秸秆进行生物发酵饲料的运用能够产生较好的经济效益及社会效益

2018-07-12 21:50:33      点击:
导读

据统计,我国农村农作物秸秆年产量在7~8亿t,而2017年全年各类农作物秸秆总量达9亿t,但超过70%的均腐烂于田中或者被直接焚烧。简言之,有效资源得不到合理开发利用,且在处理办法上更是有失科学,资源浪费、环境污染等(张丹,2017)。总的来看,近几年国内农作物秸秆饲料用率不足30%。在上世纪农业机械化未完全普及之前,秸秆资源的处理和利用相对合理。进入新世纪之后,机械化作物推进,再加上人们生活水平与环境的大幅改善,对于秸秆等民用需求不再强烈,农作物秸秆在部分地区直接进行焚烧处理。研究表明,农作物秸秆属于重要的饲草来源(秸秆微生物处理技术,2014),尤其是在美国、澳洲等地区,市面上的肉食动物、家禽等超过7成都是由草转化而来,尤其是澳洲地区,更是达到90%以上。由此可见,农作物秸秆可以变废为宝,秸秆生物发酵饲料的经济效益和社会效益空前显著。

1微生物发酵秸秆的效能及国内综合利用现状

1.1 微生物发酵秸秆的利用效能

农作物秸秆的主要成分是粗纤维、木质素、粗蛋白质及抗营养物质等,尤其是蛋白质含量(曹红梅和刘文文,2016),直接占到4%~6%。此外,秸秆生物中的中性洗涤纤维及酸性洗涤纤维也占到较大比重,但这些营养物质很难直接被羊、牛等食草动物直接消化利用(张立霞等,2016)。正因如此,微生物发酵秸秆处理技术显的很关键。在微生物发酵处理过程中,微生物会大量繁殖,会分泌各类物质,包括木质素酶、纤维素酶、半纤维素酶及果胶酶等。这些物质可直接用来降解并转化成为上述提到的木质素、纤维素,并原有基础上进一步提升生物内部蛋白质的含量。所以,微生物秸秆在发酵处理之前,蛋白质含量在5%左右,而在发酵处理之后,蛋白质含量提升到16%以上(赵娜等,2014)。其中,纤维分解率超过30%,消化率更是达到50%。以稻米类秸秆微生物来看,发酵处理之后消化率可提升到58%,而北方大部玉米秸秆微生物发酵处理之后消化率达62%。


1.2 我国秸秆综合利用现状

社会经济发展与环境保护的矛盾。简言之可归纳为两方面:首先是农村地区农作物生产种植阶段产生的环境问题。近些年来,秸秆焚烧较多,即便国家和各地基层部门强化管理,并制定处罚制度,但依然无法完全规避秸秆焚烧(刘纪成等,2017)。仔细分析不难发现,绝大部分农户主要是考虑到秸秆回收成本高,费时费力,何况非经济作物类的粮食种植生产,全年也就区区几千块钱的经济收入,所以,农业种植大都不属于农民主营收入。正因如此,早些年在全国范围内,尤其是我国北方地区,农户都均择焚烧秸秆,造成严重的环境问题(刘海霞,2016)。其次,农村经济与产业发展的问题。由于秸秆综合利用程度较低,也进一步加剧了产业链短与布局不合理的情况。就目前而言,我国离现代农业的全面推进还有很大不足,而秸秆综合利用恰恰是最直观的衡量指标(刘海霞,2016)。如何化害为宜、变废为宝,加快建设节约型新农村与良性的农业产业生态链已是大势所趋,更是城乡一体化与城镇化的进的必经之路。为了提升农作物秸秆的利用率,近年来,国家政府相继推出了系列法规与政策。首先,大力发展和推广秸秆生物制成型燃料技术,旨在解决既往相关科研中经费不足的问题。此外,以各县市为单位,尤其是对我国北方地区各农业大县适当加大财政补贴。最后,进一步优化秸秆焚烧的监督惩罚及其落实方案。

