生态环境治理下果树残枝的资源化利用

杜娟 韩美玲　安琪 李丛胜

摘要 对我国果树残枝的资源化利用状况进行了综述分析，指出当前我国在果树残枝利用方面尚存在诸多问题，概述了我国农业废弃物资源化利用的6个发展方向，在此基础上提出了我国果树枝条资源化发展的对策措施。

关键词 生态环境；果树残枝；资源化利用

中图分类号 S181.3 文献标识码

A 文章编号 0517-6611（2018）18-0059-03

Resourceful Utilization of Fruit Tree Pruning Branches under Ecological Environment

DU Juan1，HAN Meiling2，3，AN Qi4 et al （1.Research Department，Langfang Normal University，Langfang，Hebei 065000； 2.College of Life Science，Langfang Normal University，Langfang，Hebei 065000； 3.Research and Development Center of Edible and Medicinal Fungi of Hebei Provincial Universities，Langfang，Hebei 065000； 4.Institute of Microbiology，Beijing Forestry University，Beijing 100083）

Abstract The utilization situation of fruit tree pruning branches in China was reviewed and analyzed.It was pointed that there were a lot of problems existing in the utilization process of fruit tree pruning branches in China.Six development directions of resourceful utilization of agricultural waste in China were summarized，and on this basis，the countermeasures for resource development of fruit trees in China were proposed.

Key words Ecological environment；Fruit tree pruning branches；Resourceful utilization

果園在我国的农业生产体系中一直占重要地位，果业的发展满足了市场需求，也增加了农民的收入，但果园残枝的有效化、合理利用一直是困扰果园的难题，也成了生态文明建设和美丽乡村建设中的一大阻碍。随着我国水果产业的迅猛发展，果树枝条的修剪量也在逐年增加[1]。传统的处理方法主要是堆放和焚烧，堆放会占大量的土地，严重影响土地资源的合理利用；焚烧不仅导致严重的环境污染问题，对枝条本身也是极大的浪费。因此，如何变废为宝，将这些果树枝条变为巨大的宝藏，实现资源化利用，最大限度地减少其所带来的环境污染和土地资源浪费等问题，无疑已经成为亟待解决的重要问题。国内外实践表明，果树残枝的资源化利用和无害化处理，是控制林业环境污染、改善农村环境、发展循环经济、实现农业可持续发展的有效途径。因此，笔者拟对我国果树残枝利用现状、资源化利用的未来发展方向及其对策措施进行探讨。

1 当前我国果树残枝利用现状

1.1 果树残枝产量现状

我国有着悠久的果树栽培历史，果园面积从165.7万hm2（1978年）逐年上升至1 298.2万hm2（2016年）[2]。由于大多数林果树木每年都需修剪枝条，还有一部分果林通过高接换优等手段进行品种更新，这样就会产生相当多的残枝[1]。如北京每年产生大量的林果枝条废弃物，作为生物质能源的可利用量为23.8万t，其中，北京郊区1.7万hm2果树的枝条修剪量为16.7万t [3]。我国现有果园面积1 298.2万hm2（2016年）[2]，以修剪枝条4 500 kg/hm2计算[1]，年修剪枝条高达约5 842万t，因此，修剪枝条的开发利用有着极其广阔的前景。

1.2 果树残枝粗放低效利用且闲置状况严重

在我国，处理果树残枝传统的方式多采用燃烧等一次性利用的方式，不仅导致大量的能量、矿物盐类、脂肪和粗蛋白等物质被浪费[4]，还极易导致环境污染等问题。近年，随着国家加大了对生态文明建设和美丽乡村建设的重视程度，农村生活的能源结构发生了变化，以天然气代替了传统的干柴、煤等燃料，导致大量的果树残枝被逐年累积，不可避免地堆放在田边、路旁、宅院附近，不仅会严重影响乡村的生态环境，还会引起果树病虫害的传播以及引发火灾等隐患[1]。因此，这在一定程度上也使得枝条背上了“有害”的标签。但事实上，果树残枝具有极大的变废为宝的潜力。因此，如何利用绿色科技合理利用这巨大的资源，实现这些资源的可持续利用，进而使其成为环境友好型资源已经成为亟待解决的问题。

