棉花秸稈利用的主要途徑及存在的問(wèn)題*

白志剛，劉帥，胡啟星，孫巨龍，劉婷，崔愛(ài)花

(江西省棉花研究所/國(guó)家棉花產(chǎn)業(yè)體系鄱陽(yáng)湖綜合試驗(yàn)站，江西 九江 332105)

我國(guó)地大物博，資源豐富，但是作為世界第一人口大國(guó)(占世界人口比例為18.82%)，人口基數(shù)大，人均資源較低[1]。作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，隨著糧食產(chǎn)量的不斷提高，作為副產(chǎn)品的農(nóng)作物秸稈產(chǎn)生量也日益增長(zhǎng)。農(nóng)作物秸稈是優(yōu)質(zhì)的可再生資源，但大部分農(nóng)民僅直接將農(nóng)作物秸稈粉碎還田或者丟棄于田間地頭，有的農(nóng)民圖方便一燒了之，不僅破壞生態(tài)環(huán)境，更造成了可再生資源的浪費(fèi)[2]。近年來(lái)國(guó)家大力推行農(nóng)作物秸稈資源化綜合利用政策，持續(xù)推進(jìn)農(nóng)作物秸稈綜合利用的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，我國(guó)主要農(nóng)作物秸稈綜合利用率已超過(guò)80%[3]。但由于農(nóng)作物秸稈分布狀況不均衡、多元化利用的規(guī)模不足，導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用時(shí)仍然存在農(nóng)作物秸稈綜合利用產(chǎn)業(yè)化程度低、利用成本高和經(jīng)濟(jì)效益差等問(wèn)題[4]。特別是在棉花生產(chǎn)中，由于棉花秸稈結(jié)構(gòu)特殊，木質(zhì)化程度相對(duì)較高，難以直接套用其他農(nóng)作物秸稈利用方式，相較于水稻、油菜等主要農(nóng)作物，棉花秸稈綜合利用的發(fā)展更滯后[5-7]。因此棉花秸稈資源的綜合利用成為進(jìn)一步提高秸稈綜合利用水平的短板問(wèn)題，亟需在現(xiàn)有秸稈利用基礎(chǔ)上因地制宜開(kāi)發(fā)適合棉花秸稈的綜合利用有效途徑。本文全面介紹了現(xiàn)今我國(guó)棉花秸稈利用的主要途徑對(duì)，深入分析了各個(gè)途徑存在的問(wèn)題，并針對(duì)存在的問(wèn)題提出相關(guān)政策建議和解決辦法，旨在推動(dòng)棉花秸稈綜合利用工作有序開(kāi)展，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物秸稈資源的循環(huán)利用和高效利用，為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)換增長(zhǎng)方式和發(fā)展農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化提供有力支持。

1棉花秸稈綜合利用的主要途徑

棉花作為我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物，現(xiàn)代技術(shù)主要是對(duì)棉纖維和棉籽進(jìn)行加工利用，對(duì)棉花秸稈的利用相對(duì)較少。棉花秸稈主要是由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素構(gòu)成，還含有少量的單寧、果膠素、灰分、色素以及有機(jī)溶劑抽取物(樹(shù)脂、脂肪、蠟等)[8-9]。我國(guó)棉花種植面積較大，棉花秸稈成為總量非常多的可再生資源，提高棉花秸稈利用率是提高農(nóng)民植棉效益最直接的途徑之一。隨著時(shí)代發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，棉花秸稈的利用主要分為兩類(lèi)途徑：第一種是直接還田肥料化利用，包括機(jī)械直接還田和堆漚腐解還田等多種類(lèi)型[10-11]；第二種是秸稈離田循環(huán)利用，包括深加工形成飼料、固化加工形成燃料、熱解氣化、燃燒發(fā)電、加工板材、與其他物料混合制成食用菌栽培基質(zhì)[12-17]。

