生態(tài)環(huán)境治理下果樹殘枝的資源化利用

杜娟 韓美玲　安琪 李叢勝

摘要 對我國果樹殘枝的資源化利用狀況進行了綜述分析，指出當前我國在果樹殘枝利用方面尚存在諸多問題，概述了我國農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的6個發(fā)展方向，在此基礎上提出了我國果樹枝條資源化發(fā)展的對策措施。

關鍵詞 生態(tài)環(huán)境；果樹殘枝；資源化利用

中圖分類號 S181.3 文獻標識碼

A 文章編號 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

果園在我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系中一直占重要地位，果業(yè)的發(fā)展?jié)M足了市場需求，也增加了農(nóng)民的收入，但果園殘枝的有效化、合理利用一直是困擾果園的難題，也成了生態(tài)文明建設和美麗鄉(xiāng)村建設中的一大阻礙。隨著我國水果產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，果樹枝條的修剪量也在逐年增加[1]。傳統(tǒng)的處理方法主要是堆放和焚燒，堆放會占大量的土地，嚴重影響土地資源的合理利用；焚燒不僅導致嚴重的環(huán)境污染問題，對枝條本身也是極大的浪費。因此，如何變廢為寶，將這些果樹枝條變?yōu)榫薮蟮膶毑兀瑢崿F(xiàn)資源化利用，最大限度地減少其所帶來的環(huán)境污染和土地資源浪費等問題，無疑已經(jīng)成為亟待解決的重要問題。國內(nèi)外實踐表明，果樹殘枝的資源化利用和無害化處理，是控制林業(yè)環(huán)境污染、改善農(nóng)村環(huán)境、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。因此，筆者擬對我國果樹殘枝利用現(xiàn)狀、資源化利用的未來發(fā)展方向及其對策措施進行探討。

1 當前我國果樹殘枝利用現(xiàn)狀

1.1 果樹殘枝產(chǎn)量現(xiàn)狀

我國有著悠久的果樹栽培歷史，果園面積從165.7萬hm2（1978年）逐年上升至1 298.2萬hm2（2016年）[2]。由于大多數(shù)林果樹木每年都需修剪枝條，還有一部分果林通過高接換優(yōu)等手段進行品種更新，這樣就會產(chǎn)生相當多的殘枝[1]。如北京每年產(chǎn)生大量的林果枝條廢棄物，作為生物質(zhì)能源的可利用量為23.8萬t，其中，北京郊區(qū)1.7萬hm2果樹的枝條修剪量為16.7萬t [3]。我國現(xiàn)有果園面積1 298.2萬hm2（2016年）[2]，以修剪枝條4 500 kg/hm2計算[1]，年修剪枝條高達約5 842萬t，因此，修剪枝條的開發(fā)利用有著極其廣闊的前景。

1.2 果樹殘枝粗放低效利用且閑置狀況嚴重

在我國，處理果樹殘枝傳統(tǒng)的方式多采用燃燒等一次性利用的方式，不僅導致大量的能量、礦物鹽類、脂肪和粗蛋白等物質(zhì)被浪費[4]，還極易導致環(huán)境污染等問題。近年，隨著國家加大了對生態(tài)文明建設和美麗鄉(xiāng)村建設的重視程度，農(nóng)村生活的能源結(jié)構發(fā)生了變化，以天然氣代替了傳統(tǒng)的干柴、煤等燃料，導致大量的果樹殘枝被逐年累積，不可避免地堆放在田邊、路旁、宅院附近，不僅會嚴重影響鄉(xiāng)村的生態(tài)環(huán)境，還會引起果樹病蟲害的傳播以及引發(fā)火災等隱患[1]。因此，這在一定程度上也使得枝條背上了“有害”的標簽。但事實上，果樹殘枝具有極大的變廢為寶的潛力。因此，如何利用綠色科技合理利用這巨大的資源，實現(xiàn)這些資源的可持續(xù)利用，進而使其成為環(huán)境友好型資源已經(jīng)成為亟待解決的問題。

1.3 果樹殘枝處理設備較缺乏

為了能夠充分利用枝條，樹枝的粉碎是必不可少的環(huán)節(jié)，因此需要枝條粉碎的相關設備。目前國內(nèi)已經(jīng)有幾種樹枝處理機面世，如9FQ型枝條處理機和牽引式枝條處理機等。9FQ枝條處理機用于城市綠化、修剪枝條的粉碎，也可用于采伐區(qū)樹干、樹枝的粉碎。南京農(nóng)業(yè)大學研制的牽引式樹枝處理機及KF-150A型樹枝處理機主要針對城市街道修剪下來的枝條進行處理[5]。但總體來看，國產(chǎn)樹枝處理設備還比較缺乏，特別是能在現(xiàn)代果園現(xiàn)場工作的與動力底盤配套使用的枝條處理機還不是很多，且存在能耗水平高、生產(chǎn)效率低等問題，在設計原理、材料選用、制造工藝等方面還有待改進提高[5-7]。因此，重點研制開發(fā)或引進和試驗不同生產(chǎn)能力的枝條粉碎機，滿足不同規(guī)模果園的需要是推廣果園修剪樹枝資源化利用的關鍵。

