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辣椒秸秆千万别丢了,这7大用处,简直颠覆你的想象!
发布时间:2021-01-04 14:06:15    作者:    来源:长江蔬菜    点击:1263

辣椒作为一种主要的蔬菜作物,在我国广泛栽培。据国家大宗蔬菜产业技术体系统计,近年来我国辣椒年种植面积稳定在2.1×106h㎡以上,总产量达6.4×107吨。

若按照辣椒产废系数(辣椒秸秆产量/辣椒产量)0.36计算,理论上每年大约有2.3×107吨辣椒秸秆废弃物产生,而实际上,我国辣椒秸秆年产生量早已达6.9×107吨。由于辣椒秸秆在腐烂分解过程中所产生的化感物质对农作物的生长发育具有一定的抑制作用,因此不适宜直接还田。

传统的做法是将秸秆燃烧后还田,虽然能够有效消除化感物质的影响,但会造成大气污染。自“蓝天保卫战”打响以来,全国已全面禁止露天燃烧农作物秸秆,秸秆燃烧后还田已不具备可行性。

目前,我国大部分辣椒秸秆未得到充分利用被无序堆放在田间地头由其自然腐烂,或者被当成废弃物随意丢弃,不仅容易孳生病虫害,增加植保成本,还会造成环境污染。同时,将这些秸秆人工运输至垃圾站或集中处理点的运输成本非常高,这无疑会加重农民或种植户的负担。对辣椒秸秆进行无害化处理和资源化利用,实现秸秆废弃物的就近利用,引起了学者们的广泛关注。本文就国内辣椒秸秆资源化利用的研究进展进行综述,以期为探索辣椒秸秆废弃物的高效循环利用提供一定参考。

1辣椒秸秆物料的特性

辣椒秸秆废弃物主要由辣椒叶、茎和根等组成,偶尔会有少量果实。毕金华等对辣椒秸秆不同部位占整株秸秆的比例进行了调查统计,发现辣椒叶鲜质量占整株的55.42%,茎为33.73%,而以干质量计时叶的比例下降至50.83%,茎上升为39.07%。化学组分研究分析发现,辣椒秸秆主要成分含量为全碳42.7%、全氮2.28%、全磷0.55%、全钾1.35%、纤维素27.06%、半纤维素19.64%、木质素16.16%、粗脂肪1.78%、粗蛋白20.43%。

秸秆中各部位的营养成分存在显著差异,其中叶的水分、灰分、全磷、全钾、粗脂肪和粗蛋白含量均高于根和茎,而纤维素、半纤维、木质素、碳水化合物含量及碳氮比均低于根和茎。

陆相龙等测定了辣椒秸秆的营养成分,结果表明:

辣椒生长末期采收的秸秆粗纤维含量为28.55%~33.82%;粗蛋白含量为14.79%~16.72%;粗灰分含量为11.20%~11.48%;木质素含量为13.64%~18.61%;还有一定量的辣椒素和二氢辣椒素。

由此可见,不同研究者报道的辣椒秸秆成分含量存在一定的差异,这可能与辣椒品种、采收时间、秸秆部位、拉秧后处理时间等的差异有关。另外,杜龙龙等发现辣椒秸秆废弃物具有较强的番茄根结线虫致死作用,且这种致死作用在秸秆含量较低时就能表现出来。

2辣椒秸秆废弃物资源化利用现状

2.1辣椒秸秆堆肥

堆肥化处理是指人工控制条件下,使秸秆废弃物在微生物的作用下反复经历高温腐熟的过程,这一过程不仅能加速有机质的降解,杀死物料本身携带的病原菌和寄生虫卵等,还可以把有机物转化为稳定的腐殖质,从而实现秸秆废弃物的资源化利用。堆肥化处理对环境非常友好,已成为当前蔬菜秸秆废弃物无害化处理和资源化利用的主要方式之一。

