新疆棉花秸稈循環(huán)利用現(xiàn)狀與策略,農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學(xué)論文

新疆棉花秸稈循環(huán)利用現(xiàn)在狀況與策略,農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學(xué)論文內(nèi)容摘要：新疆地區(qū)每年盛產(chǎn)棉花的同時(shí)都會(huì)產(chǎn)生大量的棉花秸稈。棉花秸稈屬于生物質(zhì)資源，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)畜牧業(yè)、能源、材料、工業(yè)和環(huán)保等領(lǐng)域;亦屬于農(nóng)業(yè)固廢資源，若直接燃燒會(huì)污染生態(tài)環(huán)境，若粉碎堆漚還地，棉花秸桿生物質(zhì)偏硬，土壤自然降解較為困難;其在當(dāng)?shù)氐睦眯问捷^為粗放，在飼料化和肥料化上資源浪費(fèi)也較為嚴(yán)重。因此作者歸納了棉花秸稈處理的能源化、原料化和基料化等方式方法，評(píng)價(jià)了每種利用方式的局限性和優(yōu)缺點(diǎn)，提出了完善棉花秸稈資源化循環(huán)利用，到達(dá)節(jié)約集約，降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展的措施。旨在加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品的綠色低碳循環(huán)發(fā)展。本文關(guān)鍵詞語(yǔ)：新疆;棉花秸稈;生物質(zhì)資源;循環(huán)利用;CurrentSituationandStrategyofCottonStrawRecyclinginXinjiangAbstract：AlargenumberofcottonstrawareproducedinXinjiangeveryyearwhencottonisabundant.Cottonstrawbelongtobiomassresourcesandarewidelyusedinthefieldsofagriculture,animalhusbandry,energy,materials,industryandenvironmentalprotection.Cottonstrawisakindofagriculturalsolidwasteresource.Ifitisdirectlyburned,itwillpollutetheecologicalenvironment.Ifitiscrushedandrettedtotheground,thecottonstrawbiomassishard,andthesoilisdifficulttobedegradednaturally.Itslocalutilizationmodeisextensive,andthewasteofresourcesinthefeedandfertilizerofcottonstrawisalsoserious.Therefore,theauthorsummarizedmethodsofenergy,rawmaterialandbasematerialofcottonstrawtreatment,evaluatedthelimitations,advantagesanddisadvantagesofeachutilizationmethod,andproposedmeasurestoimprovetherecyclingofcottonstrawresources,achieveconservationandintensification,reduceproductioncosts,andachievegreendevelopment.Itaimstoacceleratethegreenandlow-carbondevelopmentofagriculturalby-products.Keyword：Xinjiang;Cottonstraw;Biomassresources;Recycling;新疆棉花久負(fù)盛名，不僅數(shù)量龐大，品質(zhì)也較優(yōu)良。