摘要：新疆地区每年盛产棉花的同时都会产生大量的棉花秸秆。棉花秸秆属于生物质资源，被广泛应用于农畜牧业、能源、材料、工业和环保等领域;亦属于农业固废资源，若直接焚烧会污染生态环境，若粉碎堆沤还地，棉花秸杆生物质偏硬，土壤自然降解较为困难;其在当地的利用模式较为粗放，在饲料化和肥料化上资源浪费也较为严重。因而作者归纳了棉花秸秆处理的能源化、原料化和基料化等方法，评价了每种利用方式的局限性和优缺点，提出了完善棉花秸秆资源化循环利用，达到节约集约，降低生产成本，实现绿色发展的措施。旨在加快推进农业副产品的绿色低碳循环发展。
关键词：新疆;棉花秸秆;生物质资源;循环利用;
Current Situation and Strategy of Cotton Straw Recycling in Xinjiang
Abstract：A large number of cotton straw are produced in Xinjiang every year when cotton is abundant.Cotton straw belong to biomass resources and are widely used in the fields of agriculture,animal husbandry,energy,materials,industry and environmental protection.Cotton straw is a kind of agricultural solid waste resource.If it is directly burned,it will pollute the ecological environment.If it is crushed and retted to the ground,the cotton straw biomass is hard,and the soil is difficult to be degraded naturally.Its local utilization mode is extensive,and the waste of resources in the feed and fertilizer of cotton straw is also serious.Therefore,the author summarized methods of energy,raw material and base material of cotton straw treatment,evaluated the limitations,advantages and disadvantages of each utilization method,and proposed measures to improve the recycling of cotton straw resources,achieve conservation and intensification,reduce production costs,and achieve green development.It aims to accelerate the green and low-carbon development of agricultural by-products.
Keyword：Xinjiang; Cotton straw; Biomass resources; Recycling;
新疆棉花久负盛名，不仅数量庞大，品质也较优良。全世界棉花年产量约为2500万吨，而新疆棉花产量约512.9万吨(2021年数据)，约占全球的五分之一。新疆长期以来一直是中国棉花的主产区。在推进中国式现代化发展进程中[1]，新疆棉花种植面积不断扩大的同时棉花单位面积产量也不断提高，对发展当地经济和增加农民收入起到积极的作用。目前，新疆棉花种植面积超过250万公顷，棉花秸秆年产量达2000万吨以上，阿克苏、塔城、昌吉、喀什和巴州地区尤为集中，若大量秸秆随意地堆放处置，不仅浪费资源，还对环境造成一定的污染。
新疆地域辽阔，但是煤炭和石油等重要能源资源主要分布于新疆北疆地区和部分东疆地区，南疆地区的煤炭和石油资源则十分稀少，若能充分合理利用南疆棉秆生物质资源，推广棉秆资源化循环利用技术，不仅可以解决能源匮乏和分布不均等问题，还可以减轻环境负荷，增加农民经济收益，符合绿色低碳发展要求，在预防能源损耗和发展绿色环保效益上具有广阔的发展前景和意义。为了加快推进农业副产品的绿色低碳循环发展[2]，不断提升农作物秸秆的循环利用水平，因而，作者从新疆棉花秸秆的利用现状及存在的问题出发，归纳棉花秸秆循环利用现状，并提出应对措施。
1 新疆棉花秸秆资源情况