辣椒与其他蔬菜作物不同,其秸秆的木质化程度较高,难以被微生物快速降解利用的木质素和纤维素比重大,这在一定程度上影响了堆肥化处理技术和工艺在辣椒秸秆上的应用效果。目前,辣椒秸秆堆肥化处理主要采用高温好氧发酵方式进行,鸡粪、牛粪、羊粪、小麦秸秆、蘑菇渣等是较为理想的堆肥辅料,张福锁等认为,在高温好氧堆肥过程中适当添加有机质含量高、木质化程度低、易降解的小麦秸秆,有利于实现辣椒秸秆的资源化。

外源微生物以接种通用型堆肥腐熟菌剂如VT微生物菌剂等为主,而关于应用辣椒秸秆特效或专用型堆肥菌剂的文献报道鲜见。微生物菌剂在堆肥发酵中并不是必需的,但可以加速物料腐熟,提高堆肥产品品质。霍凯丽等研究了辣椒秸秆快速高温好氧堆肥工艺,发现辣椒秸秆加入鸡粪和微生物菌剂后进行好氧堆肥均能够明显提高堆体温度和高温持续时间,加快腐熟,但鸡粪的升温效果优于微生物菌剂,因此认为鸡粪是辣椒和小麦秸秆联合发酵时的最佳辅料。

辣椒秸秆经堆肥化处理后所得产品是一种良好的土壤改良剂和有机肥料,还田后不仅能够促进蔬菜幼苗根系生物量的积累,增加根系活力,显著提高壮苗指数,而且对番茄根结线虫具有一定的拮抗抑制作用。

此外,辣椒秸秆堆肥与化肥配施,在减少化肥用量同时还能提高蔬菜产量和品质,杨冬艳等在关于辣椒秸秆堆肥与化肥配施对日光温室番茄产量和品质的影响研究中发现,辣椒秸秆堆肥配施50%的化肥时,番茄产量显著提高且果实的综合品质最优。

2.2辣椒秸秆作基质

生产栽培基质是蔬菜秸秆废弃物资源化利用的另一种途径。理论上所有的蔬菜秸秆都可以用来生产栽培基质,但在实际生产中往往会选取符合基椒秸秆生物质活性炭的主要方法。化学活化剂是制备活性炭的关键因素之一,辣椒秸秆生物质活性炭制备中应用的化学活化剂主要是碱金属和盐类,应用酸类活化剂的文献报道较少。

杨可等分别以KOH、K2C2O4等作为活化剂成功制备出了具有传统煤质或者木质活性炭的性能且吸附性能良好的辣椒秸秆生物质活性炭。李红艳等以K2C2O4为活化剂制备出的活性炭吸附性能好。毛宇等以废弃的辣椒秸秆为原料制备出的活性炭孔隙结构丰富、呈蜂窝状,且具有良好的碘、亚甲基蓝吸附性。

质要求即具有一定稳定物理性状的秸秆作为栽培基质的生产原料。辣椒新鲜秸秆直接用作栽培基质对蔬菜的生长具有一定的抑制作用,需经过高温彻底腐熟后才能与其他物料混合调配成栽培基质。

研究发现,基质中辣椒秸秆的含量比例不能太高,否则会影响栽培效果,何圣米等研究了辣椒秸秆与草炭按不同体积比例配制成的混合基质对黄瓜育苗、辣椒育苗和生长的影响,结果发现,在草炭中添加20%辣椒秸秆配制成的混合基质有利于提高辣椒产量,最适合作辣椒基质栽培,添加20%~40%的辣椒秸秆时能促进辣椒、黄瓜出苗,适合于辣椒、黄瓜育苗,添加60%的辣椒秸秆时既不利于辣椒、黄瓜出苗,也不利于辣椒营养生长和产量形成。

陈昌全以辣椒秸秆为原料发明了一种辣椒育苗基质,该基质营养丰富,使种子发芽时间缩短了20%~30%,发芽率达到了84.3%,不仅显著提高了育苗效率,还具有减少育苗、贮藏和运输成本等优势。

