近20年來新疆農作物秸稈資源量變化、現(xiàn)狀分析及綜合利用探討*

凌一波，薛穎昊，王家平，胡一民，張若宇

（1.新疆維吾爾自治區(qū)農村能源工作站，烏魯木齊 830049；2.農業(yè)農村部農業(yè)生態(tài)與資源保護總站，北京 100125；3.石河子大學農學院，新疆石河子 832000；4.中國農業(yè)大學國家農業(yè)科技戰(zhàn)略研究院，北京 100193；5.石河子大學機械電氣工程學院，新疆石河子 832000）

0 引言

治理農業(yè)農村污染是深入打好污染防治攻堅戰(zhàn)的重要任務，是實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要舉措，對推動農業(yè)農村綠色低碳發(fā)展、加強農村生態(tài)文明建設具有重要意義[1]。農業(yè)廢棄物是農業(yè)生產過程中產生的殘余物質[2]，作為主要廢棄物之一[3]，秸稈是除籽粒等收獲器官外的植株地上部分，具有纖維素、碳、氮、礦物質、維生素等營養(yǎng)物質高且硫含量低的特性[4]，其利用過程能實現(xiàn)碳平衡[5]，提高秸稈綜合利用水平，不僅是破解農業(yè)面源污染，強化畜牧業(yè)飼草料保障[6]，實現(xiàn)農業(yè)循環(huán)發(fā)展的現(xiàn)實需要[7]，也是加快能源結構清潔化進程、實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”遠景目標的有效手段[8,9]。

新疆地處我國西北邊陲，總面積166.49萬km2，耕地面積524.229萬hm2，糧食、棉花等主要農作物產量分別達1 492.55萬t和511.10萬t[10]，秸稈等農業(yè)廢棄物資源儲量較高。近年來，新疆地方政府在秸稈資源利用方面開展了大量的工作[11]，在種養(yǎng)結合、農家肥漚制、秸稈能源化工程建設等方面示范成效良好。目前新疆秸稈利用量達2 704.14萬t，綜合利用率約86.48%[12]，但受社會、經(jīng)濟、技術等多方面的限制，秸稈資源化開發(fā)深度不足，浪費依然嚴重，秸稈露天焚燒現(xiàn)象時有發(fā)生[13]，造成了環(huán)境、經(jīng)濟、社會效益的多重損失。文章梳理并分析近20年新疆主要農作物秸稈資源變化特性，以及秸稈資源分布、密度、豐度等情況，總結現(xiàn)階段農作物秸稈綜合利用現(xiàn)狀與成效，并給出下階段新疆農作物秸稈資源高質利用的建議與展望，以期為更好推動相關工作提供數(shù)據(jù)支撐與決策參考。

1 新疆農作物秸稈資源概況

1.1 數(shù)據(jù)來源及分析方法

農作物秸稈資源量采用谷草比估算法[14-16]。其中單位播種面積資源量單位為t/hm2，SP為主要農作物播種面積，單位為hm2；人均秸稈資源占有量單位為kg/人，P為某一地區(qū)鄉(xiāng)村人口數(shù)量。該研究所使用的人口數(shù)、主要農作物播種面積、主要農作物產量數(shù)據(jù)均源自《新疆統(tǒng)計年鑒—2019》，部分數(shù)據(jù)采用歷年工作調查積累數(shù)據(jù)。

1.2 近20年來新疆主要農作物秸稈資源量變化

2000—2018 年新疆主要農作物秸稈資源量由1 586.5萬t增加到3 449.0萬t（圖1）。從變化趨勢來看，新疆棉花秸稈資源量在2005年后迎來“兩次”大幅增長。第一次是2005—2008年，秸稈資源量4年間從538.2萬t增加至841.6萬t，后由于種植結構調整等因素[17]，2010年棉花種植面積回落至154.0萬hm2，當年秸稈資源量為759.9萬t。2011年后，“矮、密、早”模式與覆膜栽培技術推廣不斷成熟[18-20]，新疆棉花種植面積持續(xù)擴大至2018年的249.1萬hm2，單產從2000年1.5t/hm2提高到2018年2.1t/hm2，秸稈資源量達1 405.5萬t。2000—2018年生產成本增加等因素導致新疆糧食作物種植結構不穩(wěn)定[21-23]，玉米、小麥種植規(guī)模呈波動上升趨勢。2000—2008年小麥優(yōu)勢地位相較玉米略有下降，種植規(guī)模在2009年后穩(wěn)定在100萬～120萬hm2，秸稈資源量從2000年的393.6萬t增加到2018年的554.7萬t。玉米種植面積2000年僅38.3萬hm2，2018年達到103.3萬hm2，當年秸稈資源量902.1萬t，增長率為177.5%，其中2015年達到峰值1 188.4萬t。

