中国能源资讯网摘要：大豆秸秆是农业生产的副产物之一，长期未得到合理利用，大部分被焚烧掉，造成环境污染和资源浪费。大豆秸秆作为一种重要的可再生生物质资源，具有较高的开发利用价值，近年来已经开发了许多利用大豆秸秆的技术，可以应用在较多领域，能够实现较高的经济效益和生态效益。综述大豆秸秆的营养价值、综合利用技术、应用现状、存在问题，提出对策，为提高大豆秸秆资源综合利用率提供参考。
农作物秸秆是农业生产过程中产生的副产物，含有纤维素、半纤维素、木质素和蛋白质等有机质，以及丰富的氮、磷、钾和微量元素，是重要的生物质资源[1]。我国是农业大国，农作物秸秆种类多样，产量巨大，分布广泛。自2015年以来，我国大豆产量逐年上升（表1），相应的大豆秸秆产量也随之增加。大豆草谷比因不同地区、不同时期、不同品种而不同，祝延立等[2]测定吉林省大豆草谷比为1.06，熊娜等[3]测定广西大豆草谷比为1.08，冉继伟等[4]测定大豆草谷比在我国东北、华北、长江中下游、西北、西南、东南地区分别为1.29、1.53、1.41、1.63、1.69、1.53。2020年，全国大豆产量1960.18万吨，按草谷比最低1.06估算，大豆秸秆产量为2077.8万吨。
随着社会经济的发展，农民生产、生活方式的转变，秸秆作为燃料、饲料和肥料的利用程度逐渐降低，从而导致了日益普遍的区域秸秆过剩现象，大量的秸秆不能得到及时、妥善地处置，闲置在田间地头或者被焚烧掉，容易引发火灾与大范围强雾霾天气，造成秸秆资源严重浪费，并影响道路及航空交通安全[5-7]，因此合理利用大豆秸秆资源成为当前全社会广泛关注、亟待解决的问题。本文对大豆秸秆主要利用技术模式、资源化利用方向、存在问题及对策进行了综述，为合理开发大豆秸秆资源提供科学依据。
NO.1大豆秸秆营养价值
大豆秸秆中蛋白质含量较高，质量较好，另外还含有粗脂肪、粗纤维、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、钙和磷等营养成分（表2）[8]。
NO.2大豆秸秆开发利用现状
我国仅有少量的大豆秸秆作为牛羊粗饲料，大量的大豆秸秆均被焚烧，大豆秸秆利用率小于3%，导致宝贵资源浪费严重[9]13。大豆秸秆是一种应用价值很高的可再生生物质资源，将大豆秸秆用做饲料、造纸、栽培食用菌、生物基化学品以及环保原料均有相关报道，证明大豆秸秆资源具有较高的开发利用价值。
2.1造纸
我国木材资源短缺，目前国内造纸用原料（木浆、废纸和木片）50%以上依赖进口，非木材纤维资源（主要包括竹子、芦苇、麦草和甘蔗渣等）作为补充。随着社会环境保护意识的增强及造纸资源日渐短缺，开展利用大豆秸秆作为造纸原料的工艺技术研究，既能补充国内造纸纤维资源的不足，又能减少林木消耗，有利于保护生态环境。向松明等[10]对大豆秸秆的化学成分进行分析，然后提取大豆秸秆中的木素—碳水化合物和磨木木质素，并对其进行傅里叶红外光谱分析。结果表明（表3），大豆秸秆中的纤维素和木质素含量与木材中的纤维素和木质素含量相近，从化学组成上说明大豆秸秆是比较适合的制浆造纸非木材纤维原料。杨会斌[11]对大豆秸秆的化学组成成分进行了分析检测，结果显示，大豆秸秆中的灰分含量高于木材，低于草类，与竹类相当，其中纤维素含量和木质素含量与阔叶木接近，适合做造纸原料；通过进一步的造纸试验测定浆张强度和抄片的物理指标，检测结果表明大豆秸秆可用于生产一般工业用包装纸。