数据参考来源《新疆统计年签》，运用草谷比法得出2016—2021年新疆地区棉花秸秆资源情况，新疆棉花产量和棉花秸秆资源量大致逐年增长(如图1和图2)。棉花秸秆量由2016年的约1.88×107吨增长到2021年的2.3×107吨。2022年新疆意向植棉面积为242.6万公顷，同比增加2.3%棉花产量和棉花秸秆量。新疆棉花种植基础较好，但棉花秸秆资源利用率较低。
2 新疆棉花秸秆的处理现状
2.1 焚烧
将秸秆直接焚烧虽然简单容易操作但是热效率低，同时对土壤结构产生一定破坏甚至烧结，造成土壤质量下降[3]，且对重污染"雾霾"天气的形成和加重起到推波助澜作用[4]，同时还产生大量NOX和CO等有毒有害的气体，对人类与其他生物的健康构成威胁，对生态环境造成一定的破坏。近年来，当地政府及相关部门严厉杜绝焚烧秸秆，对违法焚烧农作物秸秆的，依据《中华人民共和国大气污染防治法》有关规定，由监督管理部门责令改正，并处以一定数额的罚款[5]。
2.2 就地掩埋
新疆气候干旱，秸杆密实，连年秋收后将棉花秸秆翻入地下，既不能腐烂，又损坏了土地的墒情。再者棉花秸秆较粗不能及时变为肥料，多次掩埋更增加了土壤的负担，使土壤的肥力下降。如何有效地开发利用新疆地区的棉花秸秆资源已成为解决农村能源问题，促进农村经济发展的重要环节[6,7,8,9]。
2.3 饲料化利用
棉花秸秆富含纤维素、半纤维素、木质素和粗蛋白等，且粗蛋白含量与玉米秸秆相当，棉花秸秆含有丰富的营养物质，4吨秸秆的营养价值相当于1吨粮食，可为畜牧业持续发展提供物质保障[10]。由于棉花秸秆中含有毒性棉酚，直接用作饲料利用率低、效果差，阻碍了棉花秸秆规模化综合利用，使得棉花秸秆饲料化技术具有一定的局限性，若能减轻或消除棉花秸秆中棉酚的毒性，将能大范围实现棉花秸秆饲料化利用。事实上，棉花秸秆饲料化模式已经投产，将棉花秸秆粉碎处理加工为粗纤维饲料，主要是牛、马、羊等反刍动物的常用饲料，并在当地取得了一定可观的经济效益，但棉花秸秆饲料化加工成本较高，工艺还有待优化。
2.4 能源化利用
虽然棉秆直接还田技术和饲料化技术已广泛应用了，但仍有大量秸秆被遗弃在农田、路边和村头等处[11]，初步估算约占本地总棉秆量的40%，约有9.2×106吨弃之不用，任其腐烂，既有引起火灾的安全隐患，又造成了资源浪费。早在20世纪70年代，农民并不富裕，秸秆也是做饭和取暖的燃料，随着社会主义经济高质量迅速发展和农民生活水平大幅度提升，煤炭、天然气和电力逐渐成为了主导能源，这也就造成秸秆随意堆置浪费。植物通过光合作用将太阳能以化学能的形式储存在生物物质中[12]，而生物质能属于可再生能源，棉花秸秆就是其中之一。棉花秸秆能源化利用包括气化、固化和炭化等多种途径。若能使棉花秸秆能源化循环利用，不仅解决了棉花秸秆浪费严重的问题，还能增加农民的经济收入。
棉花秸秆气化是指将秸秆在一定密闭环境中经过高温分解工艺，使秸秆中的C、H、O等元素经过热化学处理后转变为CO或CH4等可燃气体，可直接供给居民生活和工业生产。以第六代固定床气化炉为例，秸秆从气化炉上部加入，气化剂(空气)从底部吹入，气化炉中参与反应的秸秆自上而下分成干燥区，热分解区(裂解区)，还原区和氧化区[13]。当棉秆物料燃烧时，需要一定量的氧气，如果提供的氧气较多，秸秆便可以充分地燃烧了，最后的残余物为灰分[13,14]。如果提供的氧气较少，秸秆燃烧就不充分，提供的氧气越少，不能烧掉的可燃成分就越多，这些可燃成分包括炭、挥发性气体(CO,H2,CH4)，这就是棉秆气化后的主要成分[15]。
棉花秸秆固化是利用新技术及专用设备将秸秆加工成容易储藏、运输和方便使用的生物质高密度压块(现代化清洁固体燃料)。棉秆经过粉碎、固化，便成了与煤炭相媲美的生物燃料，其具有体积小，热值大，可再生等优点，既解决了秸秆燃烧对环境的污染，还可用来取暖或发电，实现经济、社会和环境效益的多赢[16]，真可谓“化腐朽为神奇”。棉花秸秆固化是未来再生能源的一个重要发展方向，对做好棉秆禁烧工作起到了积极推动作用。以喀什地区巴楚县秸秆发电厂为例，初步了解到该地区发电厂年消化棉花秸秆约10万吨，年发电量约1.492×108KWh，可节省煤炭近5万吨。近年来秸秆发电技术已初步规模化，该技术秸秆利用率高，无二次污染，符合我国可再生能源发展政策。
棉花秸秆炭化是将棉秆经烘干或晒干、粉碎，然后在制炭设备中经干燥、干馏、冷却等工序，将松散的秸秆制成木炭的过程[17,18]。棉花秸秆是一种硬度较强的秸秆，一般将棉秆切断、粉碎，在一定的温度和时间及缺氧条件下制成生物炭，且生物炭是活性炭前体。在农业方面，炭化后的棉秆可以做土壤堆肥肥料，减少氮元素的损失，同时还可提高作物抗病虫害，吸附农药有机残留，减轻作物重金属污染等;在环境方面，生物炭无论是在生产和应用过程中均可以减少温室气体的排放而起到降碳、减污和保护环境的作用[17];在能源方面，生物炭燃烧热值较高且可循环再生，来源广泛，但是棉秆炭化的能耗也较高，如果能克服这一难题，棉秆炭化将符合当今绿色低碳发展要求。