圖1 2000—2018年新疆主要農作物秸稈資源量變化

1.3 新疆農作物秸稈資源總量與構成

新疆主要農作物秸稈理論資源量達4 041.98萬t（表1），其中新疆維吾爾自治區(qū)3 126.80萬t，新疆生產建設兵團915.20萬t。從區(qū)域分布來看，喀什、阿克蘇、塔城、伊犁州直屬縣市和昌吉州秸稈資源量較大，5地合計占比達75.75%，烏魯木齊、克拉瑪依、吐魯番、哈密4地秸稈資源量較小，均不足1%。從種類構成看，以玉米、棉花、小麥秸稈為主，瓜蔓、蔬菜殘渣、稻稈等農副產品在部分區(qū)域具有一定比重。玉米、棉花、小麥秸稈分別為1 071.06萬t、932.25萬t和587.81萬t，3種作物秸稈占比達82.87%。玉米秸稈主要分布在塔城地區(qū)、伊犁州直、喀什地區(qū)、昌吉州，合計786.38萬t。棉花秸稈主要分布在阿克蘇、喀什、巴州、塔城，合計753.19萬t。小麥秸稈主要分布在喀什、阿克蘇、昌吉州、伊犁州直，合計414.53萬t。吐魯番市果用瓜秸稈占當?shù)乜偭康?1.15%。巴州、喀什、昌吉等地具有一定量的蔬菜殘渣。水稻秸稈主要集中在伊犁州直和阿克蘇，分別為14.15萬t和13.89萬t。阿勒泰向日葵秸稈達57.49萬t。新疆生產建設兵團棉花秸稈總量464.48萬t，占兵團秸稈總量的50.75%，玉米、小麥秸稈合計219.81萬t，有一定量的薯類、葵花、水稻、油菜秸稈和蔬菜殘渣等。

表1 新疆各地(州、市)及新疆生產建設兵團農作物秸稈理論資源量 萬t

1.4 新疆農作物秸稈資源豐度

新疆人均農作物秸稈資源占有量為2 416.67kg/人（圖2）?？死斠?、塔城、博州、昌吉州、巴州人均秸稈占有量分別為39 066.55、8 489.85、4 938.42、4 661.15和4 410.60kg/人，均高于全疆平均水平50%，屬秸稈資源豐富區(qū)。阿克蘇、阿勒泰人均秸稈占有量分別為2 995.26和2 663.99kg/人，介于全疆平均水平之間，為資源一般區(qū)。烏魯木齊、吐魯番、哈密、伊犁州直、克州、喀什、和田秸稈人均占有量均未達到平均水平，為資源貧乏區(qū)。新疆生產建設兵團人均秸稈占有量為 2 946.96 kg/人。

圖2 新疆各地（州、市）及新疆生產建設兵團主要農作物秸稈資源人均占有量

1.5 新疆農作物秸稈資源密度

新疆主要農作物單位播種面積秸稈資源量為7.08t/hm2（圖3）,烏魯木齊、伊犁州直、塔城地區(qū)、博州、阿勒泰地區(qū)、昌吉州單位播種面積秸稈資源量分別為10.02、9.13、8.87、8.49、8.16和8.10t/hm2高于全疆平均水平，為秸稈分布集中區(qū)，其余地區(qū)單位播種面積秸稈資源量均未達到全疆平均水平，為秸稈分布分散區(qū)。新疆生產建設兵團單位播種面積秸稈資源量7.82t/hm2。

