新疆巴州棉花秸秆产业化利用环境效益分析

张留亚 鞠勐浩 唐林 刘毕浩 蔡玲松

摘要：新疆巴州作为我国棉花的重要生产区域，其棉花产业及其经济效益为国家建设和当地乡村振兴作出了很大贡献。但作为重要资源，伴随产生的大量棉花秸秆却没有被利用，导致资源浪费和环境污染。通过对新疆巴州地区棉花秸秆利用情况的调研，并结合巴州实情，分析了棉花秸秆的燃烧环境负荷及其产业化利用形成的环境经济效益，提出了产业化利用的具体方法。研究结果表明，产业化利用具有显著环境经济效益，同时能够减少秸秆直接燃烧对人体健康的影响。

关键词：新疆;巴州;棉花秸秆;产业化利用;经济效益;环境效益

中图分类号：S562.042

文献标识码：A

文章编号：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（简称巴州）位于新疆维吾尔自治区东南部，境内有高山、盆地、河流、湖泊、戈壁、沙漠和平原绿洲，属中温带和暖温带大陆性气候。环境优美，水资源丰富，地理优越的条件下造就巴州棉花产业的高度发展。巴州地区也是我国重要的棉花和能源生产基地，当地棉花及其质量不仅需要满足纺织的刚性需求，也是当地乡村振兴和农民生活水平提高的基本经济保障，当地棉花产业和能源产业已成为重要的经济支柱型产业。巴州2020年棉花产量达到60多万吨，约占巴州地方生产总值和第一产业产值的10%和60%，但棉花秸秆资源的利用率却不高，众所周知，棉花秸秆具有极高的开发利用潜力）多年来，学者们就棉花秸秆的资源化利用做了大量研究，综合分析这些研究可知，大多数学者重点研究了棉花秸秆的转化产品;另一部分学者重点研究了棉花产量的提高方法，希望由此获得更好的经济效益[2-4]，也有学者就新疆棉花产业的贸易问题进行了研究[5]。这些研究为本文提供了很好的参考，特别是学者们对棉花秸秆资源多元化利用的研究、粗放处理的棉花秸秆还田技术研究[6]、用秸秆作为水泥窑替代燃料的研究），制作秸秆草砖的研究8和棉花秸秆纤维混凝土9等等。因此，作者在参考学者们研究的基础上，提出了棉花秸秆的产业资源化研究，希望利用秸秆的规模化加工方式，实现秸秆的充分利用，减少环境负荷，确保棉花产业的可持续发展。

1巴州棉花生产现状分析

1.1巴州棉花生产规模及其秸秆产量

基于巴州丰富的棉花产地资源，伴随的棉秆资源相当丰富，下表数据根据巴州农业局提供的棉花产量，按棉花产量与棉秆产量比为1：2.7进行推算得出。

由图1得出，2010-2020年巴州棉花总产量由369704吨增长至627420吨。棉秆总产量由998201吨增长至1694034吨，巴州棉花总产量和棉秆总产量整体呈上升趋势，截至2019年棉秆总产量达160万吨以上。据巴州农业局统计，未被利用棉秆量约为总产量的40%，目前秸秆只有60%～70%被利用，剩余30%～40%尚未被利用（大多焚燒或填埋），对环境造成一定的污染。巴州棉秆总产量的不断增加，未被利用棉秆总产量也在不断增加（2010-2020年由399280吨增长至677614吨）棉秆对环境污染愈发严重。

1.2巴州棉花秸秆处理现状与棉秸秆还田的优缺点

目前巴州农村地区棉花秸秆处理方式依旧停留在较为原始的阶段，主要采用直接燃烧和秸秆还田方式，其中直接燃烧会产生大气气态污染和吸入颗粒物对生态环境造成污染，也影响人们的身心健康。秸秆还田是指农民将剩余棉秆进行机械粉碎，将粉碎的棉秆进行还田，为土壤起到增肥效果。但秸秆还田需要处理得当，若处理不当反而会对田地造成危害。事实上棉花秸秆不适合直接还田，原因在于棉秆本身有一定的病菌、虫害，如果棉秆还田会将病菌埋伏地下，容易诱发庄稼再生病害，其次，棉秆如果太多，粉碎不够均匀细致，则直接下田后腐熟速度慢，从而会影响庄稼发芽、生根的成长进程;另外棉秆会对下田劳作人员的安全造成威胁，加大刺伤刺破手脚等风险的概率;再者棉秆中本身的蜡质较高，还田后也不易降解，会对土壤产生危害。