1.1棉花秸稈直接還田

1.1.1機(jī)械直接還田

棉花采摘結(jié)束后，利用農(nóng)業(yè)機(jī)械或者秸稈粉碎機(jī)直接將棉花秸稈粉碎成末狀物料，均勻的播撒在田地中，通過(guò)農(nóng)用機(jī)械進(jìn)行滅茬、翻耕、旋耕，使末狀物料與土壤混合，棉花秸稈在底下充分吸收水分，被土壤中的微生物分解為腐殖質(zhì)，釋放棉花秸稈養(yǎng)分，使棉花秸稈經(jīng)過(guò)腐熟形成秸稈肥。秸稈肥中的氮、磷、鉀比例均衡，含量豐富，除此之外還含有多種植物生長(zhǎng)發(fā)育必須的微量元素，適用各類(lèi)土壤[18]。土壤吸收秸稈肥后通過(guò)改善土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和理化性能，提高土壤肥力，進(jìn)而提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，改善農(nóng)作物品質(zhì)[19]。

1.1.2堆漚腐解還田

棉花秸稈堆漚腐解主解有兩種方式：一種是厭氧發(fā)酵，具體操作是收集棉花秸稈，將其放入背風(fēng)向陰處的深坑中，密封發(fā)酵，深坑中加入適量的水，保持適宜的濕度，加入適量的微生物菌劑以加快腐熟過(guò)程；第二種是好氧發(fā)酵，在棉花秸稈發(fā)酵堆內(nèi)設(shè)有通風(fēng)處，棉花秸稈堆漚腐解還田，方法簡(jiǎn)便易行，不受時(shí)間限制，可在農(nóng)閑時(shí)進(jìn)行堆漚腐解，形成高品質(zhì)的有機(jī)肥施入土壤。

1.2棉花秸稈離田循環(huán)利用

1.2.1飼料化利用

棉花秸稈中粗蛋白占6.5%、木質(zhì)素占15.2%、纖維素占44.1%、半纖維素占10.7%、鈣占0.65%、磷占0.09%、游離棉酚占0.03%[20]。棉花秸稈制作的飼料蛋白質(zhì)含量高于麥草制成的飼料。棉花秸稈需經(jīng)過(guò)膨化脫毒，該過(guò)程不僅可以濃縮棉花秸稈中蛋白質(zhì)含量，還可以降低粗纖維的含量，去除棉酚，才可以制成顆粒飼料。由于棉花秸稈特殊的營(yíng)養(yǎng)成分結(jié)構(gòu)，反芻動(dòng)物能更好地吸收棉花秸稈制成的飼料。動(dòng)物食用棉花秸稈制成的飼料后，體內(nèi)產(chǎn)氣量適中，生長(zhǎng)發(fā)育良好，實(shí)現(xiàn)棉花秸稈到飼料的轉(zhuǎn)變。

1.2.2燃料化利用

太陽(yáng)能通過(guò)化學(xué)能的形式儲(chǔ)存在生物質(zhì)中，形成了位于煤炭、石油、天然氣之后的第四大能源，有別于前三種能源，生物質(zhì)能屬于可再生能源。棉花秸稈燃料化利用包括制成固體成型燃料、熱解氣化、燃燒發(fā)電等多種途徑。

棉花秸稈生物質(zhì)固體成型燃料是利用致密成型技術(shù)將棉花秸稈加工成容易儲(chǔ)藏和方便使用的生物質(zhì)顆?；虬魻?、塊狀成型材料。棉花秸稈成型材料具有體積小、容量大、熱值高、燃燒火力旺、原料普遍易取、可再生等特性，易于進(jìn)行商品化生產(chǎn)和銷(xiāo)售。也可以把棉花秸稈粉碎后的木屑，直接送到機(jī)制木炭廠，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的加工，制作成無(wú)煙的機(jī)制木炭。

棉花秸稈熱解氣化是將棉花秸稈放在隔絕氧氣或者密閉條件通過(guò)高溫分解工藝，促使棉花秸稈中的碳、氧、氫等元素經(jīng)過(guò)熱化學(xué)反應(yīng)過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)橐谎趸肌⒌獨(dú)?、甲烷等可以引燃的氣體。棉花秸稈熱解所產(chǎn)生的可燃?xì)鈱儆谇鍧?、可再生的能源，可以直接提供給人民生活和工業(yè)生產(chǎn)。棉花秸稈熱解生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化率是棉花秸稈直接燃燒生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化率的2～4倍。