全世界棉花年產(chǎn)量約為2500萬(wàn)噸，而新疆棉花產(chǎn)量約512.9萬(wàn)噸(2021年數(shù)據(jù))，約占全球的五分之一。新疆長(zhǎng)期以來(lái)一直是中國(guó)棉花的主產(chǎn)區(qū)。在推進(jìn)中國(guó)式當(dāng)代化發(fā)展進(jìn)程中[1]，新疆棉花種植面積不斷擴(kuò)大的同時(shí)棉花單位面積產(chǎn)量也不斷提高，對(duì)發(fā)展當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)和增加農(nóng)民收入起到積極的作用。當(dāng)前，新疆棉花種植面積超過(guò)250萬(wàn)公頃，棉花秸稈年產(chǎn)量達(dá)2000萬(wàn)噸以上，阿克蘇、塔城、昌吉、喀什和巴州地區(qū)尤為集中，若大量秸稈隨意地堆放處置，不僅浪費(fèi)資源，還對(duì)環(huán)境造成一定的污染。新疆地域遼闊，但是煤炭和石油等重要能源資源主要分布于新疆北疆地區(qū)和部分東疆地區(qū)，南疆地區(qū)的煤炭和石油資源則特別稀少，若能充分合理利用南疆棉稈生物質(zhì)資源，推廣棉稈資源化循環(huán)利用技術(shù)，不僅能夠解決能源匱乏和分布不均等問題，還能夠減輕環(huán)境負(fù)荷，增加農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收益，符合綠色低碳發(fā)展要求，在預(yù)防能源損耗和發(fā)展綠色環(huán)保效益上具有廣闊的發(fā)展前景和意義。為了加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品的綠色低碳循環(huán)發(fā)展[2]，不斷提升農(nóng)作物秸稈的循環(huán)利用水平，因此，作者從新疆棉花秸稈的利用現(xiàn)在狀況及存在的問題出發(fā)，歸納棉花秸稈循環(huán)利用現(xiàn)在狀況，并提出應(yīng)對(duì)措施。1新疆棉花秸稈資源情況數(shù)據(jù)參考來(lái)源(新疆統(tǒng)計(jì)年簽〕，運(yùn)用草谷比法得出20212021年新疆地區(qū)棉花秸稈資源情況，新疆棉花產(chǎn)量和棉花秸稈資源量大致逐年增長(zhǎng)(如此圖1和圖2)。棉花秸稈量由2021年的約1.88107噸增長(zhǎng)到2021年的2.3107噸。2022年新疆意向植棉面積為242.6萬(wàn)公頃，同比增加2.3%棉花產(chǎn)量和棉花秸稈量。新疆棉花種植基礎(chǔ)較好，但棉花秸稈資源利用率較低。2新疆棉花秸稈的處理現(xiàn)在狀況2.1燃燒將秸稈直接燃燒固然簡(jiǎn)單容易操作但是熱效率低，同時(shí)對(duì)土壤構(gòu)造產(chǎn)生一定毀壞甚至燒結(jié)，造成土壤質(zhì)量下降[3]，且對(duì)重污染霧霾天氣的構(gòu)成和加重起到推波助瀾作用[4]，同時(shí)還產(chǎn)生大量NOX和CO等有毒有害的氣體，對(duì)人類與其他生物的健康構(gòu)成威脅，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成一定的毀壞。近年來(lái)，當(dāng)?shù)丶跋嚓P(guān)部門嚴(yán)厲杜絕燃燒秸稈，對(duì)違法燃燒農(nóng)作物秸稈的，根據(jù)(中國(guó)大氣污染防治法〕有關(guān)規(guī)定，由監(jiān)督管理部門責(zé)令改正，并處以一定數(shù)額的罰款[5]。2.2就地掩埋新疆氣候干旱，秸桿密實(shí)，連年秋收后將棉花秸稈翻入地下，既不能腐爛，又損壞了土地的墑情。再者棉花秸稈較粗不能及時(shí)變?yōu)榉柿?，屢次掩埋更增加了土壤的?fù)擔(dān)，使土壤的肥力下降。