新疆巴州棉花秸稈產(chǎn)業(yè)化利用環(huán)境效益分析

張留亞 鞠勐浩 唐林 劉畢浩 蔡玲松

摘要：新疆巴州作為我國(guó)棉花的重要生產(chǎn)區(qū)域，其棉花產(chǎn)業(yè)及其經(jīng)濟(jì)效益為國(guó)家建設(shè)和當(dāng)?shù)剜l(xiāng)村振興作出了很大貢獻(xiàn)。但作為重要資源，伴隨產(chǎn)生的大量棉花秸稈卻沒有被利用，導(dǎo)致資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。通過(guò)對(duì)新疆巴州地區(qū)棉花秸稈利用情況的調(diào)研，并結(jié)合巴州實(shí)情，分析了棉花秸稈的燃燒環(huán)境負(fù)荷及其產(chǎn)業(yè)化利用形成的環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益，提出了產(chǎn)業(yè)化利用的具體方法。研究結(jié)果表明，產(chǎn)業(yè)化利用具有顯著環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)能夠減少秸稈直接燃燒對(duì)人體健康的影響。

關(guān)鍵詞：新疆;巴州;棉花秸稈;產(chǎn)業(yè)化利用;經(jīng)濟(jì)效益;環(huán)境效益

中圖分類號(hào)：S562.042

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-3143（2022）01-0059-06

DOI：10.3969/j.issn.2095-3143.2022.01.012

巴音郭楞蒙古族自治州（簡(jiǎn)稱巴州）位于新疆維吾爾自治區(qū)東南部，境內(nèi)有高山、盆地、河流、湖泊、戈壁、沙漠和平原綠洲，屬中溫帶和暖溫帶大陸性氣候。環(huán)境優(yōu)美，水資源豐富，地理優(yōu)越的條件下造就巴州棉花產(chǎn)業(yè)的高度發(fā)展。巴州地區(qū)也是我國(guó)重要的棉花和能源生產(chǎn)基地，當(dāng)?shù)孛藁捌滟|(zhì)量不僅需要滿足紡織的剛性需求，也是當(dāng)?shù)剜l(xiāng)村振興和農(nóng)民生活水平提高的基本經(jīng)濟(jì)保障，當(dāng)?shù)孛藁óa(chǎn)業(yè)和能源產(chǎn)業(yè)已成為重要的經(jīng)濟(jì)支柱型產(chǎn)業(yè)。巴州2020年棉花產(chǎn)量達(dá)到60多萬(wàn)噸，約占巴州地方生產(chǎn)總值和第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的10%和60%，但棉花秸稈資源的利用率卻不高，眾所周知，棉花秸稈具有極高的開發(fā)利用潛力）多年來(lái)，學(xué)者們就棉花秸稈的資源化利用做了大量研究，綜合分析這些研究可知，大多數(shù)學(xué)者重點(diǎn)研究了棉花秸稈的轉(zhuǎn)化產(chǎn)品;另一部分學(xué)者重點(diǎn)研究了棉花產(chǎn)量的提高方法，希望由此獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益[2-4]，也有學(xué)者就新疆棉花產(chǎn)業(yè)的貿(mào)易問(wèn)題進(jìn)行了研究[5]。這些研究為本文提供了很好的參考，特別是學(xué)者們對(duì)棉花秸稈資源多元化利用的研究、粗放處理的棉花秸稈還田技術(shù)研究[6]、用秸稈作為水泥窯替代燃料的研究），制作秸稈草磚的研究8和棉花秸稈纖維混凝土9等等。因此，作者在參考學(xué)者們研究的基礎(chǔ)上，提出了棉花秸稈的產(chǎn)業(yè)資源化研究，希望利用秸稈的規(guī)?；庸し绞?，實(shí)現(xiàn)秸稈的充分利用，減少環(huán)境負(fù)荷，確保棉花產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1巴州棉花生產(chǎn)現(xiàn)狀分析

1.1巴州棉花生產(chǎn)規(guī)模及其秸稈產(chǎn)量

基于巴州豐富的棉花產(chǎn)地資源，伴隨的棉稈資源相當(dāng)豐富，下表數(shù)據(jù)根據(jù)巴州農(nóng)業(yè)局提供的棉花產(chǎn)量，按棉花產(chǎn)量與棉稈產(chǎn)量比為1：2.7進(jìn)行推算得出。

