辣椒秸秆的营养价值和高效利用情况,农艺学论文.docx
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1、辣椒秸秆的营养价值和高效利用情况,农艺学论文摘 要： 我们国家作为辣椒生产消费第一大国，辣椒种植规模不断扩大，收获辣椒果实的同时，集中产生大量的辣椒秸秆。辣椒秸秆含有丰富的纤维素、木质素、有机物以及矿物质等营养成分，但大面积辣椒秸秆被直接丢弃或就地燃烧，造成生物资源大量浪费，且处理不当则会造成环境污染或引发病菌传播，因而，高效高值化开发利用辣椒秸秆具有重要意义。基于辣椒秸秆副产物的营养价值，从其肥料化、燃料化、原料化、饲料化和基料化角度，归纳总结近年来辣椒秸秆在堆肥还田、发酵饲料、培育植菌基质、制备工业材料和能源燃料等方面的高值转化技术，以期为辣椒秸秆的进一步高效利用提供有效的理论指导和参考。
2、 本文关键词语 : 辣椒秸秆;秸秆五化 ;生物质资源;营养价值;高效利用; 21世纪是中国辣椒产业飞速发展阶段。据国家大宗蔬菜产业技术体系统计数据，近年来我们国家辣椒成为种植面积最大的蔬菜，占全国蔬菜总面积9.28%，总产量超过6400万t，对农民收入奉献率达1.14%1。由此可见，我们国家辣椒产业的发展空间极为广阔。 辣椒是一种具有很高营养价值的鲜食蔬菜，富含维生素C、维生素E和类胡萝卜素等多种营养成分。鲜辣椒保鲜期短，经常被加工制成辣椒粉等食品调味剂2。近年来有关辣椒药用价值的研究也被广泛报道，Sastry S.Jayanty等3研究发现，辣椒中含有丰富的酚酸、类黄酮和辣椒素等功能性成分，
3、这些化合物能够防止高胆固醇血症和肥胖症的发生。因而，辣椒不仅具有良好的食用价值，还具有较高的药用价值。 正是由于近年来我们国家辣椒种植面积不断扩大，我们国家出现了辣椒产量连续增长的现象。大量生产辣椒的同时，产出大量的辣椒秸秆，而辣椒秸秆含有丰富的纤维素、木质素以及有机物等营养成分，但是我们国家对辣椒秸秆的开发利用尚处于高污染、高消耗和低产出阶段。大部分地区处理辣椒秸秆的主要手段是直接丢弃或就地燃烧，该方式方法不仅会对土壤构造带来毁坏，还会造成雾霾等一系列的环境污染问题4。由此可见，废弃生物质资源再利用问题遭到了相关研究人员的广泛关注5。 基于辣椒秸秆的营养价值，对国内外辣椒秸秆的利用处径如堆肥
4、还田、发酵饲料、培育植菌基质、制备工业材料和能源燃料等进行综述，旨在为合理开发辣椒秸秆、避免优质资源浪费，以及环境保卫提供一定的理论指导。 1 、辣椒秸秆的营养价值 辣椒秸秆为辣椒的主分，除去辣椒果实外，辣椒茎秆、叶片和根部总称为辣椒秸秆，是辣椒收获、生产和加工经过中的主要农副产品。因其含有丰富的碳、氮、矿物质等营养成分，所以被作为重要的生物质资源。辣椒叶的营养价值高，适于饲料化应用，而辣椒茎秆的纤维素、木质素和有机物含量丰富，且粗灰分少，合适进行肥料化、基质化、原料化和燃料化处理。 周卫东等6研究发现，全株辣椒秸秆含有丰富的粗蛋白、粗灰分和粗纤维，含量分别在14.79%16.72%、11.2
