新疆南疆地區農林生物質資源分布與利用研究

高 倩 ，周 嶺 ※，張紅美 ，王亞梅 ，吳平凡

（1.塔里木大學機械電氣化工程學院，新疆阿拉爾843300；2.新疆維吾爾自治區普通高等學校現代農業工程重點實驗室）

0 引言

由于自然和人為的因素，新疆南疆地區的生態環境極其脆弱，生物質資源利用方式較為落后，不合理的利用方式加重了生態環境的破壞。查閱2018 年新疆維吾爾自治區年鑒，人年均生活消耗能源量為622 kg 標準煤/人，充分利用生物質能可以緩解能源短缺的困境。新疆南疆地區獨特的地域特點和氣候特征形成了特殊的農業類型，農作物種類較多，且分布廣泛，經濟作物主要以棉花為主，糧食作物主要有小麥、玉米、水稻等，僅這四種種植面積最大的農作物秸稈資源量就有1 893.34 萬t/年，折標能源量為497.98 萬 t/年，人均 365.05 kg 標準煤/人；南疆地區的水（干）果全國聞名，阿克蘇地區種植的蘋果、庫爾勒地區種植的香梨、喀什地區種植的核桃、和田地區種植的紅棗，使得南疆地區有著非常充足的果樹殘枝資源。種植面積最大的紅棗樹、核桃樹、杏樹、梨樹和蘋果樹殘枝資源量為173.93 萬t/年，折標能源量為88.07 萬t/年，人均71.76kg 標準煤/人。南疆地區少數民族人口居多，牛、羊養殖較為廣泛，牛、羊、豬三種糞便資源量為4 468.33 萬t/年，可收集量為3 725.14 萬t/年。作為一種可再生資源，南疆地區的生物質資源具有來源豐富、種類多、分布廣的優勢，但是卻存在著浪費嚴重、利用形式單一、收集運輸成本高、各地區生物質資源量和種類差異大、產業化程度低等問題。生物質資源化利用是農業供給側結構性改革的重要舉措，合理開發利用生物質資源，不僅具有經濟效益、社會效益，還具有顯著的生態效益。國內有不少學者采用科學的算法對個別地區生物質資源量進行了估算，但專門針對新疆南疆地區農林生物質資源分布與利用的研究較少?？茖W開發利用農林生物質資源能夠促進南疆各地區經濟的發展，通過對各地區調研，準確掌握了農林生物質資源的儲量分布與利用情況，為南疆生物質資源化利用后續研究提供調研基礎，對南疆各地區調整產業結構和可持續發展提供決策依據。

1 方法與過程

1.1 研究區域

本文選擇阿克蘇地區、巴音郭楞蒙古自治州（以下簡稱巴州）、喀什地區、和田地區和克孜勒蘇柯爾克孜自治州（以下簡稱克州），兵團第一師阿拉爾市、第二師鐵門關市、第三師圖木舒克市和第十四師昆玉市作為研究區域。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻研究法

通過查閱新疆維吾爾自治區和新疆生產建設兵團的農業統計年鑒，進行數據統計、計算和分析。為了確保數據的穩定性，取2014~2018 年五年均值作為數據支撐。

以楚天舒[1]、石祖梁[2]等學者對生物質資源的估算方法作為參考，依照李項項[3]對新疆生物質資源的研究，取主要農作物草谷比、可收集系數、折標能源系數；主要果樹殘枝產柴量、可收集系數、折標能源系數和主要禽畜年排泄量、可收集系數、折標能源系數等參數，估算出南疆各地區農林生物質的資源量。

1.2.2 實地考察法

2019 年 11 月 16 日-2020 年 1 月 8 日期間，隨機選取南疆各地區的9 個村、6 個連（新疆生產建設兵團）及3 家生物質相關企業進行實地走訪或電話訪問，對各地區農民、農業技術人員、企業技術人員面對面訪談26 余次，電話訪問8 次。表1 是各地區調研形式、對象、年齡結構及文化程度一覽表，表中字母代表南疆各地區，A（兵團第一師）、B（兵團第二師）、C（兵團第三師）、D（兵團十四師）、E（阿克蘇地區）、F（巴州）、G（喀什地區）、H（和田地區）、M（克州）。

