棉花秸秆利用的主要途径及存在的问题*

白志刚，刘帅，胡启星，孙巨龙，刘婷，崔爱花

(江西省棉花研究所/国家棉花产业体系鄱阳湖综合试验站，江西 九江 332105)

我国地大物博，资源丰富，但是作为世界第一人口大国(占世界人口比例为18.82%)，人口基数大，人均资源较低[1]。作为农业生产大国，随着粮食产量的不断提高，作为副产品的农作物秸秆产生量也日益增长。农作物秸秆是优质的可再生资源，但大部分农民仅直接将农作物秸秆粉碎还田或者丢弃于田间地头，有的农民图方便一烧了之，不仅破坏生态环境，更造成了可再生资源的浪费[2]。近年来国家大力推行农作物秸秆资源化综合利用政策，持续推进农作物秸秆综合利用的产业化发展，我国主要农作物秸秆综合利用率已超过80%[3]。但由于农作物秸秆分布状况不均衡、多元化利用的规模不足，导致在实际应用时仍然存在农作物秸秆综合利用产业化程度低、利用成本高和经济效益差等问题[4]。特别是在棉花生产中，由于棉花秸秆结构特殊，木质化程度相对较高，难以直接套用其他农作物秸秆利用方式，相较于水稻、油菜等主要农作物，棉花秸秆综合利用的发展更滞后[5-7]。因此棉花秸秆资源的综合利用成为进一步提高秸秆综合利用水平的短板问题，亟需在现有秸秆利用基础上因地制宜开发适合棉花秸秆的综合利用有效途径。本文全面介绍了现今我国棉花秸秆利用的主要途径对，深入分析了各个途径存在的问题，并针对存在的问题提出相关政策建议和解决办法，旨在推动棉花秸秆综合利用工作有序开展，实现农作物秸秆资源的循环利用和高效利用，为农业经济转换增长方式和发展农业现代化提供有力支持。

1棉花秸秆综合利用的主要途径

棉花作为我国重要的经济作物，现代技术主要是对棉纤维和棉籽进行加工利用，对棉花秸秆的利用相对较少。棉花秸秆主要是由纤维素、半纤维素、木质素构成，还含有少量的单宁、果胶素、灰分、色素以及有机溶剂抽取物(树脂、脂肪、蜡等)[8-9]。我国棉花种植面积较大，棉花秸秆成为总量非常多的可再生资源，提高棉花秸秆利用率是提高农民植棉效益最直接的途径之一。随着时代发展和科学技术的进步，棉花秸秆的利用主要分为两类途径：第一种是直接还田肥料化利用，包括机械直接还田和堆沤腐解还田等多种类型[10-11]；第二种是秸秆离田循环利用，包括深加工形成饲料、固化加工形成燃料、热解气化、燃烧发电、加工板材、与其他物料混合制成食用菌栽培基质[12-17]。

1.1棉花秸秆直接还田

1.1.1机械直接还田

棉花采摘结束后，利用农业机械或者秸秆粉碎机直接将棉花秸秆粉碎成末状物料，均匀的播撒在田地中，通过农用机械进行灭茬、翻耕、旋耕，使末状物料与土壤混合，棉花秸秆在底下充分吸收水分，被土壤中的微生物分解为腐殖质，释放棉花秸秆养分，使棉花秸秆经过腐熟形成秸秆肥。秸秆肥中的氮、磷、钾比例均衡，含量丰富，除此之外还含有多种植物生长发育必须的微量元素，适用各类土壤[18]。土壤吸收秸秆肥后通过改善土壤的团粒结构和理化性能，提高土壤肥力，进而提高农作物的产量，改善农作物品质[19]。

1.1.2堆沤腐解还田

棉花秸秆堆沤腐解主解有两种方式：一种是厌氧发酵，具体操作是收集棉花秸秆，将其放入背风向阴处的深坑中，密封发酵，深坑中加入适量的水，保持适宜的湿度，加入适量的微生物菌剂以加快腐熟过程；第二种是好氧发酵，在棉花秸秆发酵堆内设有通风处，棉花秸秆堆沤腐解还田，方法简便易行，不受时间限制，可在农闲时进行堆沤腐解，形成高品质的有机肥施入土壤。

