新疆巴州棉花秸稈產業化利用環境效益分析

張留亞 鞠勐浩 唐林 劉畢浩 蔡玲松

摘要：新疆巴州作為我國棉花的重要生產區域，其棉花產業及其經濟效益為國家建設和當地鄉村振興作出了很大貢獻。但作為重要資源，伴隨產生的大量棉花秸稈卻沒有被利用，導致資源浪費和環境污染。通過對新疆巴州地區棉花秸稈利用情況的調研，并結合巴州實情，分析了棉花秸稈的燃燒環境負荷及其產業化利用形成的環境經濟效益，提出了產業化利用的具體方法。研究結果表明，產業化利用具有顯著環境經濟效益，同時能夠減少秸稈直接燃燒對人體健康的影響。

關鍵詞：新疆;巴州;棉花秸稈;產業化利用;經濟效益;環境效益

中圖分類號：S562.042

文獻標識碼：A

文章編號：2095-3143（2022）01-0059-06

DOI：10.3969/j.issn.2095-3143.2022.01.012

巴音郭楞蒙古族自治州（簡稱巴州）位于新疆維吾爾自治區東南部，境內有高山、盆地、河流、湖泊、戈壁、沙漠和平原綠洲，屬中溫帶和暖溫帶大陸性氣候。環境優美，水資源豐富，地理優越的條件下造就巴州棉花產業的高度發展。巴州地區也是我國重要的棉花和能源生產基地，當地棉花及其質量不僅需要滿足紡織的剛性需求，也是當地鄉村振興和農民生活水平提高的基本經濟保障，當地棉花產業和能源產業已成為重要的經濟支柱型產業。巴州2020年棉花產量達到60多萬噸，約占巴州地方生產總值和第一產業產值的10%和60%，但棉花秸稈資源的利用率卻不高，眾所周知，棉花秸稈具有極高的開發利用潛力）多年來，學者們就棉花秸稈的資源化利用做了大量研究，綜合分析這些研究可知，大多數學者重點研究了棉花秸稈的轉化產品;另一部分學者重點研究了棉花產量的提高方法，希望由此獲得更好的經濟效益[2-4]，也有學者就新疆棉花產業的貿易問題進行了研究[5]。這些研究為本文提供了很好的參考，特別是學者們對棉花秸稈資源多元化利用的研究、粗放處理的棉花秸稈還田技術研究[6]、用秸稈作為水泥窯替代燃料的研究），制作秸稈草磚的研究8和棉花秸稈纖維混凝土9等等。因此，作者在參考學者們研究的基礎上，提出了棉花秸稈的產業資源化研究，希望利用秸稈的規模化加工方式，實現秸稈的充分利用，減少環境負荷，確保棉花產業的可持續發展。

1巴州棉花生產現狀分析

1.1巴州棉花生產規模及其秸稈產量

基于巴州豐富的棉花產地資源，伴隨的棉稈資源相當豐富，下表數據根據巴州農業局提供的棉花產量，按棉花產量與棉稈產量比為1：2.7進行推算得出。

由圖1得出，2010-2020年巴州棉花總產量由369704噸增長至627420噸。棉稈總產量由998201噸增長至1694034噸，巴州棉花總產量和棉稈總產量整體呈上升趨勢，截至2019年棉稈總產量達160萬噸以上。據巴州農業局統計，未被利用棉稈量約為總產量的40%，目前秸稈只有60%～70%被利用，剩余30%～40%尚未被利用（大多焚燒或填埋），對環境造成一定的污染。巴州棉稈總產量的不斷增加，未被利用棉稈總產量也在不斷增加（2010-2020年由399280噸增長至677614噸）棉稈對環境污染愈發嚴重。