2.5 原料化利用
棉秆具有半木质化特性，其纤维长度和长宽比与木材相近，可造出质量优于稻草、麦秸秆的坚实牛皮纸、包装纸和纸板箱纸，而且可部分代替木质浆，生产中低档纸质用品，降低木质浆的消耗[19]。但是，棉秆造纸也有一定的局限性，棉秆不是一年四季都有，数量远不能满足工业需求，且在运输和储藏上不够及时、有效且成本较高，也会导致棉秆造纸生产不稳定;造纸生产过程中纸浆中含有多种化工原料，废液处理困难。若能克服棉秆造纸工艺过程中的上述一系列问题，棉秆造纸将会得到广泛推广。
棉秆也可用于制板材。棉秆的化学组成与木材类似，全纤维素含量为56%，含木质素22%(数据来源知网)，利用棉秆可生产刨花板、中密度纤维保温板、吸音板、纸板箱等[19]，其综合性能超过同类型木屑人造板，可作为各种家具和房门的装板及其他用板。由于棉秆板翘曲率大、自然吸湿膨胀率高以及棉秆板的质地和质量与木质纤维板无法竞争等缺点[19]，使得棉秆板的生产受到了一定的制约。
棉秆也可用于水泥制造。以新疆水泥创新发展为例，结合国家能源消耗总量和强度“双控”行动，为促进新疆水泥行业绿色低碳发展，推动新疆水泥行业碳达峰、碳中和步伐，相关专家介绍了水泥窑利用棉花秸秆替代燃料技术的可行性和设备选择，共同探索农业可再生资源利用新模式，推进棉花秸秆开发利用产业化[20]。经过多方共同努力，目前棉花秸秆替代燃料生产水泥的技术已经成熟[21]。这类棉秆水泥建筑材料质轻、坚固、价廉，在市场上具有广阔前景。
2.6 基料化利用
棉秆主要成分是粗纤维，营养物质丰富，可粉碎代替木屑与化肥按照一定比例作为食用菌的培植原料，食用菌培养即将棉秆粉碎后栽培食用菌，可培养银耳、黑木耳、猴头菇、平菇、金针菇、竹荪、香菇等多种食用菌，种植成本较低，有较好的社会效益和环境效益[22]。
3 新疆棉花秸杆的处理过程中存在的问题
3.1 群众认识不足
农村基层缺乏棉秆经济和环保意识，棉秆利用推广工作仍存在很多困难，大部分农民群众没有从产业化的高度出发，对棉秆综合利用的长远利益、社会效益以及利用新途径等方面的认识也不到位[23]。
3.2 棉秆还田技术推广阻力大
新疆气候干旱，棉花秸秆生物质硬度较大，将其直接粉碎还田很难直接降解为土壤肥料，且土壤的肥力随之下降;秸秆本身或带有病菌和虫卵，将其掩埋于土壤中会对以后的农作物生长产生影响;棉秆根部较硬，对田间劳动的庄稼人刺伤的概率较大。综合以上问题，棉秆还田技术还存在一定的阻力。
3.3 棉秆综合性循环利用技术亟待完善
若要对棉秆资源实施全面综合利用，需对棉秆资源多样化处理。虽然处理方法有很多，但每种方法技术都不够全面。据统计我国每年都有1.5亿吨棉秆资源未充分利用，造成资源浪费，棉秆直接还田对机械要求强度较高，而离田循环利用技术过程中对棉秆收集、运输和储存都有一定的困难。若要使棉秆综合利用循环技术全面完善，需要在生产、经营方式上采用区域化种植、规模化生产、产品收购、储存、加工利用、营销一体化[24]。在技术层面构造并完善循环利用产业链条，严格落实国家生态文明政策，实实在在提高棉花秸秆综合利用率。
4 新疆棉花秸秆的循环化利用的措施
4.1 加强科研工作，搞好综合利用技术的开发与研究，并重点解决好秸秆转化中的技术问题[25]
为了认真贯彻落实党的二十大绿色发展理念，加快发展方式绿色转型，实施全面节约战略，发展绿色低碳产业。科技管理部门和研究机构应积极进行立项研究，集中资金，加大科研投入，精心组织各有关专业领域技术较强的科技力量[26]，进一步深入研究棉秆综合利用技术，并针对项目推广中发现的技术问题进行技术攻关，缩短技术熟化和推广时间[26,27,28]。
4.2 将棉秆综合利用社会系统化
棉花秸秆的综合利用工作是一项复杂的社会系统工程[29]。不仅要运用相关的技术，还要有经济支撑，更重要的是还要配合行政措施，使当地政府发挥作用，进而必须把棉秆科研技术进行中试放大甚至产业化，紧密协调各方面工作，使其融入社会系统中。
4.3 政府要加强对棉秆综合利用工作的重视和支持
习近平总书记指出:“环境就是民生，……良好生态环境是最公平的公共产品，……是最普惠的民生福祉”[30]。因此，各级政府要把搞好棉秆综合利用工作提上议事日程，成立或指定专门机构，负责项目的组织协调，切实解决好实际工作中的问题[31]。注意调查研究，正确宣传引导，避免项目推广中的盲目性[25]，同时要因地制宜，加大推广投入力度，安排专项资金，重点支持建立示范基地，并对正常的推广项目，给予适度补贴，主要用于技术和设备的引进;在项目的运营中政府应给予政策上的扶持，协助金融部门安排农业政策性贷款[32]。
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