作物籽粒收获后的秸秆等副产物（straw、stover、chaff、residues、wastes），能值含量高，相似于其他饲草，为17.5-18.5Mj/kg；消化率低，为40%-55%，玉米全株青贮的消化率为75%；蛋白含量低，为4%-6%，羊草干草粗蛋白含量为6%-8%；适口性低（周道玮等，2022）。简称“一高三低”，其中的能量高，是秸秆作饲料的基础，即主要利用秸秆的能量，其中的“三低”降低了秸秆作饲料利用价值，特别是消化率低，降低了其能量利用率。为了充分利用秸秆作饲料，改善其“三低”状况，秸秆作饲料处理（treatment）研究经历了百年历史。

 秸秆切段处理、碱化处理及发酵处理，最早可以追溯到1900年，德国化学家Oscar Kellner教授进行的实验研究，有论文并记录在其著作《The Scientific Feeding of Animals》（Kellner，1909）：小麦、大麦秸秆作饲料喂牛的切段长度应为2.5-3.7cm，喂马和羊的长度应为2.0-2.5cm，过细没有优点，并且可能引起腹绞疼，即反刍困难；利用NaOH溶液加压及蒸煮处理，燕麦秸秆消化率提高14%-17.5%；提出氨水氨化优于NaOH处理；并系统论述了各种饲料的营养及其饲喂潜力。本书为饲料学的开山之作，1913年被翻译成英文在美国出版，1926年英文版再版。在此，还需要提到动物营养研究的先驱著作《The Nutrition of Farm Animals》（Armsby, 1917），此著作奠定了动物营养学的科学体系，包括动物营养需要与饲料营养标准，为研究秸秆作饲料处理的比较模板。

 1919年，E. Beckman建立了1.5%的NaOH溶液冷浸泡秸秆24小时后冲洗的处理方法，后称为Beckman技术，秸秆消化率从40%提高到70%，由于成本高及干物质损失20%-25%，没有得到生产应用，但推动了后续秸秆碱化处理研究。后续50年间，在实验室进行了各种条件的NaOH、Ca(OH)2、KOH等碱化秸秆处理实验（Voltz, 1920; Godden, 1920; Slade et al., 1939; Williamson, 1941; Ferguson, 1942; Sen, 1942; Sullivan et al., 1959; Nath et al., 1969），各种技术及其组合对提高秸秆消化率都有积极作用，随处理温度升高、处理试剂增加及时间延长，处理效果增加，不同成熟度及不同营养含量处理效果不同，消化率最高可达80%（Tarkow et al., 1969; Ololade et al., 1970; Maeng et al., 1971）。常温下，喷撒3%-6%的NaOH溶液处理技术受到肯定（Wilson et al., 1964；Klopfenstein et al., 1972），并进行了饲喂实验，秸秆消化率和采食量分别提高20-30%（Jackson, 1977）。

生产中，前五十年的碱化处理研究，发展出了二套技术体系（Klopfenstein, 1978）：秸秆颗粒化，颗粒化过程中加入化学试剂；秸秆堆置，堆置过程中加入化学试剂。结合喷洒技术，这两套技术体系在一些地区和条件下有不同程度的应用。

上世纪70年代，世界能源价格猛涨，饲草价格也快速增加，加之秸秆在农田焚烧的环保问题，秸秆作饲料研究掀起了一轮热潮。氨水及无水氨处理秸秆技术得到了广泛研究，并得到消化率、采食量、体增重、产奶量等研究数据的正效应支持（Tarkow et al., 1969; Waiss, et al., 1972; Arnason et al., 1977; Sundstoel et al., 1978）。但是，由于氨水运输和处理风险，生产应用受到制约。

