甘蔗叶机械化粉碎技术与多途径应用分析

0 引言

甘蔗是多年生实心草本植物，是我国重要的糖料作物，2020年我国甘蔗种植面积达到135万hm

，甘蔗产量超过1.08亿t。甘蔗高产的同时，在每年收获后，大量甘蔗叶被遗弃在田间，甘蔗叶的利用缺少途径，常常通过焚烧方式进行处理，焚烧过程会产生大量悬浮颗粒物、一氧化碳、氮氧化物等有害物质，会造成较为严重的环境污染，同时也造成了资源浪费。随着国家对农业生产过程环保要求逐渐提升，在甘蔗生产区也实施了甘蔗叶禁烧的相关规定，积极鼓励蔗农有效利用甘蔗叶。综合来看，甘蔗叶中含有大量的可利用成分，对甘蔗叶进行有效利用不仅能降低利用不当造成的环境污染问题，还能为蔗农创造更大的经济效益，合理利用甘蔗叶这一可再生资源具有积极意义。

1 甘蔗叶的特征与利用价值

甘蔗叶是甘蔗产出的附属产物，产量很大，甘蔗叶中含有大量有价值成分，若能被有效利用，能够有效补充现阶段生产生活资源供给。甘蔗叶中包含的营养成分包括多糖、氨基酸、纤维素、木质素、有机酸、黄酮、N、P、K等，对甘蔗叶进行有效利用具有以下价值优势。1)甘蔗叶的收购成本低，可作为原材料替代类似的原料，例如甘蔗叶中的全纤维素含量高达69.5%、木质素含量达17.2%，合理利用情况下能有效替代传统木材、草料等材料，降低企业的生产成本；2)将甘蔗叶粉碎后还田，能够有效提升土壤中的营养成分，降低化肥用量，提升地力；3)甘蔗叶的利用减少了焚烧带来的污染，环保效益和社会效益明显，更有利于蔗田周边的环境保护。

文献[6]中阐述了测量有源相控阵天线G/T值的方法，其中天线的G值可由天线测试系统测量得到，天线增益测得40.1 dB，该增益包含天线的链路放大量，由天线的各通道增益可计算得链路放大量为26.6 dB，因此天线实际增益为13.5 dB。在测量噪声功率时，将有源相控阵天线的方位偏开，俯仰转到测量的仰角上(以保证有源相控阵天线接收不到标准增益喇叭的发射信号)，在此条件下测得的噪声功率偏大(因为有源相控阵天线的远副瓣依然可以接收到微弱的信号)。按照文献[6]的方法测得G/T值为-11.89 dB/K，因此T为345.9 K，换算得到噪声系数为3.41 dB。

留守儿童问题愈演愈烈，有关部门为此出台了相应政策，确保外出务工人员的子女能够接受良好的教育。近年来，南阳市一些区县学校开始逐渐削减借读费，但是仍有一些学校未给这些孩子提供就读的机会，他们认为这些孩子会给学校带来升学负担，降低升学率。因此，有关教育部门应不断完善制度，如政府积极鼓励城市中的学校接收外来务工人员子女入学，并制定一系列实质性的奖励政策，以达到预期效果，在不断改进体制的同时让更多留守儿童可以在父母身边享受到教育资源［5］。

辐射环境监测，主要就是借助当前先进的科学金属手段，进而实时监测环境当中的污染物，深入研究分析其定量以及定性，发现其中的变化规律，进而采取有效措施，有效改善环境质量。从本质上来说，辐射环境监测，其实是一项政府行为，上级政府部门通过借助先进的技术手段，进而有效的监测到所存在的一些破坏环境均衡以及违反环境法律的行为，在这一过程当中，所监测到的一系列的数据，能够对辐射环境起到良好的监督以及举证的作用。

2 甘蔗叶处理与利用研究

肥料化利用是甘蔗叶资源利用的最直接途径，肥料化利用主要有两种形式：一是粉碎后直接还田；二是粉碎后收集堆沤制肥。由于甘蔗叶的产区以热带、亚热带为主，直接还田的气候条件较为适宜，甘蔗叶在土壤中腐败速度较快，基本不会对第二年的甘蔗生长产生不利影响。表1所示为粉碎还田与焚烧还田的主要参数对比，可见粉碎后直接还田对于甘蔗的产量提升具有积极作用。堆沤制肥的方式主要应用于不适于直接还田的地区，或需利用堆沤制备沼气或其他资源的场合，可将堆沤后的废料作为肥料直接还田。

3 甘蔗叶的机械化粉碎技术

3.1 粉碎价值

粉碎设备有两种驱动形式，一是利用拖拉机驱动，多为田间直接粉碎；二是电机驱动，多为场地固定粉碎机。粉碎设备的结构包括捡拾或喂入机构、输送机构、粉碎刀架、输出机构等。其中粉碎刀架技术是决定甘蔗叶粉碎质量的关键因素。根据粉碎刀具形式和结构的不同，现阶段甘蔗叶粉碎设备主要包括直刀粉碎机、甩刀粉碎机、锤爪式粉碎机、L型刀片粉碎机、鞭式粉碎机等