由圖1得出，2010-2020年巴州棉花總產(chǎn)量由369704噸增長(zhǎng)至627420噸。棉稈總產(chǎn)量由998201噸增長(zhǎng)至1694034噸，巴州棉花總產(chǎn)量和棉稈總產(chǎn)量整體呈上升趨勢(shì)，截至2019年棉稈總產(chǎn)量達(dá)160萬(wàn)噸以上。據(jù)巴州農(nóng)業(yè)局統(tǒng)計(jì)，未被利用棉稈量約為總產(chǎn)量的40%，目前秸稈只有60%～70%被利用，剩余30%～40%尚未被利用（大多焚燒或填埋），對(duì)環(huán)境造成一定的污染。巴州棉稈總產(chǎn)量的不斷增加，未被利用棉稈總產(chǎn)量也在不斷增加（2010-2020年由399280噸增長(zhǎng)至677614噸）棉稈對(duì)環(huán)境污染愈發(fā)嚴(yán)重。

1.2巴州棉花秸稈處理現(xiàn)狀與棉秸稈還田的優(yōu)缺點(diǎn)

目前巴州農(nóng)村地區(qū)棉花秸稈處理方式依舊停留在較為原始的階段，主要采用直接燃燒和秸稈還田方式，其中直接燃燒會(huì)產(chǎn)生大氣氣態(tài)污染和吸入顆粒物對(duì)生態(tài)環(huán)境造成污染，也影響人們的身心健康。秸稈還田是指農(nóng)民將剩余棉稈進(jìn)行機(jī)械粉碎，將粉碎的棉稈進(jìn)行還田，為土壤起到增肥效果。但秸稈還田需要處理得當(dāng)，若處理不當(dāng)反而會(huì)對(duì)田地造成危害。事實(shí)上棉花秸稈不適合直接還田，原因在于棉稈本身有一定的病菌、蟲害，如果棉稈還田會(huì)將病菌埋伏地下，容易誘發(fā)莊稼再生病害，其次，棉稈如果太多，粉碎不夠均勻細(xì)致，則直接下田后腐熟速度慢，從而會(huì)影響莊稼發(fā)芽、生根的成長(zhǎng)進(jìn)程;另外棉稈會(huì)對(duì)下田勞作人員的安全造成威脅，加大刺傷刺破手腳等風(fēng)險(xiǎn)的概率;再者棉稈中本身的蠟質(zhì)較高，還田后也不易降解，會(huì)對(duì)土壤產(chǎn)生危害。

2巴州棉花秸稈處理的環(huán)境效應(yīng)與經(jīng)濟(jì)效益分析

2.1棉花秸稈處理的環(huán)境外部效應(yīng)

目前巴州區(qū)域棉花秸稈多用作家庭柴火資源直接燃燒，也有部分采用露天直接焚燒的方式進(jìn)行處理。由于棉花秸稈還田作業(yè)要花費(fèi)一定的加工成本，需要進(jìn)行粉碎等加工過(guò)程，因此大多數(shù)種植戶采取了燃料焚燒和野外焚燒。根據(jù)棉花秸稈焚燒過(guò)程排放物的當(dāng)量分析（每噸棉花秸稈燃燒可排放一氧化碳114.7kg、二氧化碳1261.5kg、一氧化氮0.85kg、二氧化氮0.43kg和氮氧化物1.28kg以及固體顆粒物320kg），結(jié)合歷年棉花秸稈量可以算出2010-2020年巴州棉花秸稈燃燒處理的各年排放物量（見表1）。

由表1分析可知，2010-2020年巴州棉花秸稈燃燒的環(huán)境外部效應(yīng)中一氧化碳，二氧化碳，固體顆粒物三種污染物排放量居高，排放量分別達(dá)77722噸、854810噸、216836噸。2010-2020年巴州棉稈燃燒主要污染物排放量整體呈上升趨勢(shì)發(fā)展，其中二氧化碳、固體顆粒物和一氧化碳上升趨勢(shì)較為明顯，其他主要污染物排放量上升趨勢(shì)相對(duì)緩和。綜上所述，2010-2020年巴州環(huán)境外部效應(yīng)中因棉稈燃燒產(chǎn)生主要污染物排放量不斷上升，加劇對(duì)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境污染，破壞生態(tài)平衡;同時(shí)危害人民身心健康，影響人們正常的生活。