尿素间接氨化，假以时间长一点，尿素氨化效果与氨水或无水氨处理效果相似，各项研究建议利用尿素间接氨化处理秸秆（Jackson, 1978; Dolberg, 1981; Kiangi, 1981; Hadipanayiotou, 1982; Williams et al., 1984）。尿素加入到秸秆中去以后，在秸秆所含脲酶作用下，释放出铵离子作用于秸秆实现秸秆氨化：纤维素膨胀、半纤维素溶解、木质素与纤维素连结键碎裂（Sundstøl, 1984; Diasdasilva, 1986; Alhassan, 1991; Vadiveloo, 2003）。一般，要求秸秆含水率为30-50%，尿素浓度以干秸秆计为4-5%，装入塑料袋或堆置密封，防止铵离子逸出损失并防止空气进入，20℃条件下，15-20天后达到氨化处理目的（表1，表2）（Waagepetersen et al.,1977）,精细生产者可以添加富含脲酶的豆粉8%-9%（以干秸秆计）以加速尿素水解（Munoz, 1991）。  

尿素处理秸秆提高了消化率的同时，补充了秸秆N含量不足，结合粉碎、揉搓，改善了秸秆适口性，基本解决了秸秆“三低”问题，世界各地在不同程度地应用，并基本成为生产实践中唯一采用的秸秆作饲料处理技术。

东南亚、中亚、非洲地区倡导秸秆革命（Residual revolution）三十年（Owen et al.,1989），现在还在持续进行尿素氨化的完善研究（Maleko et al.,2008;Younesi et al., 2015; Olson et al., 2021），并积极推广应用。甚至，东南亚国家禁烧秸秆的口号是:不要烧秸秆，那是牛饲料（Don’t burn straw, It’s cattle feed）（Schiere et al., 1988）。

白腐菌（white rot fungi）可以降解木质素，释放木质素包裹的纤维素和半纤维素供瘤胃微生物利用，而少消化纤维素和半纤维素，自上世纪八十年代以来，开始受到研究重视，特别是食用菌类白腐菌（Streeter et al., 1982），处理秸秆后不需要进行毒理鉴定，处理后消化率提高显著。由于白腐菌发酵处理秸秆需要前期灭菌，成本高收益不足，制约着生产应用（Aderogan et al., 2019）。木质素分解菌要求秸秆料有较高含水率，生产中有导致霉变风险；乳酸菌发酵要求有较高的含糖量，以降低pH实现酸化保存，否则也引起霉变。

上世纪八十年代末以来，蒸汽及蒸汽热爆破（steam explosion, Machal,1986；Ryu, 1989）、氨化冷爆破（ammonia freeze explosion, Dale et al., 1985）、氨化纤维爆破（ammonia fibre explosion , Ashok et al., 1995）、氨化纤维膨化（ammonia fibre expansion, Bals et al., 2010）等技术逐渐发展，但这一系列技术要求高温（＞80℃）、高压（＞1.5MPa），快速释放蒸汽或氨气，并需要在特定反应釜中进行，工艺复杂、成本高昂。工业领域对此研究火热，期待大规模低成本处理工艺产生，但一些工业预处理（pretreatment）以糖化秸秆用于发酵制作酒精及甲烷等技术不在秸秆作饲料处理范畴。由于秸秆木质素与纤维素联结键的阻抗作用，即使在高含水率条件下，木质纤维素酶降解效率很低，木质纤维素酶与爆破及膨化技术结合表现了非常好的效果（Tirado-González et al., 2018），现阶段同样处于实验研究阶段。国内研究的挤压技术需要体外或体内消化率数据支持，挤压结合添加尿素裹包或许是一项有效技术，但需要斟酌比较生产成本。

 综上，秸秆做饲料后五十年的研究证明，尿素氨化是秸秆作饲料处理的有效技术，有理论基础、有2000多个实验支持、低成本、可操作，并且添加尿素升高处理料pH，有防霉变作用（Henning et al., 1990）。同时，我们观察到，添加尿素以后，由于溶液冰点温度降低，处理料在寒冷冬季不结冰成块，这解决了北方秸秆储存的一个巨大麻烦。在青贮或所谓的黄贮后，由于水分含量高，处理料结冰成块，这是北方地区，特别是东北地区生产中面临的一个现实问题，饲喂时很难刨开。秸秆储存或贮存时，加3%-5%的尿素颗粒或溶液，可以起到防冻结作用。