。

3.2 粉碎设备的类型与特征

粉碎处理是甘蔗叶有效利用的基础工作，现阶段甘蔗叶的粉碎主要有两种形式，一是田间直接粉碎，这种方式主要用于还田处理，粉碎后的甘蔗叶通过机械化深翻作业能够与土壤实现充分混合，利于甘蔗叶在土壤中的腐化过程；二是将甘蔗叶集中收集后利用专用粉碎机械进行集中粉碎，这种方式避免了田间粉碎时甘蔗叶中混有过量的泥土、砂石等杂物，有利于更好保证甘蔗叶净度。

4)L型刀片粉碎机。L型刀片粉碎机的刀片形状类似L，刀刃与横向刀刃所成角度可在60°～90°之间调整和选择，L型刀片粉碎机是针对田间粉碎作业专门进行的升级和研发，与普通甩刀粉碎机相比，L型刀片粉碎机能更好地破碎田间残留的甘蔗，降低甘蔗叶在田间直接粉碎的根茬阻力影响，提高作业效率，降低能耗。

5)鞭式粉碎机。鞭式粉碎机多用于田间粉碎，其刀具呈多节布置，通常包括2～3节的刀片组成，鞭式刀片具有一定的柔性，在刀轴高速旋转下既能起到切割甘蔗叶的作用，又能起到抽打作用，能够有效切碎蔗叶，并利用鞭式刀片的长度实现根茬等较硬结构的粉碎，能够一次作业达到免耕播种或粉碎还田的农艺要求。

3)锤爪式粉碎机。锤爪式粉碎机与刀片粉碎机原理存在一定差异，以锤爪作为粉碎部件，锤爪既具有一部分撕剪的能力，还具有很强的冲击捶打能力，在高速旋转过程中，锤爪的惯性力更大，能够对甘蔗叶产生捣碎效果，具有良好的粉碎质量，且锤爪体积大、硬度高使用寿命长，不易损坏。但锤爪式粉碎机所需配套动力大，能耗更高。

2)甩刀粉碎机。甩刀粉碎机是在直刀粉碎机技术上进行的改良，用以进一步提高甘蔗叶的粉碎效率，更适合大量甘蔗叶的高效率粉碎作业。甩刀粉碎机根据甩刀形状的不同，种类也存在一定差异，常用的甩刀类型包括Y型甩刀和T型甩刀两类。Y型甩刀开刃方向多角度，有效增加了粉碎过程的剪切效果，且运转过程阻力小，有利于高效率粉碎；T型甩刀既有纵向刀刃又有横向刀刃，能实现两个方向同时切割的效果，其多用于精细粉碎的设备使用，该机型通常结构复杂，以固定式大型粉碎设备为主。

1)直刀粉碎机。直刀粉碎机在我国农业生产中应用较为广泛，其工作过程通常依靠刀轴的快速旋转实现对甘蔗叶的划切。为保证粉碎质量，直刀粉碎机的刀片安装间距较小，刀片的排列密度大，对于甘蔗叶粉碎效果较好，且结构简单，能满足大部分甘蔗叶再利用的粉碎质量要求，但对于部分需要精细粉碎的场合则不适用，且粉碎效率相对较低。

刘凯玉[27]研究了经过碱化和氨化处理秸秆的奶牛瘤胃NDF降解率，结果表明，碱化秸秆的NDF有效降解率显著高于干秸秆（P＜0.05），而且碱化秸秆的NDF慢速降解部分较氨化秸秆提高了17.25%。Pan等[28]的研究表明，尿素和氢氧化钠处理都会提高秸秆的NDF的有效降解率，但氢氧化钠的作用更明显。华金玲等[29]以成年公羊为基础研究了氨化秸秆各时间段的NDF降解率，试验表明氨化秸秆的NDF降解率显著高于相应时间点的未处理秸秆，NDF的最大降解量提高了22.83%。孙国强等[30]指出，将尿素和氢氧化钙按玉米秸风干质量的4%添加时，72 h NDF瘤胃降解率显著高于未处理玉米秸。

4 甘蔗叶的合理应用途径

4.1 肥料化利用

近年来，甘蔗叶的价值得到了社会认可，其再利用工作也得以有效开展，很多学者根据甘蔗叶的组成成分展开研究，为甘蔗叶的科学处理、加工、利用丰富了理论基础。徐振华

针对蔗叶柔性刀切断还田机展开研究，利用LS-DYNA有限元分析软件对粉碎过程进行了仿真，证实了主刀辊顺时针旋转，从刀辊逆时针旋转的最优工作方式，得到了粉碎过程蔗皮的最大应力值为2.68 MPa，蔗芯的最大应力值为0.57 MPa，为柔性刀结构参数的优化提供参考。郑勇等