2.2食用菌培养
食用菌营养丰富，其中蛋白质和氨基酸的含量是蔬菜和水果的几倍至几十倍；脂肪含量很低，大部分是对人体有益的不饱和脂肪酸；还含有多种维生素和矿物质元素；另外食用菌中含有很多对维护人体健康有重要作用的生物活性物质，如多糖、天然有机锗、核酸降解物和三萜类化合物等。食用菌人工栽培产业具有很好的经济效益、生态效益和社会效益，在我国已成为继粮食、蔬菜、水果、糖料之后的第五大农业种植产业，目前我国是世界上最大的食用菌生产国与消费国（图1），食用菌产业在我国农村经济发展中发挥着重要作用。
香菇、木耳等木腐真菌的主要生产原料为木屑，而我国林木资源紧缺，制约相关食用菌产业的发展[12-13]。棉籽壳是栽培平菇的常规原料，近年来由于棉花种植面积减少、自然灾害和成本上涨等诸多因素影响，棉籽壳价格一路升高，严重制约了以棉籽壳为原料的平菇栽培业的发展。麸皮是栽培食用菌的原料，同时也用作饲料，随着食用菌产业和畜牧业的发展，麸皮价格也随之上升，并出现“菌牧”矛盾[14-15]。大豆秸秆含有丰富的木质素和纤维素，与阔叶木的含量相近，同时大豆秸秆的蛋白质含量较高，与麸皮的营养成分相近，大豆秸秆用于栽培食用菌，不仅能避免环境污染和资源浪费，还能降低食用菌生产成本[16]。胡润芳等[17]的试验表明，大豆秸秆可以完全替代麸皮、替代部分木屑栽培香菇，并能提高鲜菇外观商品性。大豆秸秆用于栽培香菇，每袋可降低成本42.5%，具有较高的推广应用价值。吕志文等[18]添加大豆秸秆栽培玉木耳，玉木耳产量增加，干耳中的蛋白质、总氨基酸、粗脂肪及总糖的含量显著提高。王庆武等[19]利用大豆秸秆完全代替棉籽壳栽培平菇，质量无明显差异，产量稍低，但栽培成本可降低约30%，经济效益提高25%以上。大豆秸秆栽培完食用菌产生的菌糠仍然可以继续利用，孙国强等[20]用大豆秸秆菌糠替代50%的粗饲料饲喂鲁西牛，采食量基本相同，日增重高于对照组，差异极显著。
在使用大豆秸秆栽培食用菌的相关研究中，不同食用菌所需大豆秸秆的添加量为15%～86%，差异很大；栽培同种食用菌，由于其原料的不同，所需的大豆秸秆的添加量也不同。使用大豆秸秆栽培食用菌可减少林木资源消耗，充分利用农业废弃物，保护自然环境。
2.3饲料
大豆秸秆蛋白质含量高，因品种、产地而不同，一般为10%～12%，还含有纤维素和半纤维素，可被反刍动物消化利用，但是大豆秸秆粗纤维含量高、木质化程度高，其作为饲料直接饲喂时，消化率低、适口性差，牲畜不爱吃。国内大豆秸秆用作饲料比例很少，而国外大约有40%的大豆秸秆被用作牛、羊的配合饲料，利用情况较好。对比可知，我国的大豆秸秆资源具有很大的开发利用潜力，因此研究出合适的大豆秸秆处理方式，改善适口性，提高消化率，提高饲料品质，对发展资源节约型畜牧业具有重要意义。
孙忠银等[21]将大豆秸杆揉丝后饲喂奶牛，提高了产奶量。李波等[22]将大豆秸杆制作成大豆秸杆粉，替代10%的日粮并添加一定比例的酶制剂，对育肥猪增重与节粮效果明显。王星凌等[23]使用大豆秸饲喂肉牛，生产性能与饲喂黄贮玉米秸秆没有显著差异，由于大豆秸秆成本远低于黄贮玉米秸秆，从而大幅度降低饲料成本。