5、0%11.48%、28.55%33.82%之间，其营养成分优于羊草、玉米秸秆和稻草，与优质饲料苜蓿接近。徐斌等7采用不同的方式方法对辣椒叶中各种营养成分进行分析，每100g干辣椒叶中含量最高的是钙120.25mg，除此之外，维生素C 39.35mg、蛋白质22.72mg、铁16.98mg、钾44.95mg、钠29.72mg、镁17.20mg、锰13.87mg。时政等8测定分析了辣椒叶中总淀粉和总膳食纤维含量，结果表示清楚，辣椒叶中总淀粉含量高于46.95%，总膳食纤维含量接近40%，且相较于水稻等农作物具有更高层次的膳食纤维。除此之外，Jalel Labidi等9对辣椒茎秆中全纤维素、木质素、
6、半纤维素的含量进行检测，研究表示清楚，全纤维素、木质素、半纤维素含量分别为63.4%、25.6%、23.3%。 由此可见，辣椒秸秆中营养物质含量丰富，可通过科学处理，有效利用辣椒秸秆的营养价值，华而不实主要的辣椒秸秆高值转换的方式包括肥料化、饲料化、基料化、原料化和燃料化10。 2、 辣椒秸秆的高效利用现在状况 图1 辣椒秸秆的综合利用 当前，国内外提高秸秆利用价值的途径主要归纳于“五化 ，每种利用处径包括多种高值转化技术。下面分别对辣椒秸秆的“五化 利用及其主要技术的最新进展进行具体归纳总结如此图1所示。 2.1、 肥料化 近年来，化肥的大量投入导致土壤质量下降，促进全球气候变暖，加剧温室气
7、体N2O、CH4、CO2排放等一系列生态环境问题。而辣椒秸秆是高碳含量有机物料，将其归还到田间，不仅能够减小土壤的容重、抑制病原菌生长，还能够增加土壤有机质、氮、磷、钾以及各种微量元素的含量。因而，进行辣椒秸秆还田等肥料化应用，对控制化肥投入、减少温室气体的排放具有重要的意义。当前，我们国家辣椒秸秆还田方式主要有直接还田和间接还田，华而不实机械粉碎还田为直接还田的主要方式，间接还田以堆肥还田为主11,12,13。 直接还田具有便捷、快速、低成本、大面积培肥地力的优势，是一项较为成熟的技术。冯义等14研究发现，结合夏季大棚高温闷棚技术，使用旋耕机将辣椒青秆直接打碎还田，不仅能够节省劳力，促进下茬
8、辣椒生长，还能够提高土壤肥力，减少环境污染。该技术为辣椒的大棚生产提供了有效参考。 辣椒秸秆含氮量少，直接还田经过中，微生物在消耗大量氧气的同时释放有毒有害气体，经常会出现阻碍耕作、烧苗、病虫害增加等现象。辣椒秸秆堆肥还田作为间接还田的一种方式，通过在辣椒秸秆中参加生物菌剂、畜禽粪便等腐熟物质进行人工堆积成肥，再将堆肥产物还田。高温好氧堆肥还田是堆肥还田最为常见的方式方法。辣椒秸秆能够在微生物产生的半纤维素酶和淀粉酶作用下，通过高温发酵对可降解的有机质进行生物转化，进而实现物料充分降解和完全腐熟，最终制成有机肥料15。 高温好氧堆肥被以为是一种固体废物无害化、资源化、减量化的有效手段16。因而
9、，李彦明等17对辣椒秸秆快速高温好氧堆肥工艺进行探究，相比于直接以碳源作为调理剂，将辣椒秸秆和小麦秸秆以21干质量进行联合堆肥，添加鸡粪为辅料时，能够显着降低物料损失率。随后，该研究团队又对辣椒秸秆与番茄根结线虫的拮抗作用进行研究，结果表示清楚，将辣椒秸秆与鸡粪联合，添加4%微生物菌剂进行3d高温好氧堆肥处理，不仅能够促进作物生长，还能到达很好抑制番茄根结线虫生长的效果18。除此之外，杨冬艳19研究团队探究发现，相比于不施底肥种植的番茄，辣椒秸秆在100%堆肥条件下，结合高温堆肥技术种植的番茄生长情况更佳，且辣椒秸秆堆肥与50%化肥配施，肥料生产效率更高层次且品质稳定。而后，杨冬艳等20又对新