1.2棉花秸秆离田循环利用

1.2.1饲料化利用

棉花秸秆中粗蛋白占6.5%、木质素占15.2%、纤维素占44.1%、半纤维素占10.7%、钙占0.65%、磷占0.09%、游离棉酚占0.03%[20]。棉花秸秆制作的饲料蛋白质含量高于麦草制成的饲料。棉花秸秆需经过膨化脱毒，该过程不仅可以浓缩棉花秸秆中蛋白质含量，还可以降低粗纤维的含量，去除棉酚，才可以制成颗粒饲料。由于棉花秸秆特殊的营养成分结构，反刍动物能更好地吸收棉花秸秆制成的饲料。动物食用棉花秸秆制成的饲料后，体内产气量适中，生长发育良好，实现棉花秸秆到饲料的转变。

1.2.2燃料化利用

太阳能通过化学能的形式储存在生物质中，形成了位于煤炭、石油、天然气之后的第四大能源，有别于前三种能源，生物质能属于可再生能源。棉花秸秆燃料化利用包括制成固体成型燃料、热解气化、燃烧发电等多种途径。

棉花秸秆生物质固体成型燃料是利用致密成型技术将棉花秸秆加工成容易储藏和方便使用的生物质颗粒或棒状、块状成型材料。棉花秸秆成型材料具有体积小、容量大、热值高、燃烧火力旺、原料普遍易取、可再生等特性，易于进行商品化生产和销售。也可以把棉花秸秆粉碎后的木屑，直接送到机制木炭厂，经过进一步的加工，制作成无烟的机制木炭。

棉花秸秆热解气化是将棉花秸秆放在隔绝氧气或者密闭条件通过高温分解工艺，促使棉花秸秆中的碳、氧、氢等元素经过热化学反应过程转变为一氧化碳、氮气、甲烷等可以引燃的气体。棉花秸秆热解所产生的可燃气属于清洁、可再生的能源，可以直接提供给人民生活和工业生产。棉花秸秆热解生物质能转化率是棉花秸秆直接燃烧生物质能转化率的2～4倍。

农作物秸秆燃烧发电技术是近年来规模化利用秸秆的重要途径，这种方式对秸秆的利用效率高、基本无二次污染，符合我国可再生能源发展政策，主要包括直燃发电、混燃发电和气化发电等三种方式。直燃发电是指把棉花秸秆切割成1～10 cm的物料，代替煤炭等燃烧发电。混燃发电是指将棉花秸秆做成的物料与煤炭一起送入锅炉，推动发电机发电。把棉花秸秆中的生物质能和煤炭中的化学能转化为电能。气化发电是指在无氧条件下先将棉花秸秆进行热解气化，产生可燃气体，利用可燃气体驱动发电机旋转进行发电。

1.2.3原料化利用

棉花秸秆中能够分离出棉秆芯和棉秆皮，棉秆芯主要是由纤维素、木质素、聚戍糖构成，所占比例分别是16.55%、64.24%、19.33%，与杨树的构造相似[21]。棉秆芯的各项系数比较好，其中纤维长宽比是30，壁腔比为0.28，柔性系数为68.2，是造纸、人造板的上乘原料。棉秆皮脱去胶后形成棉皮纤维。棉秆芯和棉皮纤维，通过胶黏剂的黏合，可以制作棉秆碎料板和棉秆纤维板。也可以直接将棉花秸秆粉碎，在制板厂中，通过相关器械压制成中纤维板。

1.2.4基料化利用

棉花秸秆中主要成分是粗纤维，经过微生物发酵作用，把大分子化合物降解为小分子碳水化合物。棉花秸秆营养物质丰富，可以粉碎代替木屑作为食用菌的栽培基质原料，与化肥等其他物质按照一定配比，制成食用菌培养基。棉花秸秆栽培食用菌，菌丝长势强壮，产量较高，降低了食用菌的种植成本，增加了农民的经济收益，促进了棉花秸秆资源的循环高效利用。