2.3作食用菌培养基

辣椒秸秆中含有大量的粗蛋白、木质素、纤维素、半纤维素以及丰富的钙、磷、钾等矿质元素,可以为香菇等食用菌提供生长所需的碳源和氮源,满足其整体营养需求。因此,不少学者尝试用辣椒秸秆培养食用菌,并形成了能够替代传统木材的更为经济适用的培养配方。兰红礼等用朝天椒秸秆栽培平菇发现,平菇菌丝长势、子实体质量和生物转化率等与棉籽壳培养基差不多,但成本更为低廉,可以用来代替棉籽壳。

黄鹏等以小辣椒秸秆为主料袋栽培香菇,结果表明,添加了75%和70%辣椒秸秆的栎木木屑混合基质栽培出的香菇有微辣味,香味浓,子实体产量、品质等性状与纯栎木木屑配方无差异,但抗杂菌污染性状优于纯栎木木屑配方。高攀宏以辣椒秸秆为主要原料发明了一种食用菌富硒培养基,该培养基中辣椒秸秆替代了大部分的玉米芯和棉籽壳,具有原材料成本低、抗杂菌能力强、菌丝萌发快、生物转化率高等优势,且适用于多种常见食用菌的培养。

2.4辣椒秸秆制作饲料

辣椒秸秆含有一定量的必需氨基酸、甜味氨基酸、辣椒素、胡萝卜素、维生素C等,能够为禽畜提供营养,而且辣椒素能显著提高禽畜食欲和生产性能、改善禽畜健康状况和禽畜产品品质。已有研究表明,辣椒秸秆的营养成分与苜蓿接近,可以作为草食动物的粗饲料来源和单胃动物特定饲养阶段的饲料原料。

因此,辣椒秸秆具有一定潜在的饲用价值。周松涛等研究了辣椒秸秆对生长獭兔的营养价值,认为生长獭兔对辣椒秸秆中的主要营养物质具有较好的利用率,辣椒秸秆作为饲料应用于獭兔生产具有一定的可行性。陆相龙研究了将辣椒秸秆加入饲料中对产蛋鸡的影响,结果表明,加入辣椒秸秆的饲料喂养后会导致蛋壳质量下降,破损率显著增加,产蛋鸡养殖经济效益并不理想。

由此可见,辣椒秸秆作为饲料原料喂养禽畜的效果因禽畜的不同而存在一定的差异。新鲜饲料作物经青贮后不仅可以改善品质,还可以延长保存时间。辣椒新鲜秸秆直接青贮不能调制出高品质的青贮饲料,周娟娟等研究了水分和添加剂对辣椒秸秆青贮品质的影响,结果表明,水分、添加剂及两者互作对青贮效果均有显著影响,当辣椒秸秆中含水量为75%左右时适宜青贮,添加马铃薯渣则在各种水分含量下均具有较好的青贮效果。因此,辣椒秸秆青贮可优先考虑添加使用马铃薯渣。

2.5辣椒秸秆制作生物质活性炭

活性炭是具有丰富孔隙结构和高比表面积的碳质吸附材料,因其可以作为构建生物膜的载体对污染物质进行吸附降解,已被广泛应用于净化污染水源、处理工业废水等领域。传统活性炭的主要来源是煤炭、煤矸石、石化副产品等,但这些资源具有不可再生性,因此近年来利用农业废弃物制备生物质活性炭引起了研究者的广泛关注。生物质活性炭即利用自然界的可再生或可循环的生物有机质为原料制备活性炭。辣椒秸秆炭含量高,灰分及硫含量低,具有制作生物质活性炭的潜能。

化学法制备的活性炭具有孔隙大等优点,是当前制备辣椒秸秆生物质活性炭的主要方法。化学活化剂是制备活性炭的关键因素之一,辣椒秸秆生物质活性炭制备中应用的化学活化剂主要是碱金属和盐类,应用酸类活化剂的文献报道较少。杨可等分别以KOH、K2CO3等作为活化剂成功制备出了具有传统煤质或者木质活性炭的性能且吸附性能良好的辣椒秸秆生物质活性炭。李红艳等以K2C2O4为活化剂制备出的活性炭吸附性能好。毛宇等以废弃的辣椒秸秆为原料制备出的活性炭孔隙结构丰富、呈蜂窝状,且具有良好的碘、亚甲基蓝吸附性。

