白志剛，劉帥，胡啟星，孫巨龍，劉婷，崔愛花

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

我國地大物博，資源豐富，但是作為世界第一人口大國(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，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。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]。近年來國家大力推行農(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，我國主要農(nóng)作物秸稈綜合利用率已超過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題，亟需在現(xiàn)有秸稈利用基礎(chǔ)上因地制宜開發(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)今我國棉花秸稈利用的主要途徑對，深入分析了各個(gè)途徑存在的問題，并針對存在的問題提出相關(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

棉花作為我國重要的經(jīng)濟(jì)作物，現(xiàn)代技術(shù)主要是對棉纖維和棉籽進(jìn)行加工利用，對棉花秸稈的利用相對較少。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(樹脂、脂肪、蠟等)[8-9]。我國棉花種植面積較大，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發(fā)育必須的微量元素，適用各類土壤[18]。土壤吸收秸稈肥后通過改善土壤的團(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)過膨化脫毒，該過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

太陽能通過化學(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?；虬魻睢K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)過進(jìn)一步的加工，制作成無煙的機(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高溫分解工藝，促使棉花秸稈中的碳、氧、氫等元素經(jīng)過熱化學(xué)反應(yīng)過程轉(zhuǎn)變?yōu)橐谎趸?、氮?dú)狻⒓淄榈瓤梢砸嫉臍怏w。棉花秸稈熱解所產(chǎn)生的可燃?xì)鈱儆谇鍧崱⒖稍偕哪茉?，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)是近年來規(guī)模化利用秸稈的重要途徑，這種方式對秸稈的利用效率高、基本無二次污染，符合我國可再生能源發(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?；烊及l(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，菌絲長勢強(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棉花秸稈利用過程中存在的問題

目前，我國的農(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題。棉花秸稈直接還田時(shí)對機(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題需要解決。一是對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。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題

我國實(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，對工廠自身的場地、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)存問題顯著。由于收集、運(yùn)輸、儲(chǔ)存過程中存在短板，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)沒有可觀的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出，只得維持現(xiàn)狀，無法擴(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，國家政策支持主要是棉花秸稈形成產(chǎn)品階段，對收集、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和產(chǎn)品消費(fèi)階段的補(bǔ)助相對比較薄弱，缺乏對棉花秸稈循環(huán)利用全產(chǎn)業(yè)鏈的系統(tǒng)性支持。國家秸稈循環(huán)利用的資金主要是在引導(dǎo)層面，對作物種類、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。國家下發(fā)的鼓勵(lì)政策難以落地實(shí)施，影響了企業(yè)家們對秸稈循環(huán)利用的積極性。

3討論

我國每年產(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、長江流域。相對于玉米、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。