理效果的重要因素，在用占干物质重量 3.4% 的氨，处理时间 8 周的试验表明 ( 图 4—37) 随着秸秆含水量的增加和处理温度的升高，秸秆氨处理效果 ( 体外有机物消化率 ) 逐渐提高。但是增加秸秆含水量存在
4) 秸秆原料的状况：试验测定结果表明，质量较差的秸秆，氨处理后提高消化率的幅度较大。因此对质量较高的秸秆是否进行氨处理，应该进行经济评估，豆科植物秸秆、棉花秸秆等氨处理效果不好，不宜采用氨处理的加工方法。因为氨是作用于秸秆细胞壁中木质素与半纤维素和纤维素结合的酯键。禾本科植物是酯键的结合；而豆科植物细胞壁中这部分是以醚键形式结合。
2. 碱处理秸秆的方法 碱处理通常指烧碱即氢氧化钠 (NaOH) 处理秸秆的方法。早在 1895 年由德国人提出用稀碱液处理燕麦秸秆的方法，收到效果。此后 l919 年由科学家贝克曼较系统地提出用 1.5% 的氢氧化钠溶液加工秸秆的方法，其操作程序如图 4—38 所示。该方法的提出，由于效果明显，很快在欧洲传播开来，应用到生产实践中。碱处理后的秸秆无论采食量、 . 消化率、能量营养价值都明显提高。用于喂牛，可以节省谷物精料，开发饲料资源，维持养牛生产，在当时战争环境下发挥了重要作用，以致这一技术几乎持续了半个世纪，这就是所谓的“湿法”碱处理。直到 1964 年，科学家考虑到浸洗秸秆后剩余碱液的排放，家畜采食后饮水量增加，排泄物中钠离子浓度增加对土壤的污染，以及体内矿物质元素不平衡等负面效应难于克服，提出用占秸秆干物质重 4% ～ 6% 的氢氧化钠，配成较浓的溶液 (20% ～ 30%) 直接喷洒到秸秆中，不需冲洗，称为 “ 干法 ” 。喷洒碱液后的秸秆，同样表现出明显的效果 ( 表 4—61) 。表中说明，碱的浓度从 2% ～ 8% 都有效果，从经济合理性考虑，认为以 4% ～ 6% 浓度较好，同时碱处理秸秆随着温度的升高和处理时间延长，干物质消化率相应提高。碱处理后立即 (5 分钟 ) 消化与存放 ( 作用 ) 一段时问对消化率提高的效果不太明显。以后的试验中发现，干法碱处理后立即压制颗粒对消化率的提高有明显效果。挤压过程秸秆的温度升至 90% ，热和压力加强了碱处理的效果，同时秸秆的密度由每立方米 50 千克 提高到 500 千克。颗粒中可加精料 50% ～ l0% ，以适应不同家畜的需要 ( 图 4—39) 。
表 4-61 温度、处理时间和碱的浓度对干法处理麦秸消化率 * 的影响
温度 CC) | 处理时间 | 碱 (NaOH) 浓度占干物质的 (%) | ||||
23 60 | 0 24 5mim 15min 45min | 0 38 38 38 36 38 | 2 39 44 45 45 45 | 4 42 54 52 54 55 | 6 41 63 60 62 65 | 8 62 68 64 67 68 |
“ 干法 ” 处理秸秆收到广泛的效果，无论是喂奶牛 ( 表 4—62) ，肉牛或小反刍家畜。技术也在不断改进，例如增加少量元机酸中和碱处理秸秆的高 pH ，丹麦生产了碱处理秸秆的机械设备，即在秸秆打捆的过程中，有较浓的碱液 ( 通常为 27%) 自动喷雾到流过的秸秆碎片上，经过挤压、摩擦、打成草捆，此时氢氧化钠浓度为 5% ，堆放在通 风的草棚里当干草用。尽管如此，“干法”碱处理仍然存在与“湿法”类似的污染环境、成本较高 等问题，甚至发现连续饲喂超过 3 个月后，开始出现影响家畜健康的迹象。 “ 干法 ” 投入生产使用持续了十来年时光，仍然被悄悄兴起的尿素、液氨处理秸秆的方法代替了。