2秸秆合理利用下的经济效益

2.1 有助于提高农民的生活质量

首先,秸秆的合理利用最直接的好处是提升田间耕地生产力(汪润生和赵洪武,2016)。秸秆直接翻新甚至焚烧的行为均不利于农作物的生产种植。反之,可增加耕地土壤有机质成分及土地的自我清洁能力。不仅为广大农户节省化肥开支,并且增加亩产量。其次,促进农民就业结构。就目前来看,不仅是在东北农村地区,包括山东、河北、河南等整个北方大部,农业早已不是农民的主营收入,大多外出打工、经商等。

总之,青壮年劳动力均在城市或其他地区从事其他行业,仅有小部分人继续从事农业相关工作。之所以会出现这样的局面,主要是趋于经济利益的需要。故此,秸秆的合理利用可以增产,有效改善土地质量,并且还会刺激相关产业链的发展。通过改变农村传统落后的生产经营方式和单一的务农作业形式,加速农业结构的调整。

最后,如上所述,产业结构的优化为三农经济的发展建设注入新活力,也增添了新经济增长点。在此情形下带来最直观的变化,即改变技术性人员外流的局面。秸秆经济带来区域内以饲料工业为主体的各关联产业发展,为农村优秀人才提供新机遇。


2.2 助推乡镇企业的转型发展

农作物秸秆在农村地区的产量多、来源广,即原料充足且选择性多。在这种情形下,对于农户可变废为宝,对于饲料企业可大幅降低原料成本。与此同时,大力开发秸秆资源,将秸秆肥料化、饲料化、燃料化、原料化(王国桦和姜高亮,2018),从而再次改变企业原本单一的产品生产模式,加速推进地方工业企业的业务转型,进入到多个生产领域。如此以来,有效提升企业运转能力,增强整个区域行业的市场竞争力,最终更好地反馈到本地经济的建设与服务上。

如上,以东北地区小麦、玉米作物收割后的秸秆为例。各省市地区从2016年均强化了各方保障举措,紧紧围绕政策支持,加速提高秸秆的综合利用。将政府引导与监管、乡镇企业进驻参与及向农户宣教科学可持续的农业发展理念相结合。首先,积极推广了秸秆粉碎还田和保护性耕作。在上世纪90年代,秸秆粉碎或直接铲除非常普遍,但由于农村生活方式的大幅转变,无论是从生活需求还是从经济、技术角度,广大农村居民对农作物秸秆的需求几乎消失(马秋颖,2017)。仔细分析不难发现,因为秸秆在农户眼中不再是“宝”,反而成为累赘。所以,在改革推进中可以此为突破口,各地方政府部门近两年给予的支持和措施体现于此。其次,在前者基础上积极推广秸秆养畜,抓好生物质秸秆压块生产,对于相关机器设备的购买,政府部门给予一定比例的补贴。总之,一切围绕着农户经济利益来推进。

“软硬兼施,协同推进”。在保障农户经济利益的同时,更需要强化制度的约束力,正所谓“无规矩,不成圆”,当地环保局依照相关政策,推行具体实施方案,加强组织领导,加大宣传教育与监督。

3基于农村经济与社会综合效益服务建构的秸秆发酵饲料开发

3.1 目前所处的困境

首先,秸秆的综合利用附加值低。尽管在该领域的创新发展与机制改进持续推行,但由于国内起步研究与关注实践较晚,综合利用率低和附加值低仍是当前真实写照。以秸秆饲料生产为例,目前很多秸秆资源未经处理便被当成饲料,如常见的牛、羊饲养等。

其次,短期内无法有效形成规模优势。缺少规模优势,自然无法有效加速整个产业链条的优化与构建。就目前来看,管理制度方面、生产规模方面、经营运作形式方面等均属于亟待解决的矛盾。正因如此,也使得市场机制不够完善化,导致农业等部门出台的相应政策、法规及补贴、鼓励机制等无法有效融合市场生产。

最后,缺乏经济实用的配套技术设备。秸秆生物发酵饲料的研发、加工、生产等需要企业拥有一整套技术体系,与常规饲料生产存在一定出入。具体来看,秸秆的收集工作本身就相当繁琐,且任务量较大。但目前相关投入与技术支撑仍很欠缺。


