新疆南疆地区农林生物质资源分布与利用研究

高 倩 ，周 岭 ※，张红美 ，王亚梅 ，吴平凡

（1.塔里木大学机械电气化工程学院，新疆阿拉尔843300；2.新疆维吾尔自治区普通高等学校现代农业工程重点实验室）

0 引言

由于自然和人为的因素，新疆南疆地区的生态环境极其脆弱，生物质资源利用方式较为落后，不合理的利用方式加重了生态环境的破坏。查阅2018 年新疆维吾尔自治区年鉴，人年均生活消耗能源量为622 kg 标准煤/人，充分利用生物质能可以缓解能源短缺的困境。新疆南疆地区独特的地域特点和气候特征形成了特殊的农业类型，农作物种类较多，且分布广泛，经济作物主要以棉花为主，粮食作物主要有小麦、玉米、水稻等，仅这四种种植面积最大的农作物秸秆资源量就有1 893.34 万t/年，折标能源量为497.98 万 t/年，人均 365.05 kg 标准煤/人；南疆地区的水（干）果全国闻名，阿克苏地区种植的苹果、库尔勒地区种植的香梨、喀什地区种植的核桃、和田地区种植的红枣，使得南疆地区有着非常充足的果树残枝资源。种植面积最大的红枣树、核桃树、杏树、梨树和苹果树残枝资源量为173.93 万t/年，折标能源量为88.07 万t/年，人均71.76kg 标准煤/人。南疆地区少数民族人口居多，牛、羊养殖较为广泛，牛、羊、猪三种粪便资源量为4 468.33 万t/年，可收集量为3 725.14 万t/年。作为一种可再生资源，南疆地区的生物质资源具有来源丰富、种类多、分布广的优势，但是却存在着浪费严重、利用形式单一、收集运输成本高、各地区生物质资源量和种类差异大、产业化程度低等问题。生物质资源化利用是农业供给侧结构性改革的重要举措，合理开发利用生物质资源，不仅具有经济效益、社会效益，还具有显著的生态效益。国内有不少学者采用科学的算法对个别地区生物质资源量进行了估算，但专门针对新疆南疆地区农林生物质资源分布与利用的研究较少。科学开发利用农林生物质资源能够促进南疆各地区经济的发展，通过对各地区调研，准确掌握了农林生物质资源的储量分布与利用情况，为南疆生物质资源化利用后续研究提供调研基础，对南疆各地区调整产业结构和可持续发展提供决策依据。

1 方法与过程

1.1 研究区域

本文选择阿克苏地区、巴音郭楞蒙古自治州（以下简称巴州）、喀什地区、和田地区和克孜勒苏柯尔克孜自治州（以下简称克州），兵团第一师阿拉尔市、第二师铁门关市、第三师图木舒克市和第十四师昆玉市作为研究区域。

1.2 研究方法

1.2.1 文献研究法

通过查阅新疆维吾尔自治区和新疆生产建设兵团的农业统计年鉴，进行数据统计、计算和分析。为了确保数据的稳定性，取2014~2018 年五年均值作为数据支撑。

以楚天舒[1]、石祖梁[2]等学者对生物质资源的估算方法作为参考，依照李项项[3]对新疆生物质资源的研究，取主要农作物草谷比、可收集系数、折标能源系数；主要果树残枝产柴量、可收集系数、折标能源系数和主要禽畜年排泄量、可收集系数、折标能源系数等参数，估算出南疆各地区农林生物质的资源量。

1.2.2 实地考察法

2019 年 11 月 16 日-2020 年 1 月 8 日期间，随机选取南疆各地区的9 个村、6 个连（新疆生产建设兵团）及3 家生物质相关企业进行实地走访或电话访问，对各地区农民、农业技术人员、企业技术人员面对面访谈26 余次，电话访问8 次。表1 是各地区调研形式、对象、年龄结构及文化程度一览表，表中字母代表南疆各地区，A（兵团第一师）、B（兵团第二师）、C（兵团第三师）、D（兵团十四师）、E（阿克苏地区）、F（巴州）、G（喀什地区）、H（和田地区）、M（克州）。

1.2.3 问卷调查法

采用网络问卷的方式，在各个地区随机选择100名农民参与问卷，共收到有效问卷100 份。问卷共设置了19 个问题，其中基本情况调查6 题、资源利用调查10 题、政策宣传调查1 题、存在困难调查2 题。

1.3 统计方法

1.3.1 农作物秸秆资源量计算方法

利用草谷比法计算出农作物资源量，农作物秸秆资源量=农作物产量×草谷比；农作物秸秆可收集资源量=农作物产量×草谷比×可收集系数；农作物秸秆折标能源量=农作物产量×草谷比×可收集系数×折标系数。

1.3.2 果树残枝资源量计算方法

利用林果木规模面积估算果树残枝资源量，果树残枝资源量=果树种植面积×产柴量；果树残枝可收集资源量=果树种植面积×产柴量×可收集系数；果树残枝折标能源量=果树种植面积×产柴量×可收集系数×折标系数。