2巴州棉花秸秆处理的环境效应与经济效益分析

2.1棉花秸秆处理的环境外部效应

目前巴州区域棉花秸秆多用作家庭柴火资源直接燃烧，也有部分采用露天直接焚烧的方式进行处理。由于棉花秸秆还田作业要花费一定的加工成本，需要进行粉碎等加工过程，因此大多数种植户采取了燃料焚烧和野外焚烧。根据棉花秸秆焚烧过程排放物的当量分析（每吨棉花秸秆燃烧可排放一氧化碳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以及固体颗粒物320kg），结合历年棉花秸秆量可以算出2010-2020年巴州棉花秸秆燃烧处理的各年排放物量（见表1）。

由表1分析可知，2010-2020年巴州棉花秸秆燃烧的环境外部效应中一氧化碳，二氧化碳，固体颗粒物三种污染物排放量居高，排放量分别达77722吨、854810吨、216836吨。2010-2020年巴州棉秆燃烧主要污染物排放量整体呈上升趋势发展，其中二氧化碳、固体颗粒物和一氧化碳上升趋势较为明显，其他主要污染物排放量上升趋势相对缓和。综上所述，2010-2020年巴州环境外部效应中因棉秆燃烧产生主要污染物排放量不断上升，加剧对当地的环境污染，破坏生态平衡;同时危害人民身心健康，影响人们正常的生活。

2.2环境经济效益分析

表1给出的主要排放物量值可以等效认为是各年度由于棉花秸秆燃烧而形成的环境负荷，这些环境负荷的修复需要由表2给出的最小修复成本，如果进行棉花秸秆的产业化和资源化利用，可以认为这些燃烧排放物基本消除，相当于节约了环境修复成本并等价形成了环境经济效益，本文将其定义为环境经济效益，体现了由于环境修复成本的等量减少而节约的经济支出。根据不同污染种类其环境负荷的修复成本有所不同，表2给出了棉秆燃烧主要污染物的单位环境负荷的修复成本。

由表2得出，棉秆燃烧主要污染物单位环境修复成本中，一氧化碳为1200元/吨、二氧化碳300元/吨、一氧化氮1200元/吨、二氧化氮700元/吨和氮氧化物600元/吨以及固体颗粒物300元/吨。巴州各市县因地理分布不同，水资源条件存在差异，棉花产量差异较为明显，则棉秆产量也存在明显差异，其区域间棉秆燃烧环境负荷的修复成本也有所区别。这里假设2010年开始形成的环境负荷都借助棉秆的产业化利用而能够消除，测巴州各市县从2010年到2020年的各年度，由于棉秆产业化利用而形成的环境经济效益可由表3表示。

由表3数据分析可知，2010-2020年间，巴州各市县棉秆产业化利用的环境经济效益中，库尔勒市、轮台县、尉犁县和直属农场平均环境经济效益明显。在此假设2020年后该四县市各年至少保持相同棉花产量并实现棉秆产业化利用，则其每年的环境经济效益分别可达到9881、9160、11546和7709万元，接近四亿元，可见其环境经济效益十分明显，同时说明棉花秸秆产业化利用的重要性。趋势图分析显示，2010-2020年巴州各市县棉秆燃烧的环境负荷也使其经济效益呈上升趋势，其中以库尔勒市、轮台县、尉犁县和直属农场较为明显，其它县发展趋势较为平缓。通过上述得出结论，2010-2020年巴州各市县中库尔勒市、轮台县、尉犁县和直属农场棉秆燃烧的环境负荷修复成本较大、其它县修复成本相对较小，这也说明上述四市县污染较为严重，环境修复问题较为突出。

3巴州棉花产业可持续发展方式分析

从我国宏观经济发展的需要分析，棉花秸秆回收综合利用，符合国家低碳循环化发展理念，能够为我国早日实现碳排放达标贡献力量。棉花秸秆及其他农业秸秆的产业化利用适应我国重要农业产区的生产可持续发展以及关联产业的共同发展，有利于加快大区域经济的协同发展并促进绿色经济占比。从当地微观经济需求并结合秸秆产业化条件分析，巴州棉花种植要实现可持续发展就必须首先解决棉花秸秆的环境污染问题，而解决污染问题的优化途径就是实现棉花秸秆的产业化和资源化利用，变废为宝，消除其环境外部效应，要改变棉花秸秆利用和处理方式，立足于生态环境保护理念，通过产业化利用提高棉秆资源利用率。产业化利用的产品选择需要根据区域对产品的需要确定，尽量延伸产业规模和产业链。就目前巴州情况而言，棉花秸秆的家庭能源、畜牧饲料和生物制药方面的需求较大，家庭燃料问题是南疆农民长期以来有待解决的重要问题，而畜牧业和生物产业是巴州支柱型产业，棉秆产业化利用首先需要考虑这三个方面的产品生产，以下分别加以说明。