1.4 果樹殘枝利用相關的政策法規(guī)與社會化服務體系不健全

目前，對待果樹殘枝的處理基本上都是采用末端去“堵絕”污染的策略，這種策略并不注重對整個過程的綜合治理及資源化利用，因此，這種“堵”的結(jié)果往往導致廢棄物大量積累，從而引發(fā)更為嚴重的危害[8]。現(xiàn)如今，雖然我國已經(jīng)出臺過與廢棄物資源化利用相關的一系列政策法規(guī)，但是一些實質(zhì)性的、可操作性的措施至今未能很好的建立或執(zhí)行。例如，鼓勵果農(nóng)合理利用果樹殘枝的相關優(yōu)惠政策太少或是支持力度不夠，缺乏極為有效的激勵機制；資金的投入或扶持的力度尚不夠，導致大量企業(yè)在從事果樹殘枝資源化利用方面遇到了瓶頸，從而使得企業(yè)不能更好地、更快地成長起來，與此相關的產(chǎn)業(yè)體系也不能得到更好的、更完善的培育。目前，在果樹殘枝利用方面也沒有形成相關的社會化服務體系，如信息服務體系、技術服務體系、加工生產(chǎn)體系、市場服務體系以及企業(yè)與農(nóng)戶的對接與組織模式等，因此，這在一定程度上也制約著我國果樹殘枝資源的產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模化的發(fā)展。

2 國內(nèi)外果樹殘枝資源化利用的未來發(fā)展方向

2.1 果樹殘枝的肥料化方向

果園修剪廢棄枝條含有一定量的有益營養(yǎng)元素、大量的木質(zhì)素、纖維素和半纖維素以及一些有機物質(zhì)，是寶貴的有機物料和潛在的有機肥源。對修剪樹枝有機肥轉(zhuǎn)化主要有以下3種利用方式。

第1種是將粉碎后的木屑均勻鋪放在果樹下的地面上進行自然腐化，此方法相對簡單易行，但過程較為緩慢[1]。張江紅[9]分析發(fā)現(xiàn)枝條常規(guī)還田量對桃樹生長無影響，而加量還田則會抑制桃樹生長。劉麗麗等[10]研究發(fā)現(xiàn)以柑橘枝條與羊糞按1∶1的比例還田蘿卜的產(chǎn)量比單純施用柑橘枝條增產(chǎn)近1倍，并可顯著促進蘿卜地上部分和地下部分的生長。

第2種是用粉碎的枝條做基質(zhì)與腐土混合堆腐，經(jīng)過堆腐形成的肥料可直接覆蓋于果園地面或在樹冠外緣地表開溝施肥。據(jù)測算，用這種方法生產(chǎn)1 t有機肥，可消耗果樹枝條0.4 t左右，是果樹修剪樹枝的有機肥轉(zhuǎn)化的主要利用方式[1]。研究表明，不同C/N的處理對廢棄的葡萄冬剪枝條堆肥的溫度、含水率、pH等腐熟指標有顯著的影響；通過添加菌劑處理葡萄冬剪枝條，可有效地提高葡萄冬剪枝條堆肥腐熟度的相關指標，對堆肥的品質(zhì)和效率有明顯的影響[11]。

第3種是炭化開發(fā)后還田。生物質(zhì)炭是生物材料在缺氧或無氧情況下經(jīng)熱解炭化制備出的一種穩(wěn)定的、高度芳香化的難熔富碳固態(tài)物質(zhì)[12]。生物炭含有60%以上的碳，還有一定的礦質(zhì)養(yǎng)分，如N、P、K、Ca、Mg等[13]。農(nóng)林廢棄物經(jīng)高溫熱解炭化，可以產(chǎn)生25%左右的生物炭。生物炭作為一種新型材料引起了廣泛關注，近年來生物炭在土壤改良、固碳減排及污染土壤修復方面為農(nóng)業(yè)研究者提供了新思路。研究表明，向土壤中施入質(zhì)量比為0.5%、1.0%、2.0%和4.0%的炭化果木渣可以提高葉片凈光合速率、葉綠素含量、葉片蒸騰速率、根系活力；且添加炭化果木渣能夠明顯地減少土壤溶液的滲漏，可提高氮素利用率[14]。