中国秸秆作饲料氨化研究始于上世纪八十年代初，上世纪九十年代，农业部在全国开展了秸秆做饲料研究及推广应用（郭庭双，1996），后获国家科技进步奖，并在联合国粮农组织（FAO）发布推介了秸秆作饲料处理的中国经验(Guo et al.,2002)。近三十年，秸秆做饲料及综合利用的推介红火，基于秸秆处理提高其“三低”作饲料的研究相对少，低成本可实践技术需要创新。除基础科学研究外，秸秆做饲料处理的应用研究需要本着：技术有效、成本低廉、可实践、有比较经济效益的原则。

过去三十年，特别是上世纪九十年代，中国秸秆作饲料处理推广了一些实验效果很好的技术，包括微贮、黄贮和尿素氨化，但生产中分别存在不同的问题，包括霉变风险和一些技术对秸秆处理的生产效果不确定。过去，收获机械及产业化不健全是处理与否的一个决定性因素，还有资金困难，以及饲养几头牛的散户不在乎处理与不处理，导致即使尿素氨化处理效果很好，但也没有广泛普及应用。另外，过去二十~三十年间，让农民拿出闲钱买尿素处理秸秆以至养牛羊也是一个很纠结的事。种地的尿素钱还没有着落呢，哪有闲钱买尿素处理秸秆，包括牛价低，养牛羊也就是勤快人捎带的一个活。

新时代现阶段，牛价在逐渐升高，上述障碍因素也在逐渐破除，从机械到技术再到资金，一切都不再很困难，养牛也在逐渐规模化。秸秆不处理或少处理而利用的局面在悄悄发生着变化，以前一些难做的事现在都变得相对容易。但尿素氨化处理后秸秆饲料价值提高，饲养效益显著（表3，表4），这一点需要进一步充分再认识、再宣传，以便被各相关方确实认可，积极采用，而不是简单直接储存利用，秸秆处理后的饲养效益增加30-50%（Maeng et al., 1989）。

 尿素氨化有“五利”（提高消化率、增加N含量、增加适口性、防霉变、防结冰）而无一害。现代条件下，推荐采用二套技术体系：一、袋装密封氨化：机械捡拾、粉碎除尘，现场机械装塑料袋及编织袋的同时,自动喷入溶解于水的尿素，系紧袋口运输至指定地点保存；二、场地密封氨化：将粉碎料拉至指定位置（窖或坑或平坦场地）堆置，边堆置边均匀扬撒尿素颗粒或喷洒溶于水的尿素溶液，堆置后压实，事先用塑料布四面密封或仅上面密封，防止铵离子挥发浪费及防止空气进入。二者结合的一个办法是常规尼龙网袋打包的同时，喷入溶解于水的尿素溶液，运至场地后堆砌放置，用塑料布盖严封闭保存。

东北秋季氨化20天后可开始饲喂，无霉变，并有淡淡的酸香味，牛羊喜食。秋季秸秆含自然水25%-40%基本满足氨化需要，尿素以秸秆干物质计施加4%-5%。我们的经验是水分少一点比多一点易于操作，氨化效果可能减弱了点，但其他“四利”可以正常实现，并消除直接饲喂尿素的中毒风险。

            装袋氨化                场地氨化粉碎收获

补充说明，秸秆储存（store）、秸秆贮存(ensile)、秸秆处理及秸秆调制TMR是几个密切相关的问题，各自有独立的研究内容和亚目标。

 经常被询问：秸秆可以变肉吗？我们的回答是：秸秆可以用做牛羊饲草，生产肉、生产奶，至少玉米秸秆粉碎氨化后近乎为优良饲草。中国南北方草地产草4亿吨，在保护草地生态的前提下，按吃一半留一半的经验法则，可利用饲草为2亿吨（春夏季消费1.0亿吨，消化率80%，产可消化干物质0.8亿吨；秋冬季消费1.0亿吨，消化率50%，产可消化干物质0.5亿吨；合计年产可消化干物质1.3亿吨），按2.5%的高水平转化率算，草地所产2亿吨饲草仅可以生产牛羊肉500万吨，这也还需要再加精料。中国现在年产牛羊肉1200万吨，山东、河南是产牛肉大省，那里没有或少有草地，他们的牛羊饲草不靠秸秆靠什么呢？所以，承认也罢，不承认也罢，事实就是那个事实，情况就是那个情况，秸秆作饲料撑起了中国草食牲畜畜牧业的那片兰兰的天。