1.2.3 問卷調查法

采用網絡問卷的方式，在各個地區隨機選擇100名農民參與問卷，共收到有效問卷100 份。問卷共設置了19 個問題，其中基本情況調查6 題、資源利用調查10 題、政策宣傳調查1 題、存在困難調查2 題。

1.3 統計方法

1.3.1 農作物秸稈資源量計算方法

利用草谷比法計算出農作物資源量，農作物秸稈資源量=農作物產量×草谷比；農作物秸稈可收集資源量=農作物產量×草谷比×可收集系數；農作物秸稈折標能源量=農作物產量×草谷比×可收集系數×折標系數。

1.3.2 果樹殘枝資源量計算方法

利用林果木規模面積估算果樹殘枝資源量，果樹殘枝資源量=果樹種植面積×產柴量；果樹殘枝可收集資源量=果樹種植面積×產柴量×可收集系數；果樹殘枝折標能源量=果樹種植面積×產柴量×可收集系數×折標系數。

1.3.3 禽畜糞便資源量計算方法

利用不同禽畜年排泄量估算禽畜糞便資源量，糞便資源量=年底存欄量×年排泄量；糞便可收集資源量=年底存欄量×年排泄量×可收集系數；糞便資源折標能源量=年底存欄量×年排泄量×可收集系數×折標能源系數。

2 結果與分析

2.1 南疆地區生物質資源量及分布情況

2.1.1 農作物秸稈資源量及分布情況

圖1 為2013~2017 年主要農作物秸稈資源情況，從圖中可以看出南疆各地區農作物秸稈資源非常充足，其中棉花秸稈資源最多，其次是玉米和小麥，水稻的秸稈資源量相對較少。經過計算得出，南疆各地區棉花秸稈資源總量約為785.44 萬t/年，可收集資源量約為392.72 萬t/年；玉米秸稈資源總量約為683.99 萬t/年，可收集資源量約為342.01 萬t/年；小麥秸稈資源總量約為386.01 萬t/年，可收集資源量約為193.01 萬t/年；由于南疆各地區極端干燥，不適合水稻的種植，水稻的秸稈資源總量約為37.92 萬t/年，可收集資源量約為18.96萬t/年。

圖1 南疆近五年主要農作物秸稈資源量

圖2 是近五年南疆各地區主要農作物秸稈資源量，從圖中可以看出各個地區的資源量分布情況，其中E（阿克蘇地區）、G（喀什地區）、F（巴州）和A（兵團第一師）的棉花秸稈資源量最為充足；G（喀什地區）、H（和田地區）和E（阿克蘇地區）的小麥秸稈和玉米秸稈較為充足。B(兵團第二師)、C（兵團第三師）、D（兵團第十四師）和 M（克州）由于地理位置和占地面積的原因，與其他幾個地區相比秸稈資源量相對較少。

圖2 南疆各地區主要農作物秸稈可收集資源量（五年均值）

2.1.2 果樹殘枝資源量及分布情況

南疆各地區果樹（含堅果樹）種植面積較大，五年平均為712.29 khm2，占全疆的76.7%，其中紅棗樹種植面積約為450.62 khm2，占全疆的92.11%；核桃樹種植面積約為361.02 khm2，占全疆的95.16%；杏樹種植面積約為106.5 khm2,占全疆的83.76%；梨樹種植面積約為70.10 khm2，占全疆的94.2%；蘋果樹種植面積約為34.11 khm2，占全疆的55.28%。

從圖3 可以看出，南疆地區的果樹殘枝資源量由多到少為T1（紅棗樹）、T5（核桃樹）、T4（杏樹）、T3（梨樹）和T2（蘋果樹），通過計算得出資源量分別為81.11 萬t/年、63.36 萬 t/年、14.91 萬 t/年、9.80 萬 t/年、4.74 萬 t/年，可收集資源量為 71.38 萬 t/年、55.76 萬 t/年、13.2 萬 t/年、8.58萬 t/年、4.17 萬 t/年，折標能源量為 40.69 萬 t/年、32.59 萬t/年、7.48 萬 t/年、4.92 萬 t/年、2.40 萬 t/年。南疆各地區的果樹（含堅果樹）種植結構存在著較顯著的地域差異，各地區果樹殘枝可利用資源量略有不同。