1.2巴州棉花秸稈處理現狀與棉秸稈還田的優缺點

目前巴州農村地區棉花秸稈處理方式依舊停留在較為原始的階段，主要采用直接燃燒和秸稈還田方式，其中直接燃燒會產生大氣氣態污染和吸入顆粒物對生態環境造成污染，也影響人們的身心健康。秸稈還田是指農民將剩余棉稈進行機械粉碎，將粉碎的棉稈進行還田，為土壤起到增肥效果。但秸稈還田需要處理得當，若處理不當反而會對田地造成危害。事實上棉花秸稈不適合直接還田，原因在于棉稈本身有一定的病菌、蟲害，如果棉稈還田會將病菌埋伏地下，容易誘發莊稼再生病害，其次，棉稈如果太多，粉碎不夠均勻細致，則直接下田后腐熟速度慢，從而會影響莊稼發芽、生根的成長進程;另外棉稈會對下田勞作人員的安全造成威脅，加大刺傷刺破手腳等風險的概率;再者棉稈中本身的蠟質較高，還田后也不易降解，會對土壤產生危害。

2巴州棉花秸稈處理的環境效應與經濟效益分析

2.1棉花秸稈處理的環境外部效應

目前巴州區域棉花秸稈多用作家庭柴火資源直接燃燒，也有部分采用露天直接焚燒的方式進行處理。由于棉花秸稈還田作業要花費一定的加工成本，需要進行粉碎等加工過程，因此大多數種植戶采取了燃料焚燒和野外焚燒。根據棉花秸稈焚燒過程排放物的當量分析（每噸棉花秸稈燃燒可排放一氧化碳114.7kg、二氧化碳1261.5kg、一氧化氮0.85kg、二氧化氮0.43kg和氮氧化物1.28kg以及固體顆粒物320kg），結合歷年棉花秸稈量可以算出2010-2020年巴州棉花秸稈燃燒處理的各年排放物量（見表1）。

由表1分析可知，2010-2020年巴州棉花秸稈燃燒的環境外部效應中一氧化碳，二氧化碳，固體顆粒物三種污染物排放量居高，排放量分別達77722噸、854810噸、216836噸。2010-2020年巴州棉稈燃燒主要污染物排放量整體呈上升趨勢發展，其中二氧化碳、固體顆粒物和一氧化碳上升趨勢較為明顯，其他主要污染物排放量上升趨勢相對緩和。綜上所述，2010-2020年巴州環境外部效應中因棉稈燃燒產生主要污染物排放量不斷上升，加劇對當地的環境污染，破壞生態平衡;同時危害人民身心健康，影響人們正常的生活。

2.2環境經濟效益分析

表1給出的主要排放物量值可以等效認為是各年度由于棉花秸稈燃燒而形成的環境負荷，這些環境負荷的修復需要由表2給出的最小修復成本，如果進行棉花秸稈的產業化和資源化利用，可以認為這些燃燒排放物基本消除，相當于節約了環境修復成本并等價形成了環境經濟效益，本文將其定義為環境經濟效益，體現了由于環境修復成本的等量減少而節約的經濟支出。根據不同污染種類其環境負荷的修復成本有所不同，表2給出了棉稈燃燒主要污染物的單位環境負荷的修復成本。

由表2得出，棉稈燃燒主要污染物單位環境修復成本中，一氧化碳為1200元/噸、二氧化碳300元/噸、一氧化氮1200元/噸、二氧化氮700元/噸和氮氧化物600元/噸以及固體顆粒物300元/噸。巴州各市縣因地理分布不同，水資源條件存在差異，棉花產量差異較為明顯，則棉稈產量也存在明顯差異，其區域間棉稈燃燒環境負荷的修復成本也有所區別。這里假設2010年開始形成的環境負荷都借助棉稈的產業化利用而能夠消除，測巴州各市縣從2010年到2020年的各年度，由于棉稈產業化利用而形成的環境經濟效益可由表3表示。