3.1棉花秸秆的工业资源化利用

棉花秸秆含有丰富的天然纤维素纤维，生物降解性好，可替代木材用于造纸业、板材生产、工艺品制作、活性炭生产;也可替代粮食生产木糖醇等产品，其工业资源化的应用前景十分看好。在工业资源化利用过程中很容易形成以点带面的格局，通过产业化利用方式将棉花秸秆的产业化利用与其他农作物秸秆的产业化利用相结合，形成更加宽泛的农业秸秆再利用模式，巴州在这方面具有得天独厚的条件。例如;可以利用农作物秸秆产业化和规模化利用方式，有效代替依赖博湖芦苇造纸的传统，逐步向农业秸秆造纸模式发展，生产一吨纸比传统化学法节约清水近100吨。从棉花秸秆的转换产品类型分析，巴州需要根据区域特点，在农作物秸秆工业资源化利用中需要选择水资源消耗较少的产品，如传统工艺品等产业，要充分考虑以畜牧饲料业和家庭能源以及生物有机肥制造业为主，延伸生产过程的产业链衔接，实现棉花秸秆的工业资源化利用的优化。

3.2棉花秸秆的饲料资源化利用

棉花秸秆的生物化利用方式很多，由于全新疆棉花种植规模2021年达到247.9万公顷（3718万亩），巴州达到26.7万公顷（400万亩）左右，棉花秸秆的生物化利用前景十分广阔。根据巴州当前经济发展的综合需要，一方面可以通过秸秆生物化生产畜牧饲料：由于棉花秸秆含有丰富的营养物质，4吨秸秆的营养价值相当于1吨粮食，可为畜牧业持续发展提供物质保障;巴州不仅是棉花秸秆资源丰富产区，也是的牛、马和羊等主要畜牧业养殖区域，对饲料的需求较大，要有意识的鼓励各类养殖戶利用棉花秸秆饲料，产业化加工过程中尽量生产耗水量较小的饲料产品（如颗粒型饲料产品）。另一方面可以大力发展棉花秸秆基料化利用，利用棉花秸秆栽培食用菌，将有利于促进当地农业生态平衡，加快建设高效生态的现代农业。棉花秸秆的饲料化应用途径多、用水量较小，比较适合新疆南疆片区、特别是巴州地区的经济建设需要。

3.3棉花秸秆的能源资源化利用

新疆的能源分布十分不均匀，煤炭等重要能源资源主要分布于新疆北疆片区和部分东疆地区，南疆片区煤炭分布十分稀少。虽然塔里木盆地中的塔克拉玛干沙漠石油和天然气分布较为丰富，但需要国家层面的大规模开发且开发成本较高。近年来在国家支持和新疆政府的努力下，新疆所有乡镇和农村都解决了家庭燃料用能问题。但从资源有限性和环境外部效应分析，一方面是能源分布匮乏和开发成本以及环境脆弱的现实，另一方面是大量的农业秸秆资源未被有效利用，形成资源浪费和巨大环境负荷，也导致农民身体健康问题。因此利用大量存在的棉花秸秆和其他农业秸秆，构建清洁型家庭能源利用模式就显得十分重要，对当前发展和未来可持续发展都具有重要的现实意义。研究表明，棉花秸秆作为一种重要的生物质资源，其能源转换效益十分显著，仅2吨棉花秸秆的能源化热值就可以替代1吨标准煤的热值，如果在巴州推广棉花秸秆的能源化利用可有效地减少当地一次能源消耗，其环境效益十分显著。

4结束语

本文研究表明;当前棉花秸秆的燃烧处理会产生较为严重的环境负荷，而其相应的环境经济效益也十分可观，棉花秸秆的产业资源化利用能够产生多种加工产品，不仅能够开拓可观的经济价值、也能够形成棉花秸秆资源的循环利用，为棉花种植业的可持续发展奠定了良好的基础。下一步将重点研究产业化基地的建设，并根据产业基地建设区域的水资源特性确定产品，着重开发能源和生物以及饲料产品，最终目标是将全疆247万多公顷（3700多万亩）棉花秸秆进行产业资源化利用。

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