怎樣有效地開發(fā)利用新疆地區(qū)的棉花秸稈資源已成為解決農(nóng)村能源問題，促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)[6,7,8,9]。2.3飼料化利用棉花秸稈富含纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和粗蛋白等，且粗蛋白含量與玉米秸稈相當(dāng)，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[10]。由于棉花秸稈中含有毒性棉酚，直接用作飼料利用率低、效果差，阻礙了棉花秸稈規(guī)模化綜合利用，使得棉花秸稈飼料化技術(shù)具有一定的局限性，若能減輕或消除棉花秸稈中棉酚的毒性，將能大范圍實(shí)現(xiàn)棉花秸稈飼料化利用。事實(shí)上，棉花秸稈飼料化形式已經(jīng)投產(chǎn)，將棉花秸稈粉碎處理加工為粗纖維飼料，主要是牛、馬、羊等反芻動(dòng)物的常用飼料，并在當(dāng)?shù)孬@得了一定可觀的經(jīng)濟(jì)效益，但棉花秸稈飼料化加工成本較高，工藝還有待優(yōu)化。2.4能源化利用固然棉稈直接還田技術(shù)和飼料化技術(shù)已廣泛應(yīng)用了，但仍有大量秸稈被遺棄在農(nóng)田、路邊和村頭等處[11]，初步估算約占本地總棉稈量的40%，約有9.2106噸棄之不用，任其腐爛，既有引起火災(zāi)的安全隱患，又造成了資源浪費(fèi)。早在20世紀(jì)70年代，農(nóng)民并不富有，秸稈也是做飯和取暖的燃料，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量迅速發(fā)展和農(nóng)民生活水平大幅度提升，煤炭、天然氣和電力逐步成為了主導(dǎo)能源，這也就造成秸稈隨意堆置浪費(fèi)。植物通過(guò)光合作用將太陽(yáng)能以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存在生物物質(zhì)中[12]，而生物質(zhì)能屬于可再生能源，棉花秸稈就是華而不實(shí)之一。棉花秸稈能源化利用包括氣化、固化和炭化等多種途徑。若能使棉花秸稈能源化循環(huán)利用，不僅解決了棉花秸稈浪費(fèi)嚴(yán)重的問題，還能增加農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入。棉花秸稈氣化是指將秸稈在一定密閉環(huán)境中經(jīng)過(guò)高溫分解工藝，使秸稈中的C、H、O等元素經(jīng)過(guò)熱化學(xué)處理后轉(zhuǎn)變?yōu)镃O或CH4等可燃?xì)怏w，可直接供應(yīng)居民生活和工業(yè)生產(chǎn)。以第六代固定床氣化爐為例，秸稈從氣化爐上部參加，氣化劑(空氣)從底部吹入，氣化爐中介入反響的秸稈自上而下分成枯燥區(qū)，熱分解區(qū)(裂解區(qū))，復(fù)原區(qū)和氧化區(qū)[13]。當(dāng)棉稈物料燃燒時(shí)，需要一定量的氧氣，假如提供的氧氣較多，秸稈便能夠充分地燃燒了，最后的殘存余留物為灰分[13,14]。假如提供的氧氣較少，秸稈燃燒就不充分，提供的氧氣越少，不能燒掉的可燃成分就越多，這些可燃成分包括炭、揮發(fā)性氣體(CO,H2,CH4)，這就是棉稈氣化后的主要成分[15]。棉花秸稈固化是利用新技術(shù)及專用設(shè)備將秸稈加工成容易儲(chǔ)藏、運(yùn)輸和方便使用的生物質(zhì)高密度壓塊(當(dāng)代化清潔固體燃料)。棉稈經(jīng)過(guò)粉碎、固化，便成了與煤炭相媲美的生物燃料，其具有體積小，熱值大，可再生等優(yōu)點(diǎn)，既解決了秸稈燃燒對(duì)環(huán)境的污染，還可用來(lái)取暖或發(fā)電，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益的多贏[16]，真可謂化腐朽為神奇。棉花秸稈固化是將來(lái)再生能源的一個(gè)重要發(fā)展方向，對(duì)做好棉稈禁燒工作起到了積極推動(dòng)作用。