由表3數據分析可知，2010-2020年間，巴州各市縣棉稈產業化利用的環境經濟效益中，庫爾勒市、輪臺縣、尉犁縣和直屬農場平均環境經濟效益明顯。在此假設2020年后該四縣市各年至少保持相同棉花產量并實現棉稈產業化利用，則其每年的環境經濟效益分別可達到9881、9160、11546和7709萬元，接近四億元，可見其環境經濟效益十分明顯，同時說明棉花秸稈產業化利用的重要性。趨勢圖分析顯示，2010-2020年巴州各市縣棉稈燃燒的環境負荷也使其經濟效益呈上升趨勢，其中以庫爾勒市、輪臺縣、尉犁縣和直屬農場較為明顯，其它縣發展趨勢較為平緩。通過上述得出結論，2010-2020年巴州各市縣中庫爾勒市、輪臺縣、尉犁縣和直屬農場棉稈燃燒的環境負荷修復成本較大、其它縣修復成本相對較小，這也說明上述四市縣污染較為嚴重，環境修復問題較為突出。

3巴州棉花產業可持續發展方式分析

從我國宏觀經濟發展的需要分析，棉花秸稈回收綜合利用，符合國家低碳循環化發展理念，能夠為我國早日實現碳排放達標貢獻力量。棉花秸稈及其他農業秸稈的產業化利用適應我國重要農業產區的生產可持續發展以及關聯產業的共同發展，有利于加快大區域經濟的協同發展并促進綠色經濟占比。從當地微觀經濟需求并結合秸稈產業化條件分析，巴州棉花種植要實現可持續發展就必須首先解決棉花秸稈的環境污染問題，而解決污染問題的優化途徑就是實現棉花秸稈的產業化和資源化利用，變廢為寶，消除其環境外部效應，要改變棉花秸稈利用和處理方式，立足于生態環境保護理念，通過產業化利用提高棉稈資源利用率。產業化利用的產品選擇需要根據區域對產品的需要確定，盡量延伸產業規模和產業鏈。就目前巴州情況而言，棉花秸稈的家庭能源、畜牧飼料和生物制藥方面的需求較大，家庭燃料問題是南疆農民長期以來有待解決的重要問題，而畜牧業和生物產業是巴州支柱型產業，棉稈產業化利用首先需要考慮這三個方面的產品生產，以下分別加以說明。

3.1棉花秸稈的工業資源化利用

棉花秸稈含有豐富的天然纖維素纖維，生物降解性好，可替代木材用于造紙業、板材生產、工藝品制作、活性炭生產;也可替代糧食生產木糖醇等產品，其工業資源化的應用前景十分看好。在工業資源化利用過程中很容易形成以點帶面的格局，通過產業化利用方式將棉花秸稈的產業化利用與其他農作物秸稈的產業化利用相結合，形成更加寬泛的農業秸稈再利用模式，巴州在這方面具有得天獨厚的條件。例如;可以利用農作物秸稈產業化和規模化利用方式，有效代替依賴博湖蘆葦造紙的傳統，逐步向農業秸稈造紙模式發展，生產一噸紙比傳統化學法節約清水近100噸。從棉花秸稈的轉換產品類型分析，巴州需要根據區域特點，在農作物秸稈工業資源化利用中需要選擇水資源消耗較少的產品，如傳統工藝品等產業，要充分考慮以畜牧飼料業和家庭能源以及生物有機肥制造業為主，延伸生產過程的產業鏈銜接，實現棉花秸稈的工業資源化利用的優化。

3.2棉花秸稈的飼料資源化利用

棉花秸稈的生物化利用方式很多，由于全新疆棉花種植規模2021年達到247.9萬公頃（3718萬畝），巴州達到26.7萬公頃（400萬畝）左右，棉花秸稈的生物化利用前景十分廣闊。根據巴州當前經濟發展的綜合需要，一方面可以通過秸稈生物化生產畜牧飼料：由于棉花秸稈含有豐富的營養物質，4噸秸稈的營養價值相當于1噸糧食，可為畜牧業持續發展提供物質保障;巴州不僅是棉花秸稈資源豐富產區，也是的牛、馬和羊等主要畜牧業養殖區域，對飼料的需求較大，要有意識的鼓勵各類養殖戶利用棉花秸稈飼料，產業化加工過程中盡量生產耗水量較小的飼料產品（如顆粒型飼料產品）。另一方面可以大力發展棉花秸稈基料化利用，利用棉花秸稈栽培食用菌，將有利于促進當地農業生態平衡，加快建設高效生態的現代農業。棉花秸稈的飼料化應用途徑多、用水量較小，比較適合新疆南疆片區、特別是巴州地區的經濟建設需要。