大豆秸秆经过益生菌发酵后，可以提高饲料在动物体内的消化利用率，从而提高动物的生长性能。汪源泉[24]使用乳酸菌、枯草芽孢杆菌和塔宾曲霉共同发酵大豆秸秆替代普通大豆秸秆饲喂肉羊，可以提高肉羊的生长性能和肝、肾代谢功能。申瑞瑞[25]利用微生物发酵剂对马铃薯渣和大豆秸秆进行混贮，提高了混贮饲料的有氧稳定性，减少了干物质的损失，还降低了中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的含量，提高了混贮饲料瘤胃降解率。王其邦[9]16利用微生物发酵大豆秸秆，可降低其中的粗纤维、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量，提高无氮浸出物含量；发酵豆秸饲喂肉兔，可提高日增重和饲料转化率。王玉[26]使用益生菌发酵大豆秸秆替代50%的青贮饲料饲喂肉羊，可以提高肉羊生长性能、屠宰性能及经济效益。
以上研究均表明，大豆秸秆经过适当的加工处理后，能够改善适口性，提高消化率，增加营养价值。大豆秸秆作为粗饲料，不仅有利于缓解人畜争粮的矛盾，还具有较大的社会效益、经济效益和生态效益。
2.4生物基化学品
低聚木糖(xylo-oligosaccharides，XOS)是由2～7个木糖分子通过β-1，4糖苷键结合而成的一种重要的功能性低聚糖，又称木寡糖。XOS不被人和动物吸收，机体摄入后可以增加肠道内特定益生菌的数量和选择性地抑制有害菌和致病菌的生长[27]。XOS具有调节肠道微生态平衡、提高动物生长性能、增强机体免疫力及调节血脂等重要作用[28]，其作为一种新型的绿色添加剂，在农业、保健品、化妆品、医药、食品等领域有着重要的应用。工业生产中普遍使用玉米芯、甘蔗渣、小麦秸秆及稻壳等农业废弃物作为原料生产XOS，大豆秸秆中木聚糖含量较高，也可用于提取XOS。唐艳斌等[29]以大豆秸秆为原材料，利用碱法提取不溶性木聚糖，再用酶法水解得到XOS，在工业上具有较高的应用价值。
乳酸（lacticacid）是一种天然有机酸，广泛地应用于生产酸味剂、防腐剂、鞣制剂、植物生长调节剂、生物可降解材料和手性药物等。目前大多数企业采用微生物发酵法生产乳酸，发酵原料主要为玉米糖浆和葡萄糖，成本高且浪费粮食资源，利用非粮原材料生产乳酸受到广泛关注。徐忠等[30]利用纤维素酶将大豆秸秆中的纤维素水解为可溶性糖，作为微生物发酵的原料生产乳酸，是提高大豆秸秆资源化利用率，保护环境的较好途径。
2.5环保
含硫化物矿石或矿渣经过生物化学反应形成的酸性矿山废水（acid mine drainage，AMD），通常具有硫酸盐浓度高、pH值低及重金属含量高的特点，需要进行治理后排放，全球较多采用硫酸盐还原菌（sulfate-reducing bacteria，SRB）处理酸性废水。SRB利用乳酸钠作为碳源将硫酸盐转化为硫化物，该过程相对稳定且硫酸盐去除率较高，但运行成本过高。秸秆富含丰富的有机质，因而可考虑用秸秆替代乳酸钠作为缓释碳源，达到以废治废的目的，同时降低SRB运行成本。吴开轩等[31]用玉米秸秆、大豆秸秆和水稻秸秆浸提液替代乳酸钠作为SRB碳源，结果表明：大豆秸秆浸提液作碳源对硫酸盐还原的效果最好。3种秸秆浸提液体系硫酸盐去除率均高于乳酸钠体系，因而可用大豆秸秆浸提液作碳源处理此类废水。
