棉花秸稈利用的主要途徑及存在的問題*

白志剛，劉帥，胡啟星，孫巨龍，劉婷，崔愛花

(江西省棉花研究所/國家棉花產業體系鄱陽湖綜合試驗站，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%)，人口基數大，人均資源較低[1]。作為農業生產大國，隨著糧食產量的不斷提高，作為副產品的農作物秸稈產生量也日益增長。農作物秸稈是優質的可再生資源，但大部分農民僅直接將農作物秸稈粉碎還田或者丟棄于田間地頭，有的農民圖方便一燒了之，不僅破壞生態環境，更造成了可再生資源的浪費[2]。近年來國家大力推行農作物秸稈資源化綜合利用政策，持續推進農作物秸稈綜合利用的產業化發展，我國主要農作物秸稈綜合利用率已超過80%[3]。但由于農作物秸稈分布狀況不均衡、多元化利用的規模不足，導致在實際應用時仍然存在農作物秸稈綜合利用產業化程度低、利用成本高和經濟效益差等問題[4]。特別是在棉花生產中，由于棉花秸稈結構特殊，木質化程度相對較高，難以直接套用其他農作物秸稈利用方式，相較于水稻、油菜等主要農作物，棉花秸稈綜合利用的發展更滯后[5-7]。因此棉花秸稈資源的綜合利用成為進一步提高秸稈綜合利用水平的短板問題，亟需在現有秸稈利用基礎上因地制宜開發適合棉花秸稈的綜合利用有效途徑。本文全面介紹了現今我國棉花秸稈利用的主要途徑對，深入分析了各個途徑存在的問題，并針對存在的問題提出相關政策建議和解決辦法，旨在推動棉花秸稈綜合利用工作有序開展，實現農作物秸稈資源的循環利用和高效利用，為農業經濟轉換增長方式和發展農業現代化提供有力支持。

1棉花秸稈綜合利用的主要途徑

棉花作為我國重要的經濟作物，現代技術主要是對棉纖維和棉籽進行加工利用，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、木質素構成，還含有少量的單寧、果膠素、灰分、色素以及有機溶劑抽取物(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民植棉效益最直接的途徑之一。隨著時代發展和科學技術的進步，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、燃燒發電、加工板材、與其他物料混合制成食用菌栽培基質[12-17]。

1.1棉花秸稈直接還田

1.1.1機械直接還田

棉花采摘結束后，利用農業機械或者秸稈粉碎機直接將棉花秸稈粉碎成末狀物料，均勻的播撒在田地中，通過農用機械進行滅茬、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，釋放棉花秸稈養分，使棉花秸稈經過腐熟形成秸稈肥。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粒結構和理化性能，提高土壤肥力，進而提高農作物的產量，改善農作物品質[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：一種是厭氧發酵，具體操作是收集棉花秸稈，將其放入背風向陰處的深坑中，密封發酵，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；第二種是好氧發酵，在棉花秸稈發酵堆內設有通風處，棉花秸稈堆漚腐解還田，方法簡便易行，不受時間限制，可在農閑時進行堆漚腐解，形成高品質的有機肥施入土壤。

1.2棉花秸稈離田循環利用

1.2.1飼料化利用

棉花秸稈中粗蛋白占6.5%、木質素占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含量高于麥草制成的飼料。棉花秸稈需經過膨化脫毒，該過程不僅可以濃縮棉花秸稈中蛋白質含量，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成分結構，反芻動物能更好地吸收棉花秸稈制成的飼料。動物食用棉花秸稈制成的飼料后，體內產氣量適中，生長發育良好，實現棉花秸稈到飼料的轉變。

1.2.2燃料化利用

太陽能通過化學能的形式儲存在生物質中，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、燃燒發電等多種途徑。

棉花秸稈生物質固體成型燃料是利用致密成型技術將棉花秸稈加工成容易儲藏和方便使用的生物質顆?；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，易于進行商品化生產和銷售。也可以把棉花秸稈粉碎后的木屑，直接送到機制木炭廠，經過進一步的加工，制作成無煙的機制木炭。

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、氫等元素經過熱化學反應過程轉變為一氧化碳、氮氣、甲烷等可以引燃的氣體。棉花秸稈熱解所產生的可燃氣屬于清潔、可再生的能源，可以直接提供給人民生活和工業生產。棉花秸稈熱解生物質能轉化率是棉花秸稈直接燃燒生物質能轉化率的2～4倍。