2.2 果樹殘枝的能源化方向

國外利用修剪枝條等固液體廢棄物來進行發(fā)電、液化和氣化已經(jīng)形成規(guī)模，成效顯著[5]。在我國，果樹殘枝是農(nóng)村能源的重要組成部分，在解決農(nóng)村能源短缺和農(nóng)村環(huán)境污染方面有重要的價值。目前果樹殘枝能源化的方向有：①以木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)為原料生產(chǎn)第二代生物燃料——纖維素乙醇[15-17]。近年來，由于國內(nèi)陷入了玉米乙醇“與民爭糧”的爭議中，國內(nèi)很多專家都紛紛呼吁立即叫停國內(nèi)的玉米乙醇生產(chǎn)，今后燃料乙醇研發(fā)的重點將主要集中在以木質(zhì)纖維素為原料的第二代燃料乙醇技術上面[18]。重要的化工產(chǎn)品乙烯，其生產(chǎn)依賴化石能源。化石能源危機阻礙其生產(chǎn)，而利用生物乙醇制備乙烯則很有發(fā)展?jié)摿ΑＭ跹语w等[19]提出生物乙醇制作乙烯是一條可持續(xù)發(fā)展的化工路線。②生產(chǎn)新型生物燃料——生物丁醇。李曉軍等[20]報道我國將建成18個能源林示范點以及18個能源林良種繁育推廣示范基地，為生物質(zhì)能源開發(fā)提供豐富的原料，可用生物質(zhì)能源樹種生產(chǎn)丁醇。王艷翠等[21]探索了生物質(zhì)能源樹種發(fā)酵生產(chǎn)丁醇新技術，生產(chǎn)丁醇效果理想，可達到糧食發(fā)酵產(chǎn)丁醇的水平。③生產(chǎn)壓縮成型燃料。生物質(zhì)成型技術是生物質(zhì)能的有效利用技術之一，是指在一定的溫度與壓力作用下，將各類分散的、無一定形狀的農(nóng)林剩余物經(jīng)加工制成有一定形狀、密度較大的各種燃料產(chǎn)品的技術[22]。生物質(zhì)成型燃料因具有清潔、可再生等特點，近年來發(fā)展迅速，對其成型機理及設備的研究也日趨深入[23-26]。將修剪樹枝粉碎壓縮制作燃料，可廣泛用于人民生活、飲食服務業(yè)，如采暖、燒飯和烘烤食品；也可以作為發(fā)電廠燃料來替代燃煤或燃油發(fā)電，發(fā)展前景廣闊。④修剪枝條氣化、炭化（木炭）。近年來，農(nóng)業(yè)廢棄物氣化技術在我國取得了長足發(fā)展，已經(jīng)在部分鄉(xiāng)村成功應用。與其他生物質(zhì)（如稻殼或秸稈）相比，修剪殘枝具有含碳量高、熱值高、灰分含量極少的優(yōu)點，是秸稈氣化裝置最好的燃料。在北京平谷應用表明，氣化爐運轉(zhuǎn)起來1 kg果樹枝可以產(chǎn)約2 m3可燃氣，一個4口之家每天需燃氣5～6 m3，消耗樹枝3.5 kg。對于壓縮成型的棒材和修剪直徑較大的樹枝可以在缺氧的條件下進行直接炭化處理，制作木炭，可廣泛應用于工業(yè)冶金、食品燒烤或家庭取暖等領域，有較好的發(fā)展前景[1]。

2.3 果樹殘枝的材料化方向

果樹殘枝富含纖維素和半纖維素，利用其生產(chǎn)多種生物質(zhì)材料和生產(chǎn)資料是果樹枝條資源化的又一個拓展領域，有著廣闊的前景。目前的研究主要包括：生產(chǎn)紙板、人造纖維板、輕質(zhì)建材板等材料研究；通過固化、炭化技術制成活性炭技術研究；生產(chǎn)可降解餐盒、包裝材料和纖維素薄膜研究；制取木糖（醇）的研究；葡萄枝條廢棄物中膳食纖維及營養(yǎng)成分研究；制備多功能甲基纖維素，如各種防治人類疾病的保健藥品、食品添加劑，防治各種病蟲害的綠色生態(tài)農(nóng)藥添加劑等；制造微晶纖維素、納米纖維素的研究；制備木塑復合發(fā)泡材料和生物質(zhì)纖維基發(fā)泡材料的技術研究；制備高透明納米紙和高透明纖維素紙新材料的技術研究；植物基熒光防偽纖維的制備及應用研究[27-40]。