2棉花秸秆利用过程中存在的问题

目前，我国的农作物秸秆综合利用率很高，达到81.68%，但仍有1.5亿吨的秸秆造成浪费，需要加大秸秆资源利用的力度。棉花秸秆的利用途径有很多，但是成熟的循环利用途径很少，主要是由于每种途径中都存在或多或少的问题。棉花秸秆直接还田时对机械的要求很高，当年难腐烂，存留的根部仍需人工拔除，且棉花秸秆本身携带病菌[22-23]。棉花秸秆离田循环利用过程中秸秆收集困难、运输成本高、储存条件要求高[24]的问题都需新技术的研发、新机械的创造、新政策支持。棉花秸秆综合高效利用需要从技术层面着手构建循环链条，严格落实国家颁布的各项政策，切实提高棉花秸秆综合利用率。

2.1直接还田中存在的问题

棉花秸秆中含有很高的木质素，其中根部最高，致使棉花秸秆比其他的农作物秸秆坚硬，因而直接还田还存在以下问题需要解决。一是对棉花秸秆还田所用的粉碎机械要求高，棉花根部处理难度加大。二是棉花秸秆粉碎翻压入土，腐熟成为肥料所需要的时间较长。三是残留在田地中的棉花根茎，第二年难以腐变，影响春季播种。四是棉花秸秆本身带有棉花枯萎病、黄萎病的病菌，病菌随着棉花秸秆的还田，保留在土壤中，提高了棉花枯萎病、黄萎病发病率。五是棉花秸秆机械化粉碎还田时，缺乏相配套的农艺措施。

2.2离田综合利用存在的问题

我国实行的是土地家庭联产承包责任制，农民以家庭为单位进行农作物种植，因而农业化机械化程度不高，再加上棉花属于一年生植物，收集具有季节性，棉花种植人工投入大，种植面积不集中，收集运输主要依靠人工，收集运输过程存在很多困难。如果农民自己送到加工厂，运输成本偏高，并且工厂的供应波动很大，棉花秸秆的量不稳定。如果在农村设立收购点，一次性投入较高，需要有较大的需求和比较成熟的产业链。如果工厂直接收集，对工厂自身的场地、资金、人工等要求高。棉花秸秆的收集运输效率低，加工厂中棉花秸秆的储存问题显著。由于收集、运输、储存过程中存在短板，加工厂缺少持续、稳定的棉花秸秆供应，制约相关加工厂的发展。

2.3配套的政策体系不健全

棉花秸秆的综合利用是一项投资大，需要长期坚持才能获得收益的工程，加工企业的棉花秸秆回收成本高，所得到的经济效益低，加工企业没有可观的经济产出，只得维持现状，无法扩大规模，难以形成完整的棉花秸秆回收利用产业链，因此，政府的支持非常重要。棉花秸秆的回收利用有很多途径，延伸出多种产业链条，国家政策支持主要是棉花秸秆形成产品阶段，对收集、运输、储存和产品消费阶段的补助相对比较薄弱，缺乏对棉花秸秆循环利用全产业链的系统性支持。国家秸秆循环利用的资金主要是在引导层面，对作物种类、补贴区域、补贴金额都有限制。资金投入不足难以推动棉花秸秆循环利用全产业链的发展，难以实现全产业链的优化升级。国家下发的鼓励政策难以落地实施，影响了企业家们对秸秆循环利用的积极性。

3讨论

我国每年产生秸秆将近10亿吨，其中棉花秸秆占2.44%，主要分布在新疆、黄河流域、长江流域。相对于玉米、水稻、小麦秸秆的利用技术，棉花秸秆的利用率较低，其综合循环利用技术有待提高。与传统棉花种植相比，棉花秸秆还田能提高土壤肥力，简化下茬作物种植程序，切实改善农民的种植模式，减轻农民负担，棉花秸秆还田有较好的应用前景。如何有效提高棉花秸秆综合利用的多元化、产业化和高附加值利用水平，实现“布局合理、多元利用”的产业化发展格局，仍是现阶段推动棉花秸秆综合利用健康快速发展、真正将棉花秸秆资源变“废”为“宝”所面临的严峻挑战。而延长棉花种植产业链、提高农民植棉收入，实现棉花秸秆综合高效利用对促进资源节约型、环境友好型社会建设以及推进循环经济和美丽乡村建设都有重要意义。