圖3 南疆地區近五年主要果蔬殘枝資源量

從圖4 可以看出，T1（紅棗樹）殘枝量最豐富的是G（喀什地區）、E（阿克蘇地區）、H（和田地區）和A（兵團一師），T5（核桃樹）殘枝量和T4（杏樹）殘枝量最豐富的是G（喀什地區）、H（和田地區）和E（阿克蘇地區），T3（梨樹）殘枝量最豐富的地區是F（巴州）、B（兵團第二師）和E（阿克蘇地區），T2（蘋果樹）殘枝量最豐富的是E（阿克蘇地區）和A（兵團第一師）。

圖4 南疆各地區果蔬殘枝可收集資源量（五年均值）

2.1.3 禽畜糞便資源量及分布情況

由于南疆地區是少數民族的聚集地，維吾爾族、哈薩克族、蒙古族等少數民族都有家養禽畜的習慣，因此南疆地區在禽畜養殖上與其他地區略有不同。南疆各地區禽畜年底存欄五年平均為2 637.01 萬頭（只）/年，其中牛年底存欄數約為181.97 萬頭/年，羊年底存欄數約為2 265.25 萬只/年，豬年底存欄數約為112.94 萬頭/年，僅這三種牲畜占了所有禽畜存欄數的97.08%。

圖5 南疆地區近五年主要禽畜糞便資源量

圖5 能夠反映出南疆地區糞便資源量最多的是牛，其次是羊和豬。盡管羊的年底存欄量較多，但是羊是放養牲畜，糞便的收集難度與牛糞相比較困難，牛與羊相比，排泄物相對較多，因此牛糞資源量最豐富，約為2 762.97 萬t/年，因可收集系數為1，可收集資源量也為2 762.97 萬t/年；羊糞資源量約為1431.64 萬t/年，可收集資源量約為715.82 萬t/年；南疆各地區豬的養殖規模較小，豬糞便量約為273.72 萬t/年，可收集資源量約為246.35 萬t/年，也具有一定的利用價值。

從圖6 可以看出各個地區糞便資源的地域分布情況，G（喀什地區）、E（阿克蘇地區）、H（和田地區）、M（克州）和F（巴州）擁有的牛糞和羊糞資源量較多，H（和田地區）、M（克州）和D（兵團十四師）的豬糞資源量相對較少，其他地區的各類糞便資源量無較大差異。

圖6 南疆地區禽畜糞便可收集資源量（五年均值）

2.2 生物質資源化利用企業數量及分布情況

按照不完全統計，南疆各地區共有生物質資源化利用的相關企業127 家，占全疆總數的36.60%，從事電力、熱力、燃氣及水生產和供應業的生物質資源化利用企業有8 家，占總數的6.3%；從事科學研究和技術服務業的生物質資源化利用企業有12 家，占總數的9.4%；從事生物質產品制造業的生物質資源化利用企業有29 家，占總數的22.8%；而從事批發零售業的生物質資源化利用企業約有65 家，占總數的51.2%。由此可見，南疆各地區生物質資源利用的企業產業結構較落后，涉及科研與技術創新的企業較少，大部分以原始低端產業為主，企業競爭力較低。

2.3 生物質資源主要利用方式

2.3.1 農作物秸稈資源的主要利用方式

南疆各地區的棉花秸稈以粉碎還田為主，其中大部分在秋冬季棉花收獲之后粉碎還田，剩余部分供牛羊啃食之后在第二年春耕前粉碎還田。玉米、小麥和水稻等糧食作物的秸稈多用作禽畜的飼料，南疆地區經濟較為落后，農民將秸稈收回家直接充當飼料。在阿克蘇地區、喀什地區和兵團第一師均見到農民將秸稈作為添加劑添加在禽畜糞便堆肥的堆體里，但是秸稈長短不一，添加比例和濕度控制等都存在一定的問題。在100 份問卷中，僅有16%的農民曾經將少量秸稈堆置在田邊地頭或者進行焚燒處理。