2.6辣椒秸秆生产木炭和沼气

辣椒秸秆木质化程度高,木质素和纤维素含量高,热值也是蔬菜秸秆中最高的,适合作木炭。运用辣椒秸秆制作木炭的工艺并不复杂,将辣椒秸秆运输到集中处理点后经粉碎烘干、高温碳化、压缩成型等流程处理后,即可制作出木炭。该模式处理辣椒秸秆的效率高、效益好,已在部分地区得到推广应用。辣椒秸秆还具有一定的厌氧发酵沼气生产潜力。

毕金华等在分析化学组分的基础上研究了辣椒秸秆厌氧发酵生产沼气的可能性,发现辣椒秸秆各部位均具有一定的产沼气潜力,但差异显著,其中叶的产沼气潜力最大,茎次之,根最小。对照经验分子式推测的理论产沼气量评估转化率时,发现辣椒秸秆各部位厌氧发酵产沼气转化率均较低。

2.7其他

辣椒秸秆结构较为疏松,具有一定吸附性,在重金属、染料吸附剂及新材料的应用研究中也表现出一定的利用价值。弥宝彬等在研究辣椒秸秆对Cr(Ⅵ)(六价铬)的吸附行为和机理中发现,辣椒秸秆在室温下就能吸附重金属铬水溶液,当溶液为酸性时吸附量更大,辣椒秸秆对铬的吸附会经历氧化还原反应和吸附2个阶段,六价铬在氧化还原反应中被还原为了低价铬,从而实现解毒。

淡玄玄等研究了辣椒秸秆吸附剂对染料刚果红的吸附性,结果表明,未处理过的辣椒秸秆可以直接作为吸附剂对刚果红溶液进行吸附,并且吸附效果较好。吸附剂用量是影响吸附效果的主要因素,其吸附过程属于单分子层的化学吸附。另外,李栋等以辣椒废弃物为原料制备出了一种成本低廉、综合性能好的聚氨酯泡沫阻尼材料,具有较好的市场、环保和应用价值。

3展望

我国是辣椒生产和消费大国,辣椒播种面积约占世界辣椒播种面积的40%,辣椒秸秆资源十分丰富。辣椒秸秆化学组分复杂,营养丰富,在肥料化、基料化、饲料化、能源化、材料化等方面均表现出了一定的利用价值,特别是在堆肥、生产木炭和制取生物质活性炭等方面的优势较为明显。然而,由于辣椒秸秆自身的结构特点和当前资源化技术工艺及设备的欠缺,这些潜在利用价值的挖掘不够充分,多数还停留在实验室研究阶段,真正投入应用的少,实现产业化还有一定的难度,效益也并不明显。

近年来,国家高度重视生态环境问题,提倡就近循环利用农业废弃物,鼓励对其进行资源化利用,这为进一步开发利用辣椒秸秆资源提供了良好的契机。堆肥化处理是辣椒秸秆资源利用的主要方式,但辣椒秸秆中的木质纤维难以被快速降解,且在腐解过程中产生的化感物质对植物生长不利,导致辣椒秸秆堆肥效果达不到预期,产品质量良莠不齐,严重制约了辣椒秸秆堆肥的标准化、规模化和产业化发展。

微生物菌剂不仅可以提高堆肥化处理效率和堆肥品质,还能够改良土壤和防治土传病害,但这一优势尚未在辣椒秸秆堆肥中充分发挥出来。不断推动专用型、特效型微生物菌剂在辣椒秸秆堆肥中的研究和应用,完善辣椒秸秆废弃物资源化利用的技术工艺,开发出高效的机械设备,能够促进辣椒秸秆资源的高效循环利用,有利于现代农业的可持续发展,实现经济、社会和生态效益“三丰收”。


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