3.3棉花秸稈的能源資源化利用

新疆的能源分布十分不均勻，煤炭等重要能源資源主要分布于新疆北疆片區和部分東疆地區，南疆片區煤炭分布十分稀少。雖然塔里木盆地中的塔克拉瑪干沙漠石油和天然氣分布較為豐富，但需要國家層面的大規模開發且開發成本較高。近年來在國家支持和新疆政府的努力下，新疆所有鄉鎮和農村都解決了家庭燃料用能問題。但從資源有限性和環境外部效應分析，一方面是能源分布匱乏和開發成本以及環境脆弱的現實，另一方面是大量的農業秸稈資源未被有效利用，形成資源浪費和巨大環境負荷，也導致農民身體健康問題。因此利用大量存在的棉花秸稈和其他農業秸稈，構建清潔型家庭能源利用模式就顯得十分重要，對當前發展和未來可持續發展都具有重要的現實意義。研究表明，棉花秸稈作為一種重要的生物質資源，其能源轉換效益十分顯著，僅2噸棉花秸稈的能源化熱值就可以替代1噸標準煤的熱值，如果在巴州推廣棉花秸稈的能源化利用可有效地減少當地一次能源消耗，其環境效益十分顯著。

4結束語

本文研究表明;當前棉花秸稈的燃燒處理會產生較為嚴重的環境負荷，而其相應的環境經濟效益也十分可觀，棉花秸稈的產業資源化利用能夠產生多種加工產品，不僅能夠開拓可觀的經濟價值、也能夠形成棉花秸稈資源的循環利用，為棉花種植業的可持續發展奠定了良好的基礎。下一步將重點研究產業化基地的建設，并根據產業基地建設區域的水資源特性確定產品，著重開發能源和生物以及飼料產品，最終目標是將全疆247萬多公頃（3700多萬畝）棉花秸稈進行產業資源化利用。

參考文獻

[1]白志剛，劉帥，胡啟星，等.棉花秸稈利用的主要途徑及存在的問題[J].棉花科學，2021，43（05）：11-15.

[2]崔愛花，孫亮慶，劉帥，等.棉花產量和土壤微生物數量及酶活性對棉田間作系統的響應[J/OL].江蘇農業科學：1-7[2022-01-07].http：/kns.cnki.net/kcms/detail/32.1214.S.20211227.1455.002.html.

[3]石峰，田雨，時曉娟，等.北疆機采棉等行密植模式下脫葉效果、產量及纖維品質研究[J/OL].石河子大學學報（自然科學版）：16[2022-01-07].

D0I：10.13880/j.cnki.65-1174/n.2021.21.047.

[4]李鑫，王劍，李亞兵，等.不同間套作模式對棉花產量和生物量累積、分配的影響[J/0L].作物學報：1-16[202201-07].http：//kns.cnki.net/kc-ms/detail/11.1809.S.20211220.1714.006.html.

[5]黎玉華.棉花產業貿易形勢與我國急需解決的問題[J].棉花科學，2021，43（06）：3-8.

[6]閆曉宇，郭文君，秦都林，等.濱海鹽堿地棉花秸稈還田和深松對棉花干物質積累、養分吸收及產量的影響[J/OL].作物學報：1-15[2022-01-07].

http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20210810.1324.008.html.

[7]靳惠怡.水泥窯替代燃料一新疆棉花秸稈規模化綜合利用新選擇[J].中國建材，2021（12）：49.D0I：10.16291/j.cnki.zgjc.2021.12.025.

[8]阿拉塔，郭迅，羅若帆，等.秸稈草磚研究綜述[J].科學技術與工程，2021，21（24）：10108-10117.

[9]蘇強，王樺，黃金坤，等.棉花秸稈纖維混凝土力學性能正交試驗[J].中國科技論文，2020，15（12）：1405-1409.