表 4-62 “干法”碱处理秸秆喂奶牛试验结果
组别 | 干物质采食量 (kg ／头、日 ) | 乳产量 (kg ／头、日 ) | 乳脂率 (%) | 牛奶固形物 (%) |
未处理秸秆组 处理秸秆组 | 10.8 13.4 | 17.6 19.0 | 3.54 3.74 | 12.27 12.82 |
注：①日粮中精料占 50% ②碱浓度占秸秆干重的 8% （引自： Jackson ， 1978 ）
这一被淘汰的方法之所以重新提起，是因为碱处理秸秆的发展历程对今后加工处理秸秆的方法有启迪作用。尤其是氢氧化钠与氢氧化钙对秸秆的 } 昆合处理，加入氢氧化钙，节省了氢氧化钠的用量，降低了对环境的污染程度，同样收到碱处理秸秆提高消化率的效果，还能给动物补充钙元素。生石灰遇水成为氢氧化钙，即所谓熟石灰，其来源容易，而且价格便宜，只要符合饲料卫生标准，生石灰中有害物质如铅、砷等不能超标，是今后秸秆处理和加工中值得重视的一种原料。以氢氧化钠为原料的碱处理秸秆的方法，包括湿法和干法都先后被淘汰了，科学技术的历史记录了碱处理在作物秸秆加工中发挥过的作用，其中的氢氧化钙一直保留至今。
( 五 ) 秸秆的生物学处理方法
用生物学的方法处理秸秆，把秸秆改变成可以利用的饲料。包括用无机酸处理，加无机氮，在一定的温度、湿度和通气搅拌等条件下，接种微生物进行培养发酵来加工秸秆的方法。有关方法和产品，市场上已经出现，其效果如何，有待实践检验。有一个很现实的问题，就是要求花钱少，能量消耗少，还要降低污染。由于接种的微生物生长在秸秆上，要消耗所有可溶性养分满足自己的需要。单凭微生物降解秸秆中的纤维和半纤维是不够的，即使对秸秆不做任何处理，牛也能消化利用。关键是选择的微生物要能降解木质素，然而只利用木质素的微生物很少，比较突出的要数白腐真菌，作用后秸秆中木质素含量明显降低。 l975 年科学家用不同品系的白腐菌接种在锯末上，发酵后锯末的体内消化率得到改善，提高的程度与木质素被降解的量高度相关。处理时间 2 ～ 3 个月，锯末的体内消化率由 46% 提高到 74% ，原料本身失重 20% ，分别降解 50% 的木质素和 20% 的碳水化合物。这样的效果，如果将菌种用在秸秆上也会使消化率得到提高。但这种方法所需时间较长，虽然在农村条件下可能不算什么缺点，但周期长，生产效率和产量都降低，不能满足较大规模养殖生产的需要。
生物学处理方法还有用秸秆作能源生产单细胞蛋白的方法，或直接将能水解纤维的微生物培养在秸秆上，或间接地通过水解多糖化合物，或酶解产生单糖去培养酵母。还有人用活酵母培养在经化学方法降解的秸秆上，然后将降解的秸秆连同酵母一起喂牛。
在一定压力下，先用硫酸蒸煮秸秆，后用氨中和秸秆中半纤维素等多糖，水解的结果可提供 20% 左右供发酵的糖，酵母在水解的秸秆上培养 35 小时，然后将全部发酵材料经热空气烘干用来喂牛。培养酵母时添加了一定量的元机氮，产品含粗蛋白 72 ～ 10% ，消化率 47% 。但这种加工的方法，秸秆中碳水化合物对牛的可利用效率并不算高，同时还有相当比例的干物质损失，秸秆中加入的一些无机氮转变成了微生物蛋白，如果秸秆中加尿素喂牛，同样也会能被牛瘤胃中微生物转化利用。
( 六 ) 关于秸秆处理提高利用率的思路