3.2 明确发展目标展现秸秆发酵饲料优势

对于秸秆发酵饲料的优势和现实意义主要包括减少农村养殖业成本、提高饲料适口性、提高动物抗病力、提高饲料利用率等(楚天舒,杨增玲,韩鲁佳,2016)。但短期有序推广的确很难。故此,需要制定一套循序层级推进路线。

首先,因地制宜、突出重点方向。继东北农村地区来看,各地在进行秸秆综合利用时,应根据各地实际情况确立多元利用的技术模式(马秋颖,2017)。其次,以效益优先为主,以实现生产经营的最大收益为目的。经济收益是带动区域内农户、企业及相关单位部门协同推进、持续投入的关键。所以,必须要做好合理分配。再者,示范与推广相结合。结合实际,以点带线。如建立示范户,提供必要补贴,对其进行技术指导。只有让广大农户看到切实收益才能更加顺畅引导农户自行开展秸秆综合利用。最后,充分发挥政府引导与市场导向的发展理念。对发展建设中存留的问题及可能出现的矛盾采取必要的手段措施及时应对、优化。

在运作模式构建上可分主次、全局推进。第一,原材料和厂方。可在郊区、远离城市的地带或者在平原农村地区建厂生产。如此以来,原料产地也是饲料产品的加工地,包括运输费在内的各项成本均可大幅缩减。在此基础上,场地选址要通过调研数据来决定,即选择秸秆高产且交通通达性好的区域,并设立秸秆回收点,以点带面。第二,需要当地或外部企业投资,即技术和资金的支撑。秸秆生物发酵饲料的生产管理并非简单的粗加工,需要新技术、新设备等。大中规模的企业一般都有自己的研发团队和技术团队,可将秸秆各种方法加以利用。第三,国家的政策扶持,即项目支持者。建议各地方政府部门积极引导,达成企业与农村、政府间的多方合作。将区域经济的发展、秸秆合理开发利用与三农经济的转型过渡融为一体,为地方经济提供新的增长点。最后,市场,即消费群体。就地生产、就地消费对于构建本地一体化的产业链条在技术、资金、设施等方面均更加有利,即市场的协同性和有序性。当然,也可大规模外销。总之,直接面向区域或周边农村地区养殖农户进行销售,随着后期扩大生产规模可进军城市和其他省市地区。

4结 语

秸秆资源的综合利用,尤其是秸秆生物发酵饲料具有经济增长和社会进步的双重效益。各地方镇政府部门作为一个相对性的农业中心,应全权负责农业技术指导,协调好各方工作的推进。关于秸秆生物发酵饲料的生产、加工及产业链条的优化升级,目前我国国内尚未形成有效的成熟体系,只是在部分县市有一定的经验可借鉴。在发展过程中最大的缺陷在于资金投入、技术研发和政策保障层面。这些基础性的保障前提是影响农村农户参与的直观影响因素,即如何将既往农户眼中的“废”变成“宝”的问题。所以,加强组织领导、加快农业产业化进程、强化配套服务,做好基础性的协调工作才是关键。

加强型粗饲料降解剂对粗饲料处理的功能原理

加强型粗饲料降解剂是一个针对所有粗饲料处理的一个新产品。本产品能对所有的秸秆和纤维类原料(如玉米秸、麦秸、高粱秸、花生壳、花生藤、统糠、稻草、各种树叶)、糟渣(木薯渣、蔗渣、甜菜渣、谷类酒糟等粗纤维含量高的糟渣原料)等进行降解其粗纤维,降解速度快,降解后再配合其他精饲料即可饲养家畜、家禽,经众多养殖户使用验证效果良好,经济效益明显,为降低养殖成本找到了又一条行之有效的途径。

粗饲料降解剂.jpg 

本品与活力99生酵剂最大的区别在使用上,有三大特点:

① 一是主要用来处理纤维含量高的秸秆类饲料,成为猪等单胃动物可以消化吸收的优质饲料。

② 二是可以用来处理全价饲料等精饲料,使全价饲料的消化率提高8-15%左右,猪料肉比达2.8等,一头猪降耗近至少40斤,另外用来发酵豆粕等产生小肽,发酵小麦和次粉等消除非淀粉多糖等抗营养因子。