圖3 新疆各地（州、市）及新疆生產建設兵團主要農作物秸稈資源密度

2 新疆農作物秸稈利用現(xiàn)狀

2.1 新疆農作物秸稈利用現(xiàn)狀與成效

2.1.1 秸稈肥料化利用現(xiàn)狀與成效

推動秸稈肥料化利用是提升新疆土地資源可持續(xù)性、改善農業(yè)面源污染、提升土壤質量的有效途徑[24-31]，目前新疆農作物秸稈總養(yǎng)分量達58.5萬t，占總有機肥源的21.33%，理論可替代N、P2O5、K20達21.2萬t、65.5萬t和30.8萬t，昌吉、喀什、塔城等地秸稈肥料化優(yōu)勢度相對較高[32]。新疆小麥、玉米秸稈還田率分別為49%和36.5%[33]，鉀肥替代潛力分別達10.6和15.6 kg/hm2[34]，氮肥替代能力分別達22.2kg/hm2和55.4 kg/hm2[35]。近年新疆積極開展商品化有機肥生產、規(guī)?；斩挿鬯闈a肥配套機械設備應用，推動市場化主體年秸稈肥料化利用約4萬t。農戶在田間地頭興修簡易秸稈漚肥池，年秸稈肥料化利用能力可達160萬t，利用量是規(guī)模化市場主體近40倍，有效擴大了秸稈肥料化利用成果。隨著農機合作社不斷發(fā)展，新疆每年約1 194萬t秸稈直接還田，占秸稈總利用量的44%，這其中約730萬t為棉花秸稈，棉花秸稈直接還田量占棉花秸稈總量的52%[36,37]以上，有效緩解了棉花秸稈處理難題。

2.1.2 秸稈飼料化利用現(xiàn)狀與成效

當下新疆農作物秸稈飼料化利用呈“一高一低”特征，“一高”即農作物秸稈飼料化利用率高，達53%[38]，高于全國平均水平22個百分點，秸稈飼料化推廣程度高；“一低”即農作物秸稈飼料化滿足度低，僅50%，遠低于134.43%的全國平均水平[39]，秸稈飼料缺口問題會長期存在[40]。近年來新疆將推動秸稈飼料化建設作為農業(yè)結構調整的重要舉措，扶持秸稈青（黃）貯等飼料專業(yè)化生產示范建設，保障畜牧養(yǎng)殖的飼料供給。據(jù)統(tǒng)計，全區(qū)每年玉米、小麥秸稈飼料化利用量約1 077萬t，占秸稈飼料化利用總量的87%，推動伊犁州每年286萬t農作物秸稈飼料化利用，有效推進了當?shù)貍鹘y(tǒng)草原畜牧業(yè)向農區(qū)畜牧業(yè)轉型，推動喀什、和田等貧困集中發(fā)生地區(qū)627萬t農作物秸稈飼料化利用，持續(xù)推進當?shù)剞r區(qū)畜牧業(yè)提質增效。

2.1.3 秸稈燃料化利用現(xiàn)狀與成效

當下新疆棉花秸稈燃料化利用水平不高，燃料化利用僅不足60萬t，以打捆直燃和生物質燃料顆粒為重點，推廣棉花秸稈燃料化在新疆前景廣闊。目前阿瓦提、巴楚等縣已使用棉花秸稈進行直燃發(fā)電，每年大約消耗棉花秸稈10萬t，經(jīng)濟效益良好[41,42]。呼圖壁縣試點棉花秸稈生物質顆粒燃料年產5萬t示范項目成功。

2.1.4 秸稈基料化、材料化利用現(xiàn)狀與成效

阿克蘇庫車縣、伊犁州特克斯縣等地已開展小規(guī)模食用菌基料生產建設，年消納能力約1.5萬t，總體看秸稈基料化加工僅占1.29%，加工能力亟待提升。棉花秸稈纖維長度和木質化程度與木材基本相當[43,44]，在板材開發(fā)上具有良好前景[45]，目前新疆在此領域仍是空白。