许多城市生活污水的生化需氧量（Biochemical oxygen demand，BOD）偏低，在处理过程中需要额外补充碳源，否则较难达到排放水体的标准。甲醇、乙醇、葡萄糖等常用做补加液体碳源，但是不便运输、成本高及存在安全隐患等问题，而且污水水质经常波动，导致碳源投加量难以控制。近年来，利用含纤维素类物质用作固体碳源方面的研究越来越引起关注。严群芳等[32]研究表明：花生壳、大豆秸秆和蚕豆秸秆适合作为生活污水处理的补加固体碳源；大豆秸秆经预处理后，可单独作为反硝化脱氮的固体碳源；也可以和花生壳按等比例混合作为混合固体碳源，污水中的硝态氮去除率高达95%以上。张汝壮等[33]将大豆秸秆预处理后，以柠檬酸为改性剂，将羧基官能团引入大豆秸秆，改性后大豆秸秆对铜离子的吸附能力提高了83.3%，大豆秸秆可用于制备吸附铜离子性能良好的廉价吸附剂。燕翔等[34]采用ZnCl2活化、马弗炉炭化法制备大豆秸秆活性炭(soybean straw activated carbon，SSAC)，通过优化制备工艺，SSAC对Cu2+最大吸附量为4.589mg/g，脱除率达到91.77%，SSAC适用于处理含Cu2+废水。
NO.3大豆秸秆资源化利用方面存在的问题及对策
3.1存在的问题
国家为了促进作物秸秆的资源化利用，采取财政补贴政策，由于补贴的金额和区域有限，并且补贴的重点对象不是农户，虽然取得了一定的成效，但是实际效果与预期目标存在差距[35]。此外，由于尚未认识到农作物秸秆资源化利用产生的生态效益，国家还没有建立促进农作物秸秆资源化利用的生态补偿机制。由于秸秆资源量大、分布区域广，秸秆自身体积大、密度低，收集困难。秸秆机械设备欠缺，需要较多的劳动力和时间成本，投入与产出不成比例，影响秸秆离田产业化，限制了秸秆的资源化利用。大豆秸秆资源化利用的相关研究很多，总体来说，这些研究所开发的技术是比较成熟的，但是大豆秸秆综合利用技术措施的应用推广相对薄弱。农作物秸秆是可再生的生物质资源，由于人们对大豆秸秆资源化利用没有全面的认识，缺乏资源循环利用意识，导致大豆秸秆焚烧问题严重[36]。
3.2解决的对策
完善促进大豆秸秆资源化利用的相关政策和措施，建立有效的生态补偿机制；加大大豆秸秆利用相关的财政支持力度和优惠政策[37]，降低大豆秸秆收集、储运、加工等方面的成本，提高相关企业的经济效益；完善现有的大豆秸秆加工工艺，同时继续加大大豆秸秆资源化利用技术方面的研究力度，推动秸秆利用方面成熟技术、工艺的转化应用，促进大豆秸秆加工利用的产业化和规模化；加强大豆秸秆资源化利用的示范引导、宣传推广工作，提高农民的大豆秸秆回收利用意识[38]，提高全社会利用大豆秸秆的积极性。
NO.4结 语
大豆是食用油和蛋白饲料的重要来源，我国大豆严重依赖进口。当前全球贸易保护主义盛行，导致国际粮食贸易波动性增加，因此提高大豆自给率已成为全社会共识，同时国家推进种植结构调整，未来中国大豆的种植面积和产量将持续增加，大豆秸秆资源总量也将随之增加。在国家大力建设可持续、绿色、生态农业的背景下，加大大豆秸秆资源化利用技术研究与应用，提高大豆秸秆资源综合利用率，具有十分重要的意义。