以上介绍了各种处理秸秆的方法，这些方法可分为两类，一类是从外部处理秸秆，提高其采食量和利用率；另一类是针对秸秆本身存在的问题，例如含氮量低，就补充氮素，削弱秸秆中粗纤维成分在瘤胃中的抗营养作用，提高瘤胃微生物对秸秆的降解作用。秸秆质量低劣，是因为其中细胞壁对消化酶顽强的抵抗，任何单一的方法或技术想要使秸秆的利用率提高较多，是很难的。科学家们考虑到了综合的方法与技术，并为此进行了许多试验，结果证明可以将秸秆中可利用成分比较充分地释放出来，很显然，这么多的方法如何综合，要因地制宜，并进行各自的经济核算，最后作出选择。以下介绍总结两种思路。
1. 混合处理 引用科学家进行的一项试验，可能会较清楚地说明混合处理秸秆提高利用率的结果。本项试验首先配制了两种尿素添加物，一种是尿素混合盐 ( 代号 U) ，另一种是尿素加豆饼混合盐 ( 代号 US) 。是以尿素为主分别加入一定量的能量饲料 ( 玉米粉 ) 或植物性蛋白质饲料 ( 豆饼粉 ) ，并与各种矿物质、微量元素及食盐组成的混合物，其成分见表 4—63 。第二步将秸秆分别进行粗粉碎 ( 代号 C) 、细粉碎并加工成颗粒 ( 代号 P) 和碱处理 ( 代号 A) 。以这些秸秆的不同组合，分别加入不同的尿素添加物，每千克秸秆添加 100 ～ 104 克 ，配成 8 种试验日粮，其主要成分见表 4—64 。第三步喂牛饲养试验，共 32 头小公牛，分成 8 组，每组 4 头 ( 安格斯牛、夏洛来牛各 2 头 ) ，各喂 1 种日粮。试验牛按常规于 21 天预试期内驱除体内外寄生虫，每牛注射 250 万单位维生素 A 和 37.5 万单位维生素 D ，正式试验期 l0S 天。饲料自由采食，日喂 2 次，单栏喂养，定期测定剩料量，每隔 3 周连续称重 3 天，取平均值。所得结果，饲料干物质采食量、平均日增重和饲料效率列于表 4—65 。由表中可以比较不同组合处理和加工的秸秆的饲养效果。牛采食的基本营养物质、能量、蛋白质、矿物质、维生素，各组基本相同和平衡，但粗粉碎秸秆，只加尿素混合物的日粮组，没有增重稍有掉膘，其他各组结果则不同。以碱处理、制颗粒加尿素添加物的混合处理效果最好。
表 4-63 尿素添加物的组成 （单位： % ）
原 . 料 | 尿素混合盐 | 尿素 + 豆饼混合盐 |
尿素 玉米粉 豆饼粉 盐 磷酸氢钙 碳酸钾 硫酸镁 (7 水 ) 硫，元素 微量元素混合物 含氮量 NPN ／总 N | 37.4 22.7 — 1.7 18.3 13.4 4.3 0.6 1.6 17.5 98.1 | 35.3 — 24.9 1.6 18.5 13.3 4.3 0.7 1.6 18.2 89.3 |
（引自： Coombe ， 1979 ）
表 4-64 各试验日粮的主要成分含量 （单位： %DM ）
日粮 成分 | C — U | C — US | P — U | P — US | AC — U | AC — US | AP — U | AP — US |
干物质 (%) 千物质中：灰分 氮 中性洗涤纤维 酸性洗涤纤维 木质素 | 87.6 7.1 2.1 76.7 49.1 6.O | 88.0 7.0 2.O 76.0 49.4 6.O | 90.2 8.O 2.3 74.3 47.1 5.8 | 89.4 8.O 2.4 74.6 48.2 5.9 | 65.7 14.4 2.4 64.2 50.6 6.2 | 65.8 14.5 2.3 64.2 50.8 6.2 | 85.5 11.5 2.3 67.0 47.8 5.8 | 86.5 12.2 2.3 67.O 46.4 5.3 |