2.2 新疆農作物秸稈典型利用模式

自2019年新疆開展農作物秸稈綜合利用整縣推進試點以來，以農作物秸稈肥料化、飼料化、燃料化建設為抓手，圍繞技術體系、工作體系和政策體系，探索了一批具有較高區(qū)域適宜性的秸稈綜合利用技術模式，筆者在此簡要梳理。詳見表2。

2.3 現(xiàn)階段新疆農作物秸稈利用存在的主要問題

2.3.1 政策配套不完善，聯(lián)動機制缺乏

秸稈綜合利用的推動與落地關鍵看地方配套政策，雖然國家層面出臺多項促進農作物秸稈利用相關政策，但截止目前新疆僅在秸稈禁燒方面出臺過落實文件[46]，且政策缺乏延續(xù)性，在產業(yè)發(fā)展、收儲體系建設、技術研發(fā)推廣、資金等方面政策保障缺位，發(fā)改、農業(yè)農村、科技、財政、環(huán)保等多部門分工明確、協(xié)同配合的政策體系、工作制度還未形成。

2.3.2 收儲體系不健全，產業(yè)化程度不高

新疆雖然農作物秸稈資源總量高，但其可資源化利用密度低[47]，加之受制于秸稈利用主體以農戶分散利用為主的特性，使得秸稈收集運輸成本相對較高，規(guī)模化市場收運服務主體缺乏，秸稈收儲運體系不完善?！按蠖ⅰ钡奶匦栽斐尚陆r作物秸稈利用主體抵御市場風險能力較低，政—企、農—企利益聯(lián)結機制不完善，宏觀管理、生產體系、流通服務銜接不充分，產業(yè)化水平仍然很低[48]，整體投入產出效率低[49]，無法享受面向規(guī)?；黧w相關補貼[50]。

2.3.3 技術模式有待提升，棉花秸稈難題亟待解決

具有較高區(qū)域適宜性的秸稈利用技術體系在新疆還不健全，新疆在秸稈飼料化、肥料化、燃料化方面技術集成與模式優(yōu)化上仍不成熟[51-54]，在秸稈材料化利用領域依然空白。作為我國棉花主產區(qū)，新疆具有穩(wěn)定且大量的棉花秸稈產出，然而受思想觀念、成本效益、制度政策等影響，新疆棉花秸稈仍以直接粉碎還田等單一、低效途徑處理，經(jīng)濟附加值低，資源浪費嚴重，棉花秸稈的資源屬性亟需進一步挖掘。

3 結果與討論

3.1 棉花秸稈是新疆農作物秸稈利用的卡點難點和主攻方向

近20年新疆棉花秸稈增幅較大且趨勢穩(wěn)定，加之近年來新疆農區(qū)畜牧業(yè)發(fā)展迅速，玉米、小麥秸稈利用率較高，且國內其他棉區(qū)種棉比較經(jīng)濟效益持續(xù)走低[55]，新疆將長期保持棉花秸稈資源的高產出，然而目前新疆棉花秸稈約52%直接還田，加工利用量僅1.29%[56]，處理形式單一、資源化利用水平低，資源化、商品化程度亟待提高[57,58]。新疆棉花秸稈的資源高產出與利用低水平現(xiàn)象將長期存在，棉花秸稈是新疆農作物秸稈綜合利用的卡點難點和主攻方向。

3.2 新疆農作物秸稈資源總量大、種類多、分布廣，具有良好的資源化開發(fā)潛力，同時存在諸多問題

新疆主要農作物秸稈資源豐富，理論資源量4 041.98萬t，其中玉米、棉花、小麥秸稈合計81.04%，塔城地區(qū)、博州、昌吉州等地秸稈資源量較大且豐度、密度均較高，有助于降低開發(fā)成本，適宜加快完善收儲運體系并建立大型秸稈資源化開發(fā)企業(yè)。新疆雖然在以秸稈為紐帶推動草原畜牧業(yè)向農區(qū)畜牧業(yè)轉型等方面取得一定成效，但仍然存在政策配套不完善、聯(lián)動機制缺乏、收儲體系不健全、技術模式有待提升等突出問題。