③ 三是处理纤维含量比较高的糟渣类食品下脚料等如木薯渣、啤酒糟等。

本品完全改变传统的纯酶直接作用效果一般的弊病,创新之处是在主要动物外源酶系统下采用了独到的一系列辅酶技术,鞣合到酶解反应中,同时加入螯合的微量元素激活剂和复合益生菌,效果证明,主酶、辅酶系统、活化剂和益生菌是极佳组合,形成了一个全新产品。对提高饲料消化吸收率和降解粗饲料中的粗纤维效果显著提高,请您对比测试验证。

众所周知,粗饲料(主要指秸秆类)处理饲喂单胃动物技术一直未被国家认可,虽然许多人在国家专利局申请了数百项发明,却长期被认为是“伪科学”。市场上也出现了不少处理秸秆饲料饲喂单胃动物的产品,但效果都未能获得专家的认可,这些产品处理秸秆的主要原理有两种:一种是利用酶(酶解),一种是利用微生物(微贮)。

酶处理秸秆速度快,有一定的转化率,但缺点很多,特别是不能对处理后的秸秆饲料进行保鲜保存,很快就会霉变,因此养殖户一次性不可以大批量地处理,只能处理一次利用一次,不利于规模养殖。

降解发酵后的米糠.jpg 

微生物方式处理秸秆成本低,营养转化略差于酶的处理效果,优点是对处理完成的饲料可以长时间保存。缺点是处理时间很长,一般需要20—40天(夏短冬长),用户需要大容量的容器密封保存。

但以上两种不管哪种方式,对粗饲料中的纤维降解程度都达不到单胃动物的饲料要求,这也就是专家不认可的主要原因之一。

对于粗饲料而言,单胃动物体内没有相关的内源性酶来消化吸收它们(动物的内源酶主要是指蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶等),所以单胃动物消化粗饲料必须借助外源性酶(如纤维素酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶、果胶酶、β-葡聚糖酶等),而且充分的体外降解是必须的,在动物体外将这些粗饲料进行适当降解,同时在体外改造粗饲料的结构性质,使其进入体内后能更好地消化并吸收;因为外源性酶在动物体内的作用虽然有效,但却是有限的,只有四到五个小时的作用时间(会随粪便排出),同时在通过动物胃时,还要受到胃蛋白酶和胃酸的攻击(酶本身是蛋白质,所以会受胃蛋白酶攻击),通过胃后酶的活性恐怕只剩下一半了,所以我们必须做好体外降解这个工作。

体外降解最大的难题在于降解不彻底,酶在其产生的原始细胞内的活性是最高的,除了PH值和温度外,还有一个最适的微环境。我们就要力图在体外制造这样一个最适合酶作用的微环境(例如反刍动物牛的瘤胃可以轻易地消化秸秆,但在体外却不行,仿瘤胃的人工瘤胃一直无法真正达到相应的体内消化功能)。酶作用的活性中心是微介电的,我们用的助剂就有助于形成这样一个环境,并对酶分子进行相关修饰,可使其减少产物抑制效应,利用这一点可以有效地起到事半功倍的效果。我们的目标是体外消化30%,并为体内消化创造有利条件(改造纤维结构和与其他如木质素、半纤维素的结合度),单胃动物体内消化60%。

另外,酶在体外发挥作用的另外一个难题是:纤维素酶产生的产物葡萄糖等会对酶进一步降解粗纤维产生严重的抑制作用,从而使降解无法继续下去,这是所有体外酶降解的一个难题(即产物抑制效应),如何解决这个问题呢?我们研制了相应的微生物菌群来影响这一效应,纤酶降解产生的产物葡萄糖等马上被相应的嗜糖厌氧型微生物吸收,变成菌体蛋白、有机酸、维生素、大量的微量元素络合物、和改性分子等较容易被畜禽动物消化利用的东西,而并不影响动物食用后的育肥效果。葡萄糖产物去除后,会加快纤酶降解的进一步进行,从而比较彻底地降解粗饲料。