2.2環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益分析

表1給出的主要排放物量值可以等效認(rèn)為是各年度由于棉花秸稈燃燒而形成的環(huán)境負(fù)荷，這些環(huán)境負(fù)荷的修復(fù)需要由表2給出的最小修復(fù)成本，如果進(jìn)行棉花秸稈的產(chǎn)業(yè)化和資源化利用，可以認(rèn)為這些燃燒排放物基本消除，相當(dāng)于節(jié)約了環(huán)境修復(fù)成本并等價(jià)形成了環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益，本文將其定義為環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益，體現(xiàn)了由于環(huán)境修復(fù)成本的等量減少而節(jié)約的經(jīng)濟(jì)支出。根據(jù)不同污染種類其環(huán)境負(fù)荷的修復(fù)成本有所不同，表2給出了棉稈燃燒主要污染物的單位環(huán)境負(fù)荷的修復(fù)成本。

由表2得出，棉稈燃燒主要污染物單位環(huán)境修復(fù)成本中，一氧化碳為1200元/噸、二氧化碳300元/噸、一氧化氮1200元/噸、二氧化氮700元/噸和氮氧化物600元/噸以及固體顆粒物300元/噸。巴州各市縣因地理分布不同，水資源條件存在差異，棉花產(chǎn)量差異較為明顯，則棉稈產(chǎn)量也存在明顯差異，其區(qū)域間棉稈燃燒環(huán)境負(fù)荷的修復(fù)成本也有所區(qū)別。這里假設(shè)2010年開始形成的環(huán)境負(fù)荷都借助棉稈的產(chǎn)業(yè)化利用而能夠消除，測(cè)巴州各市縣從2010年到2020年的各年度，由于棉稈產(chǎn)業(yè)化利用而形成的環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益可由表3表示。

由表3數(shù)據(jù)分析可知，2010-2020年間，巴州各市縣棉稈產(chǎn)業(yè)化利用的環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益中，庫(kù)爾勒市、輪臺(tái)縣、尉犁縣和直屬農(nóng)場(chǎng)平均環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益明顯。在此假設(shè)2020年后該四縣市各年至少保持相同棉花產(chǎn)量并實(shí)現(xiàn)棉稈產(chǎn)業(yè)化利用，則其每年的環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益分別可達(dá)到9881、9160、11546和7709萬(wàn)元，接近四億元，可見其環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益十分明顯，同時(shí)說(shuō)明棉花秸稈產(chǎn)業(yè)化利用的重要性。趨勢(shì)圖分析顯示，2010-2020年巴州各市縣棉稈燃燒的環(huán)境負(fù)荷也使其經(jīng)濟(jì)效益呈上升趨勢(shì)，其中以庫(kù)爾勒市、輪臺(tái)縣、尉犁縣和直屬農(nóng)場(chǎng)較為明顯，其它縣發(fā)展趨勢(shì)較為平緩。通過(guò)上述得出結(jié)論，2010-2020年巴州各市縣中庫(kù)爾勒市、輪臺(tái)縣、尉犁縣和直屬農(nóng)場(chǎng)棉稈燃燒的環(huán)境負(fù)荷修復(fù)成本較大、其它縣修復(fù)成本相對(duì)較小，這也說(shuō)明上述四市縣污染較為嚴(yán)重，環(huán)境修復(fù)問(wèn)題較為突出。

3巴州棉花產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展方式分析

從我國(guó)宏觀經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要分析，棉花秸稈回收綜合利用，符合國(guó)家低碳循環(huán)化發(fā)展理念，能夠?yàn)槲覈?guó)早日實(shí)現(xiàn)碳排放達(dá)標(biāo)貢獻(xiàn)力量。棉花秸稈及其他農(nóng)業(yè)秸稈的產(chǎn)業(yè)化利用適應(yīng)我國(guó)重要農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)的生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展以及關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)的共同發(fā)展，有利于加快大區(qū)域經(jīng)濟(jì)的協(xié)同發(fā)展并促進(jìn)綠色經(jīng)濟(jì)占比。從當(dāng)?shù)匚⒂^經(jīng)濟(jì)需求并結(jié)合秸稈產(chǎn)業(yè)化條件分析，巴州棉花種植要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展就必須首先解決棉花秸稈的環(huán)境污染問(wèn)題，而解決污染問(wèn)題的優(yōu)化途徑就是實(shí)現(xiàn)棉花秸稈的產(chǎn)業(yè)化和資源化利用，變廢為寶，消除其環(huán)境外部效應(yīng)，要改變棉花秸稈利用和處理方式，立足于生態(tài)環(huán)境保護(hù)理念，通過(guò)產(chǎn)業(yè)化利用提高棉稈資源利用率。產(chǎn)業(yè)化利用的產(chǎn)品選擇需要根據(jù)區(qū)域?qū)Ξa(chǎn)品的需要確定，盡量延伸產(chǎn)業(yè)規(guī)模和產(chǎn)業(yè)鏈。就目前巴州情況而言，棉花秸稈的家庭能源、畜牧飼料和生物制藥方面的需求較大，家庭燃料問(wèn)題是南疆農(nóng)民長(zhǎng)期以來(lái)有待解決的重要問(wèn)題，而畜牧業(yè)和生物產(chǎn)業(yè)是巴州支柱型產(chǎn)業(yè)，棉稈產(chǎn)業(yè)化利用首先需要考慮這三個(gè)方面的產(chǎn)品生產(chǎn)，以下分別加以說(shuō)明。