3.3 新疆秸稈飼料化、基料化發(fā)展具有現(xiàn)實需求，秸稈肥料產業(yè)化程度有待提高

雖然新疆形成了一批區(qū)域適宜性較高的秸稈飼料化利用典型模式，但由于新疆近年草場非平衡性特征明顯[59]，草地承載力大幅下降[60]，農區(qū)已成為新疆畜牧業(yè)發(fā)展的重要區(qū)域[61]，秸稈飼料缺口問題將長期存在。同時新疆設施農業(yè)規(guī)模已超6萬hm2[62]，但依然存在較大缺口，僅南疆就達90萬t以上[63]，秸稈基料需求潛力巨大。瞄準解決農區(qū)畜牧業(yè)與設施蔬菜發(fā)展現(xiàn)實需求，結合區(qū)域實際，布局一批規(guī)模適度的產業(yè)建設，是回應實際需求，提升新疆農作物秸稈利用規(guī)?；?、產業(yè)化的突破口。目前新疆農作物秸稈總養(yǎng)分量達58.5萬t，占總有機肥源的21.33%，理論可替代N、P2O5、K20達21.2萬t、65.5萬t和30.8萬t，然而秸稈肥料化利用多為農戶自發(fā)分散積造方式，產業(yè)化程度有待提高。

4 建議與展望

4.1 完善配套政策支撐，優(yōu)化區(qū)域收儲運服務格局

充分整合環(huán)保、能源、畜牧、種養(yǎng)殖等領域利好政策，聚焦種植、收儲運、銷售等秸稈全產業(yè)鏈，在資金、稅收、土地、技術、設備等多方面給予支持和引導，研究出臺約束政策，“促”“禁”兩抓，創(chuàng)新秸稈利用機制，搭建“政府—農戶—企業(yè)—消費者”相互聯(lián)系、相互制約的制度體系。盡快完善秸稈收儲點建設，提升秸稈收儲運綜合服務，可在阿克蘇、巴州等有一定產業(yè)基礎、秸稈資源豐富的地區(qū)著力培育秸稈經(jīng)紀人，打造一批由經(jīng)紀人主導的“分散型”收儲運模式，其余地區(qū)重點依托現(xiàn)有組織，完善秸稈收儲運配套設施，布局一批區(qū)域收儲站，打造“集中型”收儲運模式，逐步形成“村有收儲點、鄉(xiāng)鎮(zhèn)有收儲中心”的體系格局。

4.2 改進秸稈利用技術模式，推進秸稈利用規(guī)模化產業(yè)化

瞄準回應新疆農區(qū)畜牧業(yè)、設施蔬菜發(fā)展需求與補齊棉花秸稈資源化利用短板，重點圍繞棉花、玉米、小麥等主要農作物，在秸稈肥料化、飼料化、基料化、燃料化、材料化等領域集成推廣一批規(guī)模適度、快速轉化的“低成本、高效率”技術產業(yè)模式，逐步破解當下新疆農作物秸稈綜合利用“小、散、低”的特點。強化政策支持，重點在塔城、博州、昌吉州等秸稈資源量較大且豐度、密度均較高的地區(qū)，加快完善收儲運體系并建立大型秸稈資源化利用企業(yè)，其他區(qū)域可結合地方實際，在低成本前提下，建立少量小型秸稈資源化開發(fā)企業(yè)。

4.3 提升棉花秸稈燃料化水平，助力新疆農業(yè)農村“碳中和”

新疆能源總體豐富但分布不均[64]，特別是煤炭資源呈現(xiàn)北富南乏的特征[65]，南疆農村地區(qū)農戶使用薪柴、秸稈等生物質能源的比例在70%以上[66]，然而燃燒熱效率低，造成了能源大量浪費，存在能源匱乏與能源浪費共存的局面。當前新疆農村能源消費總量達860萬t標準煤，其中煤炭約790萬t[67]。作為我國棉花主產區(qū)，新疆年產棉花秸稈已達1 396萬t以上，理論可替代標煤約900萬t[68]，在阿克蘇、喀什等棉花秸稈資源豐富但煤炭匱乏、替代能源成本高的農村地區(qū)大力試點棉花秸稈燃料化利用項目潛力巨大。