2.3.2 果樹殘枝資源的主要利用方式

通過實地調研了解到，果樹一般在果實采摘后的初冬和果樹發芽前的初春進行剪枝，在調研的過程中發現每個地區都有焚燒果樹殘枝的情況，果樹殘枝資源利用率最低，浪費最為嚴重。南疆地區有國能生物質發電2 家（阿瓦提和巴楚）分公司，能消耗企業附近兩百公里以內的生物質，主要以果樹殘枝為主，每家企業的年消耗為15 萬t。南疆各地區的生物質炭制備都處于低級階段，僅將果樹殘枝在無氧或缺氧條件下高溫裂解成黑色塊狀固體炭，主要通過批發零售業賣至果木烤鴨、燒烤、烤肉等食品加工行業中。南疆各地區食用菌養殖戶生產條件簡陋，經營規模普遍較小，生物質做食用菌培養基的利用率較低。100 份問卷中52%的種植戶曾將剪下來的果樹殘枝進行焚燒處理，37%的種植戶經常將果樹殘枝進行路邊堆放處理。

2.3.3 禽畜糞便資源的主要利用方式

南疆少數民族家庭牲畜養殖規模小，實地調研了解到，在政府相關部門的宣傳下，80%的養殖戶能夠把禽畜糞便做簡單的堆肥處理，然后作為肥料施入地里。在阿克蘇地區的喀拉塔村、克州地區的阿扎克鄉、喀什地區的烏吉熱克鄉、和田的墨玉縣和224 團均見到果園周邊用薄膜覆蓋的小型規模的堆肥堆體。但是大部分農民對堆肥技術的掌握還存在問題，比如秸稈和糞便添加比例不合適、堆體濕度控制不夠科學等問題。在和田和喀什地區的個別村莊均見到小型的沼氣發酵池，對禽畜糞便進行深度厭氧發酵后作為肥料使用。在100 份問卷中，有7%的農戶家里有沼氣池。通過與養殖戶實地訪談，了解到政府部門對沼氣技術的推廣較為重視，但由于沼氣技術在南疆各地區還處于初級發展階段，因此目前還未取得較好的效果。

3 結論及討論

近幾年國家加大了對南疆地區的扶持力度，并制定了許多優惠政策，但是由于南疆地區地廣人稀，農民的受教育程度相對較低，整體開發利用水平落后等因素，生物質資源化利用仍處于初級階段。

3.1 存在的問題及原因

3.1.1 對生物質資源化利用認識不夠

在南疆各地的農村均見到路邊或地頭有秸稈和果樹殘枝焚燒的現象，農民的法律意識和環保意識淡薄，主要原因是南疆各地區的少數民族農民占比較多，他們普遍文化程度偏低，有的還存在著語言交流障礙，未意識到秸稈焚燒對生態環境的嚴重影響[4]。另一個原因是政府宣傳相關法律知識力度不夠[5]，采取的措施不到位，提供專業化服務的資源不足。

3.1.2 利用形式原始，普遍利用率較低

南疆各地區的棉花秸稈以粉碎還田為主，玉米秸稈、水稻和小麥等糧食作物的秸稈主要作為禽畜的飼料，集中養殖的禽畜糞便基本被果農收購用于果樹的施肥或用于有機肥的加工，而經過剪枝得到的果樹殘枝僅有40%左右作為發電的原料或者做成生物炭，直焚只利用了熱能，浪費了其中的營養成分。導致利用率低的主要原因是生物質資源化利用形式落后，缺少專業的研究機構，缺乏創新精神，對其主要利用途徑認識不足，對能夠產生的效益沒有科學的認識。

3.1.3 科學技術應用少，沒有形成產學研合力

南疆地區生物質資源化利用起步較晚，企業數量少規模小，產業結構單一，缺少核心技術，沒有形成產學研合力。技術發展和市場需求不匹配，未形成綠色、低碳的戰略性新型產業體系，導致市場競爭力偏弱。