3.1棉花秸稈的工業(yè)資源化利用

棉花秸稈含有豐富的天然纖維素纖維，生物降解性好，可替代木材用于造紙業(yè)、板材生產(chǎn)、工藝品制作、活性炭生產(chǎn);也可替代糧食生產(chǎn)木糖醇等產(chǎn)品，其工業(yè)資源化的應(yīng)用前景十分看好。在工業(yè)資源化利用過(guò)程中很容易形成以點(diǎn)帶面的格局，通過(guò)產(chǎn)業(yè)化利用方式將棉花秸稈的產(chǎn)業(yè)化利用與其他農(nóng)作物秸稈的產(chǎn)業(yè)化利用相結(jié)合，形成更加寬泛的農(nóng)業(yè)秸稈再利用模式，巴州在這方面具有得天獨(dú)厚的條件。例如;可以利用農(nóng)作物秸稈產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模化利用方式，有效代替依賴博湖蘆葦造紙的傳統(tǒng)，逐步向農(nóng)業(yè)秸稈造紙模式發(fā)展，生產(chǎn)一噸紙比傳統(tǒng)化學(xué)法節(jié)約清水近100噸。從棉花秸稈的轉(zhuǎn)換產(chǎn)品類型分析，巴州需要根據(jù)區(qū)域特點(diǎn)，在農(nóng)作物秸稈工業(yè)資源化利用中需要選擇水資源消耗較少的產(chǎn)品，如傳統(tǒng)工藝品等產(chǎn)業(yè)，要充分考慮以畜牧飼料業(yè)和家庭能源以及生物有機(jī)肥制造業(yè)為主，延伸生產(chǎn)過(guò)程的產(chǎn)業(yè)鏈銜接，實(shí)現(xiàn)棉花秸稈的工業(yè)資源化利用的優(yōu)化。

3.2棉花秸稈的飼料資源化利用

棉花秸稈的生物化利用方式很多，由于全新疆棉花種植規(guī)模2021年達(dá)到247.9萬(wàn)公頃（3718萬(wàn)畝），巴州達(dá)到26.7萬(wàn)公頃（400萬(wàn)畝）左右，棉花秸稈的生物化利用前景十分廣闊。根據(jù)巴州當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展的綜合需要，一方面可以通過(guò)秸稈生物化生產(chǎn)畜牧飼料：由于棉花秸稈含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，4噸秸稈的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值相當(dāng)于1噸糧食，可為畜牧業(yè)持續(xù)發(fā)展提供物質(zhì)保障;巴州不僅是棉花秸稈資源豐富產(chǎn)區(qū)，也是的牛、馬和羊等主要畜牧業(yè)養(yǎng)殖區(qū)域，對(duì)飼料的需求較大，要有意識(shí)的鼓勵(lì)各類養(yǎng)殖戶利用棉花秸稈飼料，產(chǎn)業(yè)化加工過(guò)程中盡量生產(chǎn)耗水量較小的飼料產(chǎn)品（如顆粒型飼料產(chǎn)品）。另一方面可以大力發(fā)展棉花秸稈基料化利用，利用棉花秸稈栽培食用菌，將有利于促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生態(tài)平衡，加快建設(shè)高效生態(tài)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)。棉花秸稈的飼料化應(yīng)用途徑多、用水量較小，比較適合新疆南疆片區(qū)、特別是巴州地區(qū)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)需要。