另外一个难点在于分解秸秆类原料的细胞间质成分,这在我们的粗饲料降解剂中已有相关的充分的间质酶和微生物储备,来进行这项工作。

体外降解是为体内降解作条件准备,这种准备工作是非常重要的,它对体内降解起着决定性的作用,虽然体外降解只降解30%左右,但体外还有一个最重要的作用就是:把千缠万绕的粗纤维-木质素-半纤维素的复合体,进行了有效的分割,使它们不再缠绕在一起,从而改变了秸秆等原料的结构,我们知道,其实真正的纯的粗纤维是很容易被酶分解的,但如果粗纤维与木质素、半纤维素缠绕在一起的话,就根本不可能分解;所以,解开缠绕,也是体外降解的重要作用之一;

最后,真正大规模分解和消化秸秆纤维是在体内进行的,占到了60%以上,体内降解基本不存在产物抑制效应,因为动物如猪的小肠绒毛可以快速吸收分解产生的葡萄糖,本品中的嗜酸菌和嗜糖菌,也可以快速把葡萄糖转变成为小分子衍生物如有机酸、酮醛等能更快地穿过小肠绒毛的小分子,迅速解除产物抑制效应,加上在体外已经充分地解开了粗纤维-木质素-半纤维素的复合体的缠绕,从而加快了粗纤维的降解过程,所以,能在体外降解和改造的基础上,达到体内降解60%的目的。

在操作的时候,还需要用户把秸秆之类的原料粉碎处理,粉碎得细效果更好,能增加纤维酶的作用效率30%以上。

在直接处理常规饲料实验中(即处理自配料、全价饲料),将我们的粗饲料降解剂直接处理2小时或直接拌料饲喂,连续与对比组进行7天的粪便进行记重,实验组粪便减少了35%,证明其消化吸收显著提高料耗降低,动物生长良好。

本产品可以将大部分农作物秸秆、蔗渣、荚壳类、木薯渣、酒糟、甜菜渣、统糠等在较短的时间内处理成为单胃(猪鸡鸭鹅等)和非单胃动物(牛羊马等)均可消化吸收的优质饲料,提高动物的免疫力,有效降低养殖场的臭味和氨气,降低发病率,最大幅度地降低您的饲养成本。

“粗饲料降解剂”的滤纸定量降解试验

使用新华定量滤纸,滤纸是纯纤维性物质,常用来测定纤维素酶的活性,一个样品使用50个定量滤纸,控制各组滤纸处理前重量为5克,大于5克的进行适当裁剪。在35度水浴中,用各个样品的水溶液处理滤纸4小时,取出,50度烘干二小时,并称重,与处理前的样品重量进行比较。

实验结果

空白对照

同类产品对照组

“粗饲料降解剂”

“活力99生酵剂”

滤纸重量

5克

5克

5克

5克

处理后称重量

4.96

4.75克

3.28克

4.92克

分解量

0

0.21克

1.75克

0.04克

分解率

0

4.23%

35.28%

0.8%

分解率为同类产品对照组的倍数

----

---

8.34倍

0.19倍

滤纸试验结果如下:

注:分解量为处理烘干后用空白对照的重量减去各实验组的重量;

分解率为用各实验组的分解量除以4.96克(空白对照的重量)

结果可知:可见同类产品对照组即使是分解纯纤维的滤纸,其能力也是有限的。

“粗饲料降解剂”35度分解4小时滤纸分解率达到35%多,实验中可明显感觉到滤纸重量减少。分解率是同类产品对照组的8倍多,至于为什么分解稻草只有它的5倍多,而分解滤纸是8倍多呢?分析是由于酶活化剂不同而至,“粗饲料降解剂”的酶活化剂容易受高灰分的影响,而稻草中的灰分是各种植物原料中最高的,粗灰分达到25%以上,氧化硅含量达13%,是玉米秸的数倍,所以影响了分解稻草的能力,而在纯纤维滤纸分解中则不受影响。“活力99生酵剂”则由于需要时间稍长才有纤维分解力(微生物需要激活、繁衍后才能产生活力),所以效果不佳,需要时间才能达到一定效果。


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