注：日粮代号： C 粗粮碎秸秆， P 秸秆细胞粉碎制颗粒， A 碱处理秸秆， U 尿素混合盐， US 尿素 + 豆饼混合盐。
表 4-65 不同日粮对牛的采食量与增重的影响
日粮组 | 干物质采食量 | 平均日增重 | 每千克增重耗料 | |
kg ／日 | 占体重 % | (kg) | (kg) | |
C — U C — US P — U P — US AC — U AC — US AP — U AP — US | 4.28 4.76 6.58 5.70 6.15 5.57 7.79 8.19 | 1.60 1.74 2.28 2.OO 2.25 2.12 2.52 2.64 | -O.9 0.11 0.50 0.22 0.48 0.33 0.61 0.62 | 127.4 21.8 14.0 37.6 13.3 19.5 12.7 14.0 |
2. 营养补充农作物秸秆喂牛消化利用率低，是由于秸秆本身可溶性养分含量太少，其他营养成分含量贫乏，因此，在以秸秆为基础日粮时，适当补充氮素、能量、矿物质微量元素或与其他优质牧草混合使用，有可能激活瘤胃微生物的活性，促进微生物酶对秸秆纤维的降解，因而能提高秸秆的营养价值。
补充含氮物，以秸秆为基础的日粮中，补充尿素、磷酸脲或其他含氮物，可以提高秸秆的采食量，通常尿素的添加量占日粮干物质重的 0.5 % ～ 2% ，虽然直接加尿素的效果不如用尿素氨化秸秆的效果好，因为秸秆经氨处理后，不仅纤维结构发生变化，秸秆中的矿物质的利用率也被提高，使日粮营养趋向平衡。
补充过瘤胃蛋白，主要指大豆、棉籽等饼粕与鱼粉，动物以秸秆为主要饲料时，体内往往缺少氨基酸和可消化能量物质，适当补充后动物的生产性能明显提高。虽然鱼粉是价格较高的蛋白质来源，在以氨化秸秆为基础日粮喂牛的试验中，每头每日补充 200 克 鱼粉的饲养效果和补饲 l 千克精饲料相同，在有条件的地区，可以选择采用。
补充优质粗饲料，如豆科、禾本科青干草，甜菜渣等，所含纤维结构比秸秆中的质量优良，因而能促进瘤胃微生物分泌纤维素酶，使秸秆在瘤胃中的消化速度和秸秆的采食量提高。
补充青绿饲料，在以秸秆为基础日粮喂牛的地区，青绿饲料可能稀缺，但若少量补充一些 (10% ～ 20%) ，可以改善瘤胃的生态环境，青绿饲料中的可溶性糖分、维生素和矿物质等成分，将促进瘤胃微生物的生长繁殖，提供了可发酵的碳水化合物，使秸秆纤维的消化率得到提高。
补充矿物质，以上提到的补充优质粗饲料、青绿饲料及饼粕、鱼粉等，这些饲料含矿物质成分较多，因为秸秆中矿物质含量不平衡，例如稻草中二氧化硅的含量很高，而其他必需元素含量低，补充含 } 昆合矿物盐的添加剂或给家畜以舔砖自由采食，满足瘤胃微生物对矿物质元素的需要，改善瘤胃胃液的离子平衡，促进瘤胃微生物对秸秆的降解。
以上营养物质的补充，同样存在依具体条件综合补充比单项补充效果好的问题，因为利用秸秆资源必须建立在平衡营养的科学基础上。此外，对瘤胃内生态系统的调控，例如补充异构酸为瘤胃微生物自身合成某些氨基酸提供原料。去除瘤胃原虫技术，调控瘤胃内生态环境。重组 DNA 技术，对瘤胃细菌进行遗传改造等新技术的研究和进展，为反刍动物更充分有效地利用农作物秸秆预示出一个更广阔的前景。
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