3.3棉花秸稈的能源資源化利用

新疆的能源分布十分不均勻，煤炭等重要能源資源主要分布于新疆北疆片區(qū)和部分東疆地區(qū)，南疆片區(qū)煤炭分布十分稀少。雖然塔里木盆地中的塔克拉瑪干沙漠石油和天然氣分布較為豐富，但需要國(guó)家層面的大規(guī)模開發(fā)且開發(fā)成本較高。近年來(lái)在國(guó)家支持和新疆政府的努力下，新疆所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村都解決了家庭燃料用能問(wèn)題。但從資源有限性和環(huán)境外部效應(yīng)分析，一方面是能源分布匱乏和開發(fā)成本以及環(huán)境脆弱的現(xiàn)實(shí)，另一方面是大量的農(nóng)業(yè)秸稈資源未被有效利用，形成資源浪費(fèi)和巨大環(huán)境負(fù)荷，也導(dǎo)致農(nóng)民身體健康問(wèn)題。因此利用大量存在的棉花秸稈和其他農(nóng)業(yè)秸稈，構(gòu)建清潔型家庭能源利用模式就顯得十分重要，對(duì)當(dāng)前發(fā)展和未來(lái)可持續(xù)發(fā)展都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。研究表明，棉花秸稈作為一種重要的生物質(zhì)資源，其能源轉(zhuǎn)換效益十分顯著，僅2噸棉花秸稈的能源化熱值就可以替代1噸標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值，如果在巴州推廣棉花秸稈的能源化利用可有效地減少當(dāng)?shù)匾淮文茉聪?，其環(huán)境效益十分顯著。

4結(jié)束語(yǔ)

本文研究表明;當(dāng)前棉花秸稈的燃燒處理會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的環(huán)境負(fù)荷，而其相應(yīng)的環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益也十分可觀，棉花秸稈的產(chǎn)業(yè)資源化利用能夠產(chǎn)生多種加工產(chǎn)品，不僅能夠開拓可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值、也能夠形成棉花秸稈資源的循環(huán)利用，為棉花種植業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。下一步將重點(diǎn)研究產(chǎn)業(yè)化基地的建設(shè)，并根據(jù)產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)區(qū)域的水資源特性確定產(chǎn)品，著重開發(fā)能源和生物以及飼料產(chǎn)品，最終目標(biāo)是將全疆247萬(wàn)多公頃（3700多萬(wàn)畝）棉花秸稈進(jìn)行產(chǎn)業(yè)資源化利用。

參考文獻(xiàn)

[1]白志剛，劉帥，胡啟星，等.棉花秸稈利用的主要途徑及存在的問(wèn)題[J].棉花科學(xué)，2021，43（05）：11-15.

[2]崔愛花，孫亮慶，劉帥，等.棉花產(chǎn)量和土壤微生物數(shù)量及酶活性對(duì)棉田間作系統(tǒng)的響應(yīng)[J/OL].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)：1-7[2022-01-07].http：/kns.cnki.net/kcms/detail/32.1214.S.20211227.1455.002.html.

[3]石峰，田雨，時(shí)曉娟，等.北疆機(jī)采棉等行密植模式下脫葉效果、產(chǎn)量及纖維品質(zhì)研究[J/OL].石河子大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）：16[2022-01-07].

D0I：10.13880/j.cnki.65-1174/n.2021.21.047.

[4]李鑫，王劍，李亞兵，等.不同間套作模式對(duì)棉花產(chǎn)量和生物量累積、分配的影響[J/0L].作物學(xué)報(bào)：1-16[202201-07].http：//kns.cnki.net/kc-ms/detail/11.1809.S.20211220.1714.006.html.

[5]黎玉華.棉花產(chǎn)業(yè)貿(mào)易形勢(shì)與我國(guó)急需解決的問(wèn)題[J].棉花科學(xué)，2021，43（06）：3-8.

[6]閆曉宇，郭文君，秦都林，等.濱海鹽堿地棉花秸稈還田和深松對(duì)棉花干物質(zhì)積累、養(yǎng)分吸收及產(chǎn)量的影響[J/OL].作物學(xué)報(bào)：1-15[2022-01-07].

http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20210810.1324.008.html.

[7]靳惠怡.水泥窯替代燃料一新疆棉花秸稈規(guī)模化綜合利用新選擇[J].中國(guó)建材，2021（12）：49.D0I：10.16291/j.cnki.zgjc.2021.12.025.

[8]阿拉塔，郭迅，羅若帆，等.秸稈草磚研究綜述[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2021，21（24）：10108-10117.

[9]蘇強(qiáng)，王樺，黃金坤，等.棉花秸稈纖維混凝土力學(xué)性能正交試驗(yàn)[J].中國(guó)科技論文，2020，15（12）：1405-1409.