1.3 果树残枝处理设备较缺乏

为了能够充分利用枝条，树枝的粉碎是必不可少的环节，因此需要枝条粉碎的相关设备。目前国内已经有几种树枝处理机面世，如9FQ型枝条处理机和牵引式枝条处理机等。9FQ枝条处理机用于城市绿化、修剪枝条的粉碎，也可用于采伐区树干、树枝的粉碎。南京农业大学研制的牵引式树枝处理机及KF-150A型树枝处理机主要针对城市街道修剪下来的枝条进行处理[5]。但总体来看，国产树枝处理设备还比较缺乏，特别是能在现代果园现场工作的与动力底盘配套使用的枝条处理机还不是很多，且存在能耗水平高、生产效率低等问题，在设计原理、材料选用、制造工艺等方面还有待改进提高[5-7]。因此，重点研制开发或引进和试验不同生产能力的枝条粉碎机，满足不同规模果园的需要是推广果园修剪树枝资源化利用的关键。

1.4 果树残枝利用相关的政策法规与社会化服务体系不健全

目前，对待果树残枝的处理基本上都是采用末端去“堵绝”污染的策略，这种策略并不注重对整个过程的综合治理及资源化利用，因此，这种“堵”的结果往往导致废弃物大量积累，从而引发更为严重的危害[8]。现如今，虽然我国已经出台过与废弃物资源化利用相关的一系列政策法规，但是一些实质性的、可操作性的措施至今未能很好的建立或执行。例如，鼓励果农合理利用果树残枝的相关优惠政策太少或是支持力度不够，缺乏极为有效的激励机制；资金的投入或扶持的力度尚不够，导致大量企业在从事果树残枝资源化利用方面遇到了瓶颈，从而使得企业不能更好地、更快地成长起来，与此相关的产业体系也不能得到更好的、更完善的培育。目前，在果树残枝利用方面也没有形成相关的社会化服务体系，如信息服务体系、技术服务体系、加工生产体系、市场服务体系以及企业与农户的对接与组织模式等，因此，这在一定程度上也制约着我国果树残枝资源的产业化和规模化的发展。

2 国内外果树残枝资源化利用的未来发展方向

2.1 果树残枝的肥料化方向

果园修剪废弃枝条含有一定量的有益营养元素、大量的木质素、纤维素和半纤维素以及一些有机物质，是宝贵的有机物料和潜在的有机肥源。对修剪树枝有机肥转化主要有以下3种利用方式。

第1种是将粉碎后的木屑均匀铺放在果树下的地面上进行自然腐化，此方法相对简单易行，但过程较为缓慢[1]。张江红[9]分析发现枝条常规还田量对桃树生长无影响，而加量還田则会抑制桃树生长。刘丽丽等[10]研究发现以柑橘枝条与羊粪按1∶1的比例还田萝卜的产量比单纯施用柑橘枝条增产近1倍，并可显著促进萝卜地上部分和地下部分的生长。

第2种是用粉碎的枝条做基质与腐土混合堆腐，经过堆腐形成的肥料可直接覆盖于果园地面或在树冠外缘地表开沟施肥。据测算，用这种方法生产1 t有机肥，可消耗果树枝条0.4 t左右，是果树修剪树枝的有机肥转化的主要利用方式[1]。研究表明，不同C/N的处理对废弃的葡萄冬剪枝条堆肥的温度、含水率、pH等腐熟指标有显著的影响；通过添加菌剂处理葡萄冬剪枝条，可有效地提高葡萄冬剪枝条堆肥腐熟度的相关指标，对堆肥的品质和效率有明显的影响[11]。