1.3.3 禽畜粪便资源量计算方法

利用不同禽畜年排泄量估算禽畜粪便资源量，粪便资源量=年底存栏量×年排泄量；粪便可收集资源量=年底存栏量×年排泄量×可收集系数；粪便资源折标能源量=年底存栏量×年排泄量×可收集系数×折标能源系数。

2 结果与分析

2.1 南疆地区生物质资源量及分布情况

2.1.1 农作物秸秆资源量及分布情况

图1 为2013~2017 年主要农作物秸秆资源情况，从图中可以看出南疆各地区农作物秸秆资源非常充足，其中棉花秸秆资源最多，其次是玉米和小麦，水稻的秸秆资源量相对较少。经过计算得出，南疆各地区棉花秸秆资源总量约为785.44 万t/年，可收集资源量约为392.72 万t/年；玉米秸秆资源总量约为683.99 万t/年，可收集资源量约为342.01 万t/年；小麦秸秆资源总量约为386.01 万t/年，可收集资源量约为193.01 万t/年；由于南疆各地区极端干燥，不适合水稻的种植，水稻的秸秆资源总量约为37.92 万t/年，可收集资源量约为18.96万t/年。

图1 南疆近五年主要农作物秸秆资源量

图2 是近五年南疆各地区主要农作物秸秆资源量，从图中可以看出各个地区的资源量分布情况，其中E（阿克苏地区）、G（喀什地区）、F（巴州）和A（兵团第一师）的棉花秸秆资源量最为充足；G（喀什地区）、H（和田地区）和E（阿克苏地区）的小麦秸秆和玉米秸秆较为充足。B(兵团第二师)、C（兵团第三师）、D（兵团第十四师）和 M（克州）由于地理位置和占地面积的原因，与其他几个地区相比秸秆资源量相对较少。

图2 南疆各地区主要农作物秸秆可收集资源量（五年均值）

2.1.2 果树残枝资源量及分布情况

南疆各地区果树（含坚果树）种植面积较大，五年平均为712.29 khm2，占全疆的76.7%，其中红枣树种植面积约为450.62 khm2，占全疆的92.11%；核桃树种植面积约为361.02 khm2，占全疆的95.16%；杏树种植面积约为106.5 khm2,占全疆的83.76%；梨树种植面积约为70.10 khm2，占全疆的94.2%；苹果树种植面积约为34.11 khm2，占全疆的55.28%。

从图3 可以看出，南疆地区的果树残枝资源量由多到少为T1（红枣树）、T5（核桃树）、T4（杏树）、T3（梨树）和T2（苹果树），通过计算得出资源量分别为81.11 万t/年、63.36 万 t/年、14.91 万 t/年、9.80 万 t/年、4.74 万 t/年，可收集资源量为 71.38 万 t/年、55.76 万 t/年、13.2 万 t/年、8.58万 t/年、4.17 万 t/年，折标能源量为 40.69 万 t/年、32.59 万t/年、7.48 万 t/年、4.92 万 t/年、2.40 万 t/年。南疆各地区的果树（含坚果树）种植结构存在着较显著的地域差异，各地区果树残枝可利用资源量略有不同。

图3 南疆地区近五年主要果蔬残枝资源量

从图4 可以看出，T1（红枣树）残枝量最丰富的是G（喀什地区）、E（阿克苏地区）、H（和田地区）和A（兵团一师），T5（核桃树）残枝量和T4（杏树）残枝量最丰富的是G（喀什地区）、H（和田地区）和E（阿克苏地区），T3（梨树）残枝量最丰富的地区是F（巴州）、B（兵团第二师）和E（阿克苏地区），T2（苹果树）残枝量最丰富的是E（阿克苏地区）和A（兵团第一师）。

图4 南疆各地区果蔬残枝可收集资源量（五年均值）

2.1.3 禽畜粪便资源量及分布情况

由于南疆地区是少数民族的聚集地，维吾尔族、哈萨克族、蒙古族等少数民族都有家养禽畜的习惯，因此南疆地区在禽畜养殖上与其他地区略有不同。南疆各地区禽畜年底存栏五年平均为2 637.01 万头（只）/年，其中牛年底存栏数约为181.97 万头/年，羊年底存栏数约为2 265.25 万只/年，猪年底存栏数约为112.94 万头/年，仅这三种牲畜占了所有禽畜存栏数的97.08%。

图5 南疆地区近五年主要禽畜粪便资源量

图5 能够反映出南疆地区粪便资源量最多的是牛，其次是羊和猪。尽管羊的年底存栏量较多，但是羊是放养牲畜，粪便的收集难度与牛粪相比较困难，牛与羊相比，排泄物相对较多，因此牛粪资源量最丰富，约为2 762.97 万t/年，因可收集系数为1，可收集资源量也为2 762.97 万t/年；羊粪资源量约为1431.64 万t/年，可收集资源量约为715.82 万t/年；南疆各地区猪的养殖规模较小，猪粪便量约为273.72 万t/年，可收集资源量约为246.35 万t/年，也具有一定的利用价值。