针对甘蔗叶剪切特性展开研究，利用电子万能材料试验机对甘蔗叶进行剪切试验研究，明确了甘蔗叶叶鞘、叶脉、叶薄片各个位置的剪切力学特性，统计并获得了甘蔗叶抗剪切强度和剪切模量，为粉碎质量的提升创造有利条件。文少白等

针对甘蔗叶不同还田方式对土壤养分的影响进行了实验研究，利用动态监测甘蔗叶粉碎、焚烧和深埋不同还田方式，统计了甘蔗生长过程的差异性特点，证实了粉碎还田和深埋还田对于提高甘蔗产量的意义。艾浩

利用甘蔗叶特性研究了活性炭的制备方法，明确了制备过程的最佳工艺条件，并对制备成的活性炭吸附性能进行了试验验证。付志滨

以组合碱的形式对甘蔗叶进行预处理，探索酶解的最佳条件，通过正交优化实验明确了组合碱预处理条件为组合碱体积比4∶1，并得出了酶解的最佳温度、预处理时间等参数，有效缩短了反应时间。

4.2 饲料化利用

甘蔗叶中富含粗纤维、脂肪、蛋白质、矿物质、维生素等营养物质，且含糖量相对于其他植物叶片或秸秆更高，将其应用于农业畜牧业作为饲料使用十分适宜。将甘蔗叶与其他粮食或植物原料进行混合，或将其进行氨化、青贮处理，能进一步提高饲料的适口性和营养含量，同时降低牲畜饲喂过程的饲喂成本，降低企业的经营投入。

4.3 能源化利用

甘蔗叶的能源化利用具有多种形式，从应用过程的消耗量来看，主流的能源化利用形式包括：沼气制备和直燃发电两种。由于甘蔗叶的纤维化含量平均可达69.5%左右，十分适合利用堆沤发酵的方式制备沼气，相对于普通的秸秆、草木堆沤，其沼气产生量更高。此外，我国南方地区近年来建设了多个甘蔗叶直燃发电项目，实现了甘蔗产区的蔗叶就近能源化利用。

急性肾功能衰竭是由于多种原因导致患者体内的肾小球滤过率持续或突然的下降，从而使患者的肾脏在短时间内无法正常排泄。急性肾衰竭是继发于严重感染、创伤、休克，中毒和溶血等多种原因导致的急性肾损害的总称。在患者的急性肾衰竭的救治方法中，血液净化能够起到非常关键的作用。血液净化方法基本类型有腹膜透析、血液滤过和血液透析三类。在应用血液透析疗法的治疗过程当中，循证护理对急性肾衰竭的治疗起到一定作用。为探究急性肾功能衰竭应用血液透析疗法的循证护理效果，本研究对我院2017年2月—2018年1月收治的60例急性肾功能衰竭患者的护理方式及效果进行探讨，现将研究结果报道如下。

4.4 医药原料利用

甘蔗叶中含有能被医药企业利用的活性成分，从甘蔗叶中能够提取出黄酮类、多酚类、多糖类、过氧化物酶类、苷类等抗氧化成分，具有降血糖、抗菌、抗神经类炎症等药用价值。甘蔗叶相对于传统的中药药材更易获取，收集成本更低，其所能提取的有价值成分较高，将其提取物应用于医药产业能够有效降低医药企业的原材料成本。

4.5 制备活性炭

活性炭制备是利用甘蔗叶转换为高价值产品的新思路，通过将甘蔗叶与指定浓度的活化剂进行混合，利用恰当的浸泡时间、料液成分和温度控制，使甘蔗叶在适当的环境条件下完成热解。研究表明活性炭的制备温度为700 ℃，活化时间60 min，在恰当的料液比下能够形成大量的微米级孔隙，达到良好的吸附能力要求。

5 结语

综上所述，甘蔗叶做为蔗田生产的附属产物，具有高产、高利用价值的特点，为避免农业生产过程造成甘蔗叶资源的浪费，应以甘蔗产区农业主管部门为主导，积极引导农民参与甘蔗叶的利用工作，并为甘蔗叶回收利用相关设备的生产企业、转化利用企业创造便捷的政策条件和技术支持。帮助甘蔗叶得到有效合理的利用，使甘蔗生产的经济价值和社会价值得到进一步提升。

[1] 徐振华.蔗叶还田机柔性刀工作过程仿真研究[D].广州：华南农业大学,2016.

[2] 郑勇,李玲,焦静,等.甘蔗叶剪切特性研究[J].农机化研究,2017,39(9):174-178.

[3] 文少白,葛畅,李明,等.甘蔗叶不同还田方式对土壤养分的影响[J].热带作物学报,2017,38(8):1423-1426.

[4] 艾浩.甘蔗叶活性炭的清洁制备方法、性能及其应用研究[D].南宁：广西师范大学,2013.

[5] 付志滨.甘蔗叶的组合碱预处理和发酵产乙醇研究[D].广州：暨南大学,2019.

[6] 付雪高.甘蔗叶粉碎还田机关键部件研究[D].海口：海南大学,2010.