3.1.4 收集難度大，運輸成本高

南疆各地區收集秸稈和果樹殘枝的人員相對較少，部分生物質企業需求量較大，在企業周邊的鄉鎮成立了農村合作社，把農民收來的農林生物質資源進行初加工后再賣給生物質企業。由于缺少專業化的收儲隊伍，農民在收集的過程中投入時間和勞力，機械化程度偏低，再加上運輸成本，使得利潤偏低，導致農民缺乏積極性[6]。

3.2 建議

南疆地區生物質資源高效合理地利用，需要政府、科研單位、企業和農民四方共同努力。

3.2.1 政府方面

（1）加強宣傳，科學管理。應加大生物質資源化利用的相關宣傳，在農閑時開展生物質資源利用法律法規和相關技術的培訓班，科學有序地組織管理，嚴格落實相關制度，鼓勵農民積極參與，整體提高農民素質。平時利用廣播、電視等多媒體設備和橫幅等宣傳方式提高農民的生物質資源化利用意識，加強監督和管理工作，減少以及杜絕焚燒秸稈的現象。

（2）配套政策，制定標準。相關設施的利用率較低，導致收集效果不夠理想。應當建立配套的政策[7]，根據各地區資源分布與交通情況開辦農業合作社或者集中收集站，培養專業的收儲隊伍，減少收集生物質資源的成本，適當給予農民一定的財政補貼，鼓勵農民積極參與進去。

（3）提供服務，提高技能。應當提供農技咨詢服務，提高農民農業技能的同時指導農民積極創新，深入挖掘生物質資源化利用方式，從根本上解決因無知造成的資源浪費。

3.2.2 科研單位方面

（1）建立產學研深度融合技術創新體系。塔里木大學機械電氣化學院生物質資源化利用實驗室多年來一直致力于生物質資源化利用方面的研究[8-10]，今后將從研究突破、產學研合作、技術成果轉讓等途徑將已經成熟的技術推向市場，以市場為導向，與企業共同成立研究中心，開發更加適合南疆地區的技術和產品。

（2）做好技術推廣服務。利用寒暑假期開展送生物質資源化利用先進技術下鄉等活動，不僅能夠幫助農民提高資源化利用意識，還能深入農村了解當地的情況，研究出適應市場需求的產品與技術。

3.2.3 企業方面

（1）因地制宜，根據實際情況調整產業結構。南疆各地區生物質資源利用的企業數量較少，分布也很分散，應當根據各地區生物質資源的資源量和分布情況，開辦不同規模、不同產品的企業?？κ驳貐^的農作物秸稈資源居南疆最高，主要以糧食作物為主，可作為禽畜的飼料、好氧堆肥、制成食用菌栽培基質[11]和作為燃料能源加以利用；兵團第一師以棉花秸稈資源為主，占所有農作物秸稈資源的96%，建議將其炭化還田，這樣不僅可以改良土壤，還可以達到增產的效果[12]。果樹殘枝可以將其制成生物質炭，為南疆的特色小吃馕、烤鴨、燒烤等提供優質的能源；果木中含有較多的纖維素，強度、韌性等比秸稈好，也可制作成各類木質的工藝品或者無機人造板[13]等；果樹殘枝還可制成工業乙醇[14]或者用于土肥資源化利用[15]，這樣不僅能減少二氧化碳的排放，還能夠緩解世界燃料危機的現狀。禽畜的糞便除了可以堆肥外，還可用作沼氣發電，將沼渣和沼液處理還田，以提高禽畜糞便資源的利用率。

（2）加強生物質資源化利用的研發工作。當前南疆各地區的生物質企業產業結構單一，企業應當加強生物質資源化利用的研發工作，充分研究生物質資源的基礎特性，尋找更有效的利用方式，增加產品的價值與擴大市場，以達到增加經濟收入的目的。

3.2.4 農民方面

（1）加強學習，提高認識。通過學習相關法律法規，不斷提高認識，同時帶動身邊的人保護環境，增強生物質資源可再生利用意識。通過學習相關技術，提高生物質資源的利用率，減少浪費。

（2）抓住機遇，積極創業。農民創業是減貧致富的有效手段。南疆是國家確定的深度扶貧地區之一，農民們可以就地取材，按照當地的實際情況創立生物質資源化利用的企業，提升收入，同時保護環境。