農(nóng)作物秸稈燃燒發(fā)電技術(shù)是近年來(lái)規(guī)?；媒斩挼闹匾緩剑@種方式對(duì)秸稈的利用效率高、基本無(wú)二次污染，符合我國(guó)可再生能源發(fā)展政策，主要包括直燃發(fā)電、混燃發(fā)電和氣化發(fā)電等三種方式。直燃發(fā)電是指把棉花秸稈切割成1～10 cm的物料，代替煤炭等燃燒發(fā)電。混燃發(fā)電是指將棉花秸稈做成的物料與煤炭一起送入鍋爐，推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。把棉花秸稈中的生物質(zhì)能和煤炭中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。氣化發(fā)電是指在無(wú)氧條件下先將棉花秸稈進(jìn)行熱解氣化，產(chǎn)生可燃?xì)怏w，利用可燃?xì)怏w驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行發(fā)電。

1.2.3原料化利用

棉花秸稈中能夠分離出棉稈芯和棉稈皮，棉稈芯主要是由纖維素、木質(zhì)素、聚戍糖構(gòu)成，所占比例分別是16.55%、64.24%、19.33%，與楊樹(shù)的構(gòu)造相似[21]。棉稈芯的各項(xiàng)系數(shù)比較好，其中纖維長(zhǎng)寬比是30，壁腔比為0.28，柔性系數(shù)為68.2，是造紙、人造板的上乘原料。棉稈皮脫去膠后形成棉皮纖維。棉稈芯和棉皮纖維，通過(guò)膠黏劑的黏合，可以制作棉稈碎料板和棉稈纖維板。也可以直接將棉花秸稈粉碎，在制板廠中，通過(guò)相關(guān)器械壓制成中纖維板。

1.2.4基料化利用

棉花秸稈中主要成分是粗纖維，經(jīng)過(guò)微生物發(fā)酵作用，把大分子化合物降解為小分子碳水化合物。棉花秸稈營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富，可以粉碎代替木屑作為食用菌的栽培基質(zhì)原料，與化肥等其他物質(zhì)按照一定配比，制成食用菌培養(yǎng)基。棉花秸稈栽培食用菌，菌絲長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)壯，產(chǎn)量較高，降低了食用菌的種植成本，增加了農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收益，促進(jìn)了棉花秸稈資源的循環(huán)高效利用。

2棉花秸稈利用過(guò)程中存在的問(wèn)題

目前，我國(guó)的農(nóng)作物秸稈綜合利用率很高，達(dá)到81.68%，但仍有1.5億噸的秸稈造成浪費(fèi)，需要加大秸稈資源利用的力度。棉花秸稈的利用途徑有很多，但是成熟的循環(huán)利用途徑很少，主要是由于每種途徑中都存在或多或少的問(wèn)題。棉花秸稈直接還田時(shí)對(duì)機(jī)械的要求很高，當(dāng)年難腐爛，存留的根部仍需人工拔除，且棉花秸稈本身攜帶病菌[22-23]。棉花秸稈離田循環(huán)利用過(guò)程中秸稈收集困難、運(yùn)輸成本高、儲(chǔ)存條件要求高[24]的問(wèn)題都需新技術(shù)的研發(fā)、新機(jī)械的創(chuàng)造、新政策支持。棉花秸稈綜合高效利用需要從技術(shù)層面著手構(gòu)建循環(huán)鏈條，嚴(yán)格落實(shí)國(guó)家頒布的各項(xiàng)政策，切實(shí)提高棉花秸稈綜合利用率。

2.1直接還田中存在的問(wèn)題

棉花秸稈中含有很高的木質(zhì)素，其中根部最高，致使棉花秸稈比其他的農(nóng)作物秸稈堅(jiān)硬，因而直接還田還存在以下問(wèn)題需要解決。一是對(duì)棉花秸稈還田所用的粉碎機(jī)械要求高，棉花根部處理難度加大。二是棉花秸稈粉碎翻壓入土，腐熟成為肥料所需要的時(shí)間較長(zhǎng)。三是殘留在田地中的棉花根莖，第二年難以腐變，影響春季播種。四是棉花秸稈本身帶有棉花枯萎病、黃萎病的病菌，病菌隨著棉花秸稈的還田，保留在土壤中，提高了棉花枯萎病、黃萎病發(fā)病率。五是棉花秸稈機(jī)械化粉碎還田時(shí)，缺乏相配套的農(nóng)藝措施。