10、鲜辣椒秸秆粉碎还田、晒干粉碎还田、堆肥后还田3种还田方式对茄果类蔬菜幼苗生长情况的影响进行研究，发现堆肥还田最利于茄科蔬菜的生长，因而，堆肥还田为最佳的堆肥还田方式。 2.2、 饲料化 随着人们对动物产品需求量的增高，也大大增加了饲料的消耗量。以粮食为主的饲料成本高、产量少、加工复杂，这对我们国家动物饲料行业带来了宏大挑战。辣椒秸秆中含有多种适于家畜生长的微量元素。因而，对农作物秸秆进行合理的饲料化利用，能够减少粮食的消耗和有机质资源的浪费，是促进我们国家养殖业发展和生态环境平衡的重要举措21。 辣椒秸秆饲料化利用作为“五化 利用处径之一，谷子林等22通过消化试验比照了以基础饲粮和85%基础饲
11、粮+15%辣椒秸秆为原料进行饲喂的两组獭兔的营养价值利用率，结果表示清楚，生长獭兔对辣椒秸秆中的粗脂肪、粗灰分、微量元素等营养成分具有良好的消化率。 假如将辣椒秸秆直接用作饲料，经常存在消化率低、营养成分不均匀、口感差等众多问题，微生物发酵技术能够很好地解决这些问题，也是提高辣椒秸秆饲料营养价值最安全的方式方法23。因而，陶宇航等24首先比拟了辣椒秸秆、玉米秸秆、油菜秸秆、稻草4种作物秸秆与鲜牛粪发酵后养殖蚯蚓的效果，结果表示清楚，不同农作物秸秆种类对养殖效果没有明显差异。而后，对秸秆添加量进行分析，研究发现，当秸秆添加量为15%左右时，蚯蚓产量最佳。 近年来，青贮饲料在畜牧业备受关注。青贮饲
12、料是将青绿秸秆切碎，通过乳酸菌厌氧发酵制成的一种能够降低病虫害、适口性好、消化率高的饲料。陈本建等25通过比拟不同水分含量和添加剂对辣椒秸秆青贮发酵品质的影响，确定了辣椒秸秆青贮的最优含水量为75%左右，且马铃薯渣为最适宜的青贮添加剂。 2.3、 基料化 在农业生产中，蔬菜育苗基质离不开大量的草炭。草炭作为一种不可再生资源，日益干涸，因而，怎样减少对草炭的消耗成为我们国家亟待解决的实际问题。近年来，研究发现，辣椒秸秆经过粉碎和微生物发酵能够转化华而不实的纤维素和其他营养物质，进而能够作为草炭和泥炭资源的良好替代品。将辣椒秸秆用于制作育苗基质，不仅可减少草炭资源的消耗，显着提高农作物产量，而且能
13、够很好地解决辣椒秸秆资源浪费的问题。 何圣米等26将废弃辣椒秸秆经高温发酵处理后按不同比例参加草炭中，制备了一种无土栽培育苗基质，并研究了不同基质对黄瓜出苗和成长的影响。结果表示清楚，相比于纯草木灰，辣椒秸秆含量为20%40%时更利于黄瓜育苗。而后，又研究比拟得出了最合适栽培辣椒基质的辣椒秸秆参加量，结果表示清楚，将20%经高温发酵处理过的辣椒秸秆参加到草炭中制备的栽培基质最合适辣椒生长27。 辣椒秸秆作为栽培基质的另一个用处是制备食用菌基质。用辣椒秸秆代替木材制备食用菌基质，节约木材的同时提高了食用菌的产量。华而不实，黄鹏等28对5种供试配方下袋栽香菇的菌丝生长情况进行比拟，结果表示清楚，当
14、配方为辣椒秸秆屑75%、栎木屑15%、麸皮6%或辣椒秸秆屑70%、栎木屑20%、麸皮6%时，最合适香菇袋栽。 2.4 、原料化 材料工业是国民经济的基础产业，新材料是材料工业发展的先导，是重要的战略新兴产业29。随着人们对木材需求量的不断增大，辣椒秸秆基人造木板的应用使木材的开发大大减少。另外，利用辣椒秸秆制备活性炭和生物炭，可以以减少木材的使用。 2.4.1、 制备人造板材。 近年来，受经济和环境问题的影响，非木材纤维的使用成为了当今我们国家的研究热门。秸秆人造板作为一种新型的板材，是木质人造板的良好替代品，安全环保，且价格低廉。华而不实，Ergun Guntekin30利用辣椒秸秆为原料，