一些质疑及否定的声音说：那十年秸秆作饲料推广全国动作，现在不见踪影，秸秆作饲料不行嘛。这不是科学态度，是忽视生产事实及科学实验的主观意见。草地干草饲养需要加精料，秸秆饲养也需要加精料，不是只伺喂干草或秸秆；无论是草地干草还是氨化秸秆，不加精料饲养仅能支持特定阶段的维持生长或增重生长。上世纪七、八十年代，甚至九十年代，不加精料饲养的草原牛羊“秋瘦、冬乏、春死”，这有文献记录，老牧民也有记忆。另外，玉米青贮加精料能生产出高质量牛羊肉，氨化秸秆加精料不能生产出高质量牛羊肉的说法，没有科学研究数据支持。同时，无论是利用青贮饲喂、干草饲喂或是秸秆饲喂，维持或提高牛羊饲养效益是另外一个精细问题，也是各项相关政策及行动成功与否的关键之一。

夏秋季所采收羊草干草的消化率为50%，秋冬季野外羊草枯草的消化率为40%（Sun et al., 2007），从消化率数据看，玉米秸秆、水稻秸秆不比晚收的羊草干草差，甚至还好一些。尿素氨化处理后，无论是消化率、N含量、还是采食量，都比夏秋所采收的羊草干草质量要好那么一大截。市场羊草干草价格1200元/吨，氨化处理玉米秸秆折干后价格也就是500-600元/吨，何乐而不为呢？

中国年产秸秆7-8亿吨，以消化率50%计，秸秆年产可消化干物质3.5-4.0亿吨，是草地的2.5-3倍（草地产可消化干物质1.3亿吨），这个很可观！以尿素氨化处理提高消化率10%计，处理后增加可消化干物质0.7-0.8亿吨，这个也抵全国草地1/2的有效产能了吧！题外话，将北方草原周边地区所产秸秆运往草原，氨化处理后冬季饲喂草原牛羊，而不收获草原干草，将留置收干草的那些地方用于夏季放牧，对于减轻草原放牧压力，对于草原保护能起到“围魏救赵”的作用，并有利于草原牲畜生产，这是另一种形式的草地畜牧业（周道玮等，2004）。

中国没有更多的土地生产饲草，农业农村部“十四五”畜牧兽医规划生产玉米青贮0.5亿吨、苜蓿0.05亿吨，这或能满足奶牛需要，肉牛肉羊的饲草怎么办？中国牛羊业发展需要俭约地解决饲草问题。靠青贮玉米、苜蓿、燕麦草发展草食牲畜畜牧业是有足够多土地的发达国家的奢侈生产模式，以色列、日本等国土面积小而发达的国家没有采取这种奢侈模式，人口多土地面积多的发展中国家印度也没有采取这种奢侈模式。曾经，秸秆及秸秆处理料占美国冬季饲养场用料的50%（Anderson, 1978）。

100多年的研究筛选证明，粉碎、氢氧化钠碱化、氨水直接氨化及尿素间接氨化是秸秆作饲料处理的有效技术（Sarnklong et al.2010），并是现阶段唯有的可实践技术，尿素间接氨化又是可被广泛生产利用的技术（Pech-Cervantes, 2020）。

尿素氨化处理秸秆养牛羊不与粮争地，秸秆卖钱还增加耕地收益，过腹还田促进循环农业，并减少立地焚烧实现生态保护，还能生产廉价的牛羊肉，总体有利于减轻草地压力，这一切都依赖、主要依赖、半依赖于秸秆氨化作饲料利用，权衡矿物质、维生素及精料供给，发展形成牛羊生产的中国方案。

(中国科学院东北地理与农业生态研究所 周道玮 长春，2021.12.30)

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