以喀什地區(qū)巴楚縣秸稈發(fā)電廠為例，初步了解到該地區(qū)發(fā)電廠年消化棉花秸稈約10萬(wàn)噸，年發(fā)電量約1.492108KWh，可節(jié)省煤炭近5萬(wàn)噸。近年來(lái)秸稈發(fā)電技術(shù)已初步規(guī)?；?，該技術(shù)秸稈利用率高，無(wú)二次污染，符合我們國(guó)家可再生能源發(fā)展政策。棉花秸稈炭化是將棉稈經(jīng)烘干或曬干、粉碎，然后在制炭設(shè)備中經(jīng)枯燥、干餾、冷卻等工序，將松懈的秸稈制成木炭的經(jīng)過(guò)[17,18]。棉花秸稈是一種硬度較強(qiáng)的秸稈，一般將棉稈切斷、粉碎，在一定的溫度和時(shí)間及缺氧條件下制成生物炭，且生物炭是活性炭前體。在農(nóng)業(yè)方面，炭化后的棉稈能夠做土壤堆肥肥料，減少氮元素的損失，同時(shí)還可提高作物抗病蟲害，吸附農(nóng)藥有機(jī)殘留，減輕作物重金屬污染等;在環(huán)境方面，生物炭無(wú)論是在生產(chǎn)和應(yīng)用經(jīng)過(guò)中均能夠減少溫室氣體的排放而起到降碳、減污和保衛(wèi)環(huán)境的作用[17];在能源方面，生物炭燃燒熱值較高且可循環(huán)再生，來(lái)源廣泛，但是棉稈炭化的能耗也較高，假如能克制這一難題，棉稈炭化將符合當(dāng)今綠色低碳發(fā)展要求。2.5原料化利用棉稈具有半木質(zhì)化特性，其纖維長(zhǎng)度和長(zhǎng)寬比與木材相近，可造出質(zhì)量?jī)?yōu)于稻草、麥秸稈的堅(jiān)實(shí)牛皮紙、包裝紙和紙板箱紙，而且可部分代替木質(zhì)漿，生產(chǎn)中低檔紙質(zhì)用品，降低木質(zhì)漿的消耗[19]。但是，棉稈造紙也有一定的局限性，棉稈不是一年四季都有，數(shù)量遠(yuǎn)不能知足工業(yè)需求，且在運(yùn)輸和儲(chǔ)藏上不夠及時(shí)、有效且成本較高，也會(huì)導(dǎo)致棉稈造紙生產(chǎn)不穩(wěn)定;造紙生產(chǎn)經(jīng)過(guò)中紙漿中含有多種化工原料，廢液處理困難。若能克制棉稈造紙工藝經(jīng)過(guò)中的上述一系列問題，棉稈造紙將會(huì)得到廣泛推廣。棉稈可以用于制板材。棉稈的化學(xué)組成與木材類似，全纖維素含量為56%，含木質(zhì)素22%(數(shù)據(jù)來(lái)源知網(wǎng))，利用棉稈可生產(chǎn)刨花板、中密度纖維保溫板、吸音板、紙板箱等[19]，其綜合性能超過(guò)同類型木屑人造板，可作為各種家具和房門的裝板及其他用板。由于棉稈板翹曲率大、自然吸濕膨脹率高以及棉稈板的質(zhì)地和質(zhì)量與木質(zhì)纖維板無(wú)法競(jìng)爭(zhēng)等缺點(diǎn)[19]，使得棉稈板的生產(chǎn)遭到了一定的制約。棉稈可以用于水泥制造。以新疆水泥創(chuàng)新發(fā)展為例，結(jié)合國(guó)家能源消耗總量和強(qiáng)度雙控行動(dòng)，為促進(jìn)新疆水泥行業(yè)綠色低碳發(fā)展，推動(dòng)新疆水泥行業(yè)碳達(dá)峰、碳中和步伐，相關(guān)專家介紹了水泥窯利用棉花秸稈替代燃料技術(shù)的可行性和設(shè)備選擇，共同探尋求索農(nóng)業(yè)可再生資源利用新形式，推進(jìn)棉花秸稈開發(fā)利用產(chǎn)業(yè)化[20]。經(jīng)太多方共同努力，當(dāng)前棉花秸稈替代燃料生產(chǎn)水泥的技術(shù)已經(jīng)成熟[21]。這類棉稈水泥建筑材料質(zhì)輕、堅(jiān)固、價(jià)廉，在市場(chǎng)上具有廣闊前景。2.6基料化利用棉稈主要成分是粗纖維，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富，可粉碎代替木屑與化肥根據(jù)一定比例作為食用菌的培植原料，食用菌培養(yǎng)即將棉稈粉碎后栽培食用菌，可培養(yǎng)銀耳、黑木耳、猴頭菇、平菇、金針菇、竹蓀、香菇等多種食用菌，種植成本較低，有較好的社會(huì)效益和環(huán)境效益[22]。