第3种是炭化开发后还田。生物质炭是生物材料在缺氧或无氧情况下经热解炭化制备出的一种稳定的、高度芳香化的难熔富碳固态物质[12]。生物炭含有60%以上的碳，还有一定的矿质养分，如N、P、K、Ca、Mg等[13]。农林废弃物经高温热解炭化，可以产生25%左右的生物炭。生物炭作为一种新型材料引起了广泛关注，近年来生物炭在土壤改良、固碳减排及污染土壤修复方面为农业研究者提供了新思路。研究表明，向土壤中施入质量比为0.5%、1.0%、2.0%和4.0%的炭化果木渣可以提高叶片净光合速率、叶绿素含量、叶片蒸腾速率、根系活力；且添加炭化果木渣能够明显地减少土壤溶液的渗漏，可提高氮素利用率[14]。

2.2 果树残枝的能源化方向

国外利用修剪枝条等固液体废弃物来进行发电、液化和气化已经形成规模，成效显著[5]。在我国，果树残枝是农村能源的重要组成部分，在解决农村能源短缺和农村环境污染方面有重要的价值。目前果树残枝能源化的方向有：①以木质纤维素类生物质为原料生产第二代生物燃料——纤维素乙醇[15-17]。近年来，由于国内陷入了玉米乙醇“与民争粮”的争议中，国内很多专家都纷纷呼吁立即叫停国内的玉米乙醇生产，今后燃料乙醇研发的重点将主要集中在以木质纤维素为原料的第二代燃料乙醇技术上面[18]。重要的化工产品乙烯，其生产依赖化石能源。化石能源危机阻碍其生产，而利用生物乙醇制备乙烯则很有发展潜力。王延飞等[19]提出生物乙醇制作乙烯是一条可持续发展的化工路线。②生产新型生物燃料——生物丁醇。李晓军等[20]报道我国将建成18个能源林示范点以及18个能源林良种繁育推广示范基地，为生物质能源开发提供丰富的原料，可用生物质能源树种生产丁醇。王艳翠等[21]探索了生物质能源树种发酵生产丁醇新技术，生产丁醇效果理想，可达到粮食发酵产丁醇的水平。③生产压缩成型燃料。生物质成型技术是生物质能的有效利用技术之一，是指在一定的温度与压力作用下，将各类分散的、无一定形状的农林剩余物经加工制成有一定形状、密度较大的各种燃料产品的技术[22]。生物质成型燃料因具有清洁、可再生等特点，近年来发展迅速，对其成型机理及设备的研究也日趋深入[23-26]。将修剪树枝粉碎压缩制作燃料，可广泛用于人民生活、饮食服务业，如采暖、烧饭和烘烤食品；也可以作为发电厂燃料来替代燃煤或燃油发电，发展前景广阔。④修剪枝条气化、炭化（木炭）。近年来，农业废弃物气化技术在我国取得了长足发展，已经在部分乡村成功应用。与其他生物质（如稻壳或秸秆）相比，修剪残枝具有含碳量高、热值高、灰分含量极少的优点，是秸秆气化装置最好的燃料。在北京平谷应用表明，气化炉运转起来1 kg果树枝可以产约2 m3可燃气，一个4口之家每天需燃气5～6 m3，消耗树枝3.5 kg。对于压缩成型的棒材和修剪直径较大的树枝可以在缺氧的条件下进行直接炭化处理，制作木炭，可广泛应用于工业冶金、食品烧烤或家庭取暖等领域，有较好的发展前景[1]。

2.3 果树残枝的材料化方向

果树残枝富含纤维素和半纤维素，利用其生产多种生物质材料和生产资料是果树枝条资源化的又一个拓展领域，有着广阔的前景。目前的研究主要包括：生产纸板、人造纤维板、轻质建材板等材料研究；通过固化、炭化技术制成活性炭技术研究；生产可降解餐盒、包装材料和纤维素薄膜研究；制取木糖（醇）的研究；葡萄枝条废弃物中膳食纤维及营养成分研究；制备多功能甲基纤维素，如各种防治人类疾病的保健药品、食品添加剂，防治各种病虫害的绿色生态农药添加剂等；制造微晶纤维素、纳米纤维素的研究；制备木塑复合发泡材料和生物质纤维基发泡材料的技术研究；制备高透明纳米纸和高透明纤维素纸新材料的技术研究；植物基荧光防伪纤维的制备及应用研究[27-40]。