15、尿素甲醛和三聚氰胺尿素甲醛为胶粘剂，在枯燥条件下制备了家具级刨花板。该技术的研发解决了刨花板工业原料短缺的问题。 2.4.2 、制备活性炭。 辣椒秸秆粗灰分和硫含量低，成分以纤维素、木质素为主，含有大量的C、H、O元素。与其他活性炭相比，辣椒秸秆基活性炭具有孔隙发达、外表积大、吸附性强等特点，因而，常将其作为吸附材料和电极材料。用辣椒秸秆制备活性炭既能够减少木材和煤的开发，又能够为辣椒秸秆的零污染化处理提供新的解决方式方法。 当前，关于用辣椒秸秆制备活性炭用作吸附材料的研究被广泛报道。2021年李海红等31采用K2CO3活化法，制备了以辣椒秸秆为原料的活性炭，并确定其最优炭化工艺：炭化温度为4
16、00，炭化时间为50min，升温速率为5/min。在优化条件下，该吸附剂的炭得率为39.90%，吸附总孔容为0.544cm3/g。而后，他们又进一步将K2CO3作为活化剂，制备辣椒秸秆活性炭，并对优化条件下，不同活化因素对活性炭孔构造的影响和不同活化制度对活性炭制备工艺的影响进行了探究。结果表示清楚，当最佳工艺条件分别为：活化温度800、活化时间120 min、浸渍比21、浸渍时间24h和活化温度835、活化时间1.95h、升温速率4.5/min时，制备的活性炭的吸附性能最强32,33。KOH活化法作为另一种活性炭制备方式方法，李海红团队34采用该活化法制备了辣椒秸秆基活性炭，结果表示清楚，当
17、活化温度800、活化时间100 min、炭剂比31、浸渍时间20 h时，制得的活性炭性能最好。除此之外，刘建奇等35也通过正交试验，分析了以KOH/Na OH为活化剂制备辣椒秸秆生物质活性炭经过中各因素对其吸附性能的影响。结果表示清楚，活化温度对活性炭的吸附能力影响最大，炭化温度对其吸附能力影响最小，且最佳条件下，该活性炭的比外表积高达3217.237m/g，吸附平均孔径为3.590nm。寿建昕36以KOH为催化剂，采用化学活化法制备了辣椒秸秆基活性炭。然后，将其作为吸附剂用于去除水溶液中染料亚甲基蓝，其最大吸附容量为34.12mg/g。随后，该研究团队以同样的方式方法制备辣椒秸秆基活性炭，用
18、于去除水溶液中的重金属铜离子，结果表示清楚，其最大吸附容量为21.93mg/g37，为辣椒秸秆基活性炭对重金属的吸附提供了一定的科学根据。 近年来，将辣椒秸秆基生物质炭材料用于电极材料的研究越来越多，李海红19研究团队在辣椒秸秆基生物质炭材料方面也获得了不错的研究进展。2022年，他们采用辣椒秸秆基活性炭为前驱体，Ni(NO3)26H2O为催化剂，得到了石墨化活性炭电极吸附材料，研究发现，当活性炭与Ni的质量分数为0.2%、热处理温度700时，能够有效提高活性炭的活性面积，改善活性炭电极的电化学性能38。而后，他们又以草酸钾为活化剂，制备了辣椒秸秆基碳电极材料，得到其最佳工艺条件：浸渍为比1.
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