3新疆棉花秸桿的處理經(jīng)過(guò)中存在的問題3.1群眾認(rèn)識(shí)缺乏農(nóng)村基層缺乏棉稈經(jīng)濟(jì)和環(huán)保意識(shí)，棉稈利用推廣工作仍存在很多困難，大部分農(nóng)民群眾沒有從產(chǎn)業(yè)化的高度出發(fā)，對(duì)棉稈綜合利用的長(zhǎng)遠(yuǎn)利益、社會(huì)效益以及利用新途徑等方面的認(rèn)識(shí)也不到位[23]。3.2棉稈還田技術(shù)推廣阻力大新疆氣候干旱，棉花秸稈生物質(zhì)硬度較大，將其直接粉碎還田很難直接降解為土壤肥料，且土壤的肥力隨之下降;秸稈本身或帶有病菌和蟲卵，將其掩埋于土壤中會(huì)對(duì)以后的農(nóng)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生影響;棉稈根部較硬，對(duì)田間勞動(dòng)的莊稼人刺傷的概率較大。綜合以上問題，棉稈還田技術(shù)還存在一定的阻力。3.3棉稈綜合性循環(huán)利用技術(shù)亟待完善若要對(duì)棉稈資源施行全面綜合利用，需對(duì)棉稈資源多樣化處理。固然處理方式方法有很多，但每種方式方法技術(shù)都不夠全面。據(jù)統(tǒng)計(jì)我們國(guó)家每年都有1.5億噸棉稈資源未充分利用，造成資源浪費(fèi)，棉稈直接還田對(duì)機(jī)械要求強(qiáng)度較高，而離田循環(huán)利用技術(shù)經(jīng)過(guò)中對(duì)棉稈收集、運(yùn)輸和儲(chǔ)存都有一定的困難。若要使棉稈綜合利用循環(huán)技術(shù)全面完善，需要在生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)方式上采用區(qū)域化種植、規(guī)?；a(chǎn)、產(chǎn)品收購(gòu)、儲(chǔ)存、加工利用、營(yíng)銷一體化[24]。在技術(shù)層面構(gòu)造并完善循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)鏈條，嚴(yán)格落實(shí)國(guó)家生態(tài)文明政策，實(shí)實(shí)在在提高棉花秸稈綜合利用率。4新疆棉花秸稈的循環(huán)化利用的措施4.1加強(qiáng)科研工作，搞好綜合利用技術(shù)的開發(fā)與研究，并重點(diǎn)解決好秸稈轉(zhuǎn)化中的技術(shù)問題[25]為了認(rèn)真貫徹落實(shí)的二十大綠色發(fā)展理念，加快發(fā)展方式綠色轉(zhuǎn)型，施行全面節(jié)約戰(zhàn)略，發(fā)展綠色低碳產(chǎn)業(yè)?？萍脊芾聿块T和研究機(jī)構(gòu)應(yīng)積極進(jìn)行立項(xiàng)研究，集中資金，加大科研投入，精心組織各有關(guān)專業(yè)領(lǐng)域技術(shù)較強(qiáng)的科技?xì)饬26]，進(jìn)一步深切進(jìn)入研究棉稈綜合利用技術(shù)，并針對(duì)項(xiàng)目推廣中發(fā)現(xiàn)的技術(shù)問題進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，縮短技術(shù)熟化和推廣時(shí)間[26,27,28]。4.2將棉稈綜合利用社會(huì)系統(tǒng)化棉花秸稈的綜合利用工作是一項(xiàng)復(fù)雜的社會(huì)系統(tǒng)工程[29]。不僅要運(yùn)用相關(guān)的技術(shù)，還要有經(jīng)濟(jì)支撐，更重要的是還要配合行政措施，使當(dāng)?shù)匕l(fā)揮作用，進(jìn)而必須把棉稈科研技術(shù)進(jìn)行中試放大甚至產(chǎn)業(yè)化，嚴(yán)密協(xié)調(diào)各方面工作，使其融入社會(huì)系統(tǒng)中。