農作物秸稈燃燒發電技術是近年來規?；媒斩挼闹匾緩?，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展政策，主要包括直燃發電、混燃發電和氣化發電等三種方式。直燃發電是指把棉花秸稈切割成1～10 cm的物料，代替煤炭等燃燒發電。混燃發電是指將棉花秸稈做成的物料與煤炭一起送入鍋爐，推動發電機發電。把棉花秸稈中的生物質能和煤炭中的化學能轉化為電能。氣化發電是指在無氧條件下先將棉花秸稈進行熱解氣化，產生可燃氣體，利用可燃氣體驅動發電機旋轉進行發電。

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、木質素、聚戍糖構成，所占比例分別是16.55%、64.24%、19.33%，與楊樹的構造相似[21]。棉稈芯的各項系數比較好，其中纖維長寬比是30，壁腔比為0.28，柔性系數為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，經過微生物發酵作用，把大分子化合物降解為小分子碳水化合物。棉花秸稈營養物質豐富，可以粉碎代替木屑作為食用菌的栽培基質原料，與化肥等其他物質按照一定配比，制成食用菌培養基。棉花秸稈栽培食用菌，菌絲長勢強壯，產量較高，降低了食用菌的種植成本，增加了農民的經濟收益，促進了棉花秸稈資源的循環高效利用。

2棉花秸稈利用過程中存在的問題

目前，我國的農作物秸稈綜合利用率很高，達到81.68%，但仍有1.5億噸的秸稈造成浪費，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對機械的要求很高，當年難腐爛，存留的根部仍需人工拔除，且棉花秸稈本身攜帶病菌[22-23]。棉花秸稈離田循環利用過程中秸稈收集困難、運輸成本高、儲存條件要求高[24]的問題都需新技術的研發、新機械的創造、新政策支持。棉花秸稈綜合高效利用需要從技術層面著手構建循環鏈條，嚴格落實國家頒布的各項政策，切實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素，其中根部最高，致使棉花秸稈比其他的農作物秸稈堅硬，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、黃萎病發病率。五是棉花秸稈機械化粉碎還田時，缺乏相配套的農藝措施。

2.2離田綜合利用存在的問題

我國實行的是土地家庭聯產承包責任制，農民以家庭為單位進行農作物種植，因而農業化機械化程度不高，再加上棉花屬于一年生植物，收集具有季節性，棉花種植人工投入大，種植面積不集中，收集運輸主要依靠人工，收集運輸過程存在很多困難。如果農民自己送到加工廠，運輸成本偏高，并且工廠的供應波動很大，棉花秸稈的量不穩定。如果在農村設立收購點，一次性投入較高，需要有較大的需求和比較成熟的產業鏈。如果工廠直接收集，對工廠自身的場地、資金、人工等要求高。棉花秸稈的收集運輸效率低，加工廠中棉花秸稈的儲存問題顯著。由于收集、運輸、儲存過程中存在短板，加工廠缺少持續、穩定的棉花秸稈供應，制約相關加工廠的發展。

2.3配套的政策體系不健全

棉花秸稈的綜合利用是一項投資大，需要長期堅持才能獲得收益的工程，加工企業的棉花秸稈回收成本高，所得到的經濟效益低，加工企業沒有可觀的經濟產出，只得維持現狀，無法擴大規模，難以形成完整的棉花秸稈回收利用產業鏈，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，延伸出多種產業鏈條，國家政策支持主要是棉花秸稈形成產品階段，對收集、運輸、儲存和產品消費階段的補助相對比較薄弱，缺乏對棉花秸稈循環利用全產業鏈的系統性支持。國家秸稈循環利用的資金主要是在引導層面，對作物種類、補貼區域、補貼金額都有限制。資金投入不足難以推動棉花秸稈循環利用全產業鏈的發展，難以實現全產業鏈的優化升級。國家下發的鼓勵政策難以落地實施，影響了企業家們對秸稈循環利用的積極性。

3討論

我國每年產生秸稈將近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，棉花秸稈的利用率較低，其綜合循環利用技術有待提高。與傳統棉花種植相比，棉花秸稈還田能提高土壤肥力，簡化下茬作物種植程序，切實改善農民的種植模式，減輕農民負擔，棉花秸稈還田有較好的應用前景。如何有效提高棉花秸稈綜合利用的多元化、產業化和高附加值利用水平，實現“布局合理、多元利用”的產業化發展格局，仍是現階段推動棉花秸稈綜合利用健康快速發展、真正將棉花秸稈資源變“廢”為“寶”所面臨的嚴峻挑戰。而延長棉花種植產業鏈、提高農民植棉收入，實現棉花秸稈綜合高效利用對促進資源節約型、環境友好型社會建設以及推進循環經濟和美麗鄉村建設都有重要意義。