2.2離田綜合利用存在的問(wèn)題

我國(guó)實(shí)行的是土地家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制，農(nóng)民以家庭為單位進(jìn)行農(nóng)作物種植，因而農(nóng)業(yè)化機(jī)械化程度不高，再加上棉花屬于一年生植物，收集具有季節(jié)性，棉花種植人工投入大，種植面積不集中，收集運(yùn)輸主要依靠人工，收集運(yùn)輸過(guò)程存在很多困難。如果農(nóng)民自己送到加工廠，運(yùn)輸成本偏高，并且工廠的供應(yīng)波動(dòng)很大，棉花秸稈的量不穩(wěn)定。如果在農(nóng)村設(shè)立收購(gòu)點(diǎn)，一次性投入較高，需要有較大的需求和比較成熟的產(chǎn)業(yè)鏈。如果工廠直接收集，對(duì)工廠自身的場(chǎng)地、資金、人工等要求高。棉花秸稈的收集運(yùn)輸效率低，加工廠中棉花秸稈的儲(chǔ)存問(wèn)題顯著。由于收集、運(yùn)輸、儲(chǔ)存過(guò)程中存在短板，加工廠缺少持續(xù)、穩(wěn)定的棉花秸稈供應(yīng)，制約相關(guān)加工廠的發(fā)展。

2.3配套的政策體系不健全

棉花秸稈的綜合利用是一項(xiàng)投資大，需要長(zhǎng)期堅(jiān)持才能獲得收益的工程，加工企業(yè)的棉花秸稈回收成本高，所得到的經(jīng)濟(jì)效益低，加工企業(yè)沒(méi)有可觀的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出，只得維持現(xiàn)狀，無(wú)法擴(kuò)大規(guī)模，難以形成完整的棉花秸稈回收利用產(chǎn)業(yè)鏈，因此，政府的支持非常重要。棉花秸稈的回收利用有很多途徑，延伸出多種產(chǎn)業(yè)鏈條，國(guó)家政策支持主要是棉花秸稈形成產(chǎn)品階段，對(duì)收集、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和產(chǎn)品消費(fèi)階段的補(bǔ)助相對(duì)比較薄弱，缺乏對(duì)棉花秸稈循環(huán)利用全產(chǎn)業(yè)鏈的系統(tǒng)性支持。國(guó)家秸稈循環(huán)利用的資金主要是在引導(dǎo)層面，對(duì)作物種類(lèi)、補(bǔ)貼區(qū)域、補(bǔ)貼金額都有限制。資金投入不足難以推動(dòng)棉花秸稈循環(huán)利用全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，難以實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)化升級(jí)。國(guó)家下發(fā)的鼓勵(lì)政策難以落地實(shí)施，影響了企業(yè)家們對(duì)秸稈循環(huán)利用的積極性。

3討論

我國(guó)每年產(chǎn)生秸稈將近10億噸，其中棉花秸稈占2.44%，主要分布在新疆、黃河流域、長(zhǎng)江流域。相對(duì)于玉米、水稻、小麥秸稈的利用技術(shù)，棉花秸稈的利用率較低，其綜合循環(huán)利用技術(shù)有待提高。與傳統(tǒng)棉花種植相比，棉花秸稈還田能提高土壤肥力，簡(jiǎn)化下茬作物種植程序，切實(shí)改善農(nóng)民的種植模式，減輕農(nóng)民負(fù)擔(dān)，棉花秸稈還田有較好的應(yīng)用前景。如何有效提高棉花秸稈綜合利用的多元化、產(chǎn)業(yè)化和高附加值利用水平，實(shí)現(xiàn)“布局合理、多元利用”的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展格局，仍是現(xiàn)階段推動(dòng)棉花秸稈綜合利用健康快速發(fā)展、真正將棉花秸稈資源變“廢”為“寶”所面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。而延長(zhǎng)棉花種植產(chǎn)業(yè)鏈、提高農(nóng)民植棉收入，實(shí)現(xiàn)棉花秸稈綜合高效利用對(duì)促進(jìn)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)以及推進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和美麗鄉(xiāng)村建設(shè)都有重要意義。