4.3要加強(qiáng)對(duì)棉稈綜合利用工作的重視和支持指出:環(huán)境就是民生，良好生態(tài)環(huán)境是最公平的公共產(chǎn)品，是最普惠的民生福祉[30]。因而，各級(jí)要把搞好棉稈綜合利用工作提上議事日程，成立或指定專門機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)項(xiàng)目的組織協(xié)調(diào)，切實(shí)解決好實(shí)際工作中的問題[31]。注意調(diào)查研究，正確宣傳引導(dǎo)，避免項(xiàng)目推廣中的盲目性[25]，同時(shí)要因地制宜，加大推廣投入力度，布置專項(xiàng)資金，重點(diǎn)支持建立示范基地，并對(duì)正常的推廣項(xiàng)目，給予適度補(bǔ)貼，主要用于技術(shù)和設(shè)備的引進(jìn);在項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)中應(yīng)給予政策上的扶持，協(xié)助金融部門布置農(nóng)業(yè)政策性貸款[32]。以下為參考文獻(xiàn)[1]張占斌,王學(xué)凱。中國(guó)式當(dāng)代化:特征、優(yōu)勢(shì)、難點(diǎn)及對(duì)策[J/OL].新疆師范大學(xué)學(xué)報(bào)(哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版):1-10.[2]濟(jì)南市人民辦公廳.關(guān)于印發(fā)濟(jì)南市十四五綠色低碳循環(huán)發(fā)展規(guī)劃的通知[J].濟(jì)南市人民公報(bào),2022(Z1):30-55.[3]陳竹，王春水.談現(xiàn)實(shí)可行的秸稈綜合利用技術(shù)[J].農(nóng)機(jī)使用與維修,2021(03):56-57.[4]崔夢(mèng)瑩.舟山村民環(huán)境意識(shí)調(diào)查與培養(yǎng)對(duì)策研究[D]。舟山:浙江海洋大學(xué)，2021.[5]呼和浩特市人大常委會(huì).關(guān)于(市人大常委會(huì)執(zhí)法檢查組關(guān)于檢查中國(guó)大氣污染防治法和呼和浩特市大氣污染防治管理?xiàng)l例貫徹施行情況的報(bào)告〕的審議意見[N].呼和浩特日?qǐng)?bào)(漢),2022-10-04(004).[6]蔡中華.棉稈粉/PVC復(fù)合材料的制備及性能研究[D].武漢:華中農(nóng)業(yè)大學(xué),2018.[7]宗望遠(yuǎn)，袁巧霞，丁羽,古麗娜吾甫爾.新疆棉花秸稈氣化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)在狀況與建議[J].塔里木大學(xué)學(xué)報(bào)，2008,20(04):91-94.[8]王貴春,李國(guó)榮，孟慶忠，張勝昔.棉花副產(chǎn)品的可持續(xù)開發(fā)利用研究討論[J]。安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,36(34):15247-15249.[9]馮剛.利用新疆棉花秸稈資源轉(zhuǎn)化為干凈的二次能源的建議[C].2007年國(guó)內(nèi)外石油化工及生物質(zhì)能源發(fā)展趨勢(shì)國(guó)際研討會(huì),2021-06-16.[10]張留亞，鞠勐浩,唐林,劉畢浩,蔡玲松.新疆巴州棉花秸稈產(chǎn)業(yè)化利環(huán)境效益分析J].棉花科學(xué),2022.44(01):59-64.[11]周全曾，陳玖章，呂曉杰。農(nóng)作物秸稈能源化利用研究討論[J]。農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備，2018(02):40-42.[12]余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