从图6 可以看出各个地区粪便资源的地域分布情况，G（喀什地区）、E（阿克苏地区）、H（和田地区）、M（克州）和F（巴州）拥有的牛粪和羊粪资源量较多，H（和田地区）、M（克州）和D（兵团十四师）的猪粪资源量相对较少，其他地区的各类粪便资源量无较大差异。

图6 南疆地区禽畜粪便可收集资源量（五年均值）

2.2 生物质资源化利用企业数量及分布情况

按照不完全统计，南疆各地区共有生物质资源化利用的相关企业127 家，占全疆总数的36.60%，从事电力、热力、燃气及水生产和供应业的生物质资源化利用企业有8 家，占总数的6.3%；从事科学研究和技术服务业的生物质资源化利用企业有12 家，占总数的9.4%；从事生物质产品制造业的生物质资源化利用企业有29 家，占总数的22.8%；而从事批发零售业的生物质资源化利用企业约有65 家，占总数的51.2%。由此可见，南疆各地区生物质资源利用的企业产业结构较落后，涉及科研与技术创新的企业较少，大部分以原始低端产业为主，企业竞争力较低。

2.3 生物质资源主要利用方式

2.3.1 农作物秸秆资源的主要利用方式

南疆各地区的棉花秸秆以粉碎还田为主，其中大部分在秋冬季棉花收获之后粉碎还田，剩余部分供牛羊啃食之后在第二年春耕前粉碎还田。玉米、小麦和水稻等粮食作物的秸秆多用作禽畜的饲料，南疆地区经济较为落后，农民将秸秆收回家直接充当饲料。在阿克苏地区、喀什地区和兵团第一师均见到农民将秸秆作为添加剂添加在禽畜粪便堆肥的堆体里，但是秸秆长短不一，添加比例和湿度控制等都存在一定的问题。在100 份问卷中，仅有16%的农民曾经将少量秸秆堆置在田边地头或者进行焚烧处理。

2.3.2 果树残枝资源的主要利用方式

通过实地调研了解到，果树一般在果实采摘后的初冬和果树发芽前的初春进行剪枝，在调研的过程中发现每个地区都有焚烧果树残枝的情况，果树残枝资源利用率最低，浪费最为严重。南疆地区有国能生物质发电2 家（阿瓦提和巴楚）分公司，能消耗企业附近两百公里以内的生物质，主要以果树残枝为主，每家企业的年消耗为15 万t。南疆各地区的生物质炭制备都处于低级阶段，仅将果树残枝在无氧或缺氧条件下高温裂解成黑色块状固体炭，主要通过批发零售业卖至果木烤鸭、烧烤、烤肉等食品加工行业中。南疆各地区食用菌养殖户生产条件简陋，经营规模普遍较小，生物质做食用菌培养基的利用率较低。100 份问卷中52%的种植户曾将剪下来的果树残枝进行焚烧处理，37%的种植户经常将果树残枝进行路边堆放处理。

2.3.3 禽畜粪便资源的主要利用方式

南疆少数民族家庭牲畜养殖规模小，实地调研了解到，在政府相关部门的宣传下，80%的养殖户能够把禽畜粪便做简单的堆肥处理，然后作为肥料施入地里。在阿克苏地区的喀拉塔村、克州地区的阿扎克乡、喀什地区的乌吉热克乡、和田的墨玉县和224 团均见到果园周边用薄膜覆盖的小型规模的堆肥堆体。但是大部分农民对堆肥技术的掌握还存在问题，比如秸秆和粪便添加比例不合适、堆体湿度控制不够科学等问题。在和田和喀什地区的个别村庄均见到小型的沼气发酵池，对禽畜粪便进行深度厌氧发酵后作为肥料使用。在100 份问卷中，有7%的农户家里有沼气池。通过与养殖户实地访谈，了解到政府部门对沼气技术的推广较为重视，但由于沼气技术在南疆各地区还处于初级发展阶段，因此目前还未取得较好的效果。

3 结论及讨论

近几年国家加大了对南疆地区的扶持力度，并制定了许多优惠政策，但是由于南疆地区地广人稀，农民的受教育程度相对较低，整体开发利用水平落后等因素，生物质资源化利用仍处于初级阶段。

3.1 存在的问题及原因

3.1.1 对生物质资源化利用认识不够

在南疆各地的农村均见到路边或地头有秸秆和果树残枝焚烧的现象，农民的法律意识和环保意识淡薄，主要原因是南疆各地区的少数民族农民占比较多，他们普遍文化程度偏低，有的还存在着语言交流障碍，未意识到秸秆焚烧对生态环境的严重影响[4]。另一个原因是政府宣传相关法律知识力度不够[5]，采取的措施不到位，提供专业化服务的资源不足。

3.1.2 利用形式原始，普遍利用率较低

南疆各地区的棉花秸秆以粉碎还田为主，玉米秸秆、水稻和小麦等粮食作物的秸秆主要作为禽畜的饲料，集中养殖的禽畜粪便基本被果农收购用于果树的施肥或用于有机肥的加工，而经过剪枝得到的果树残枝仅有40%左右作为发电的原料或者做成生物炭，直焚只利用了热能，浪费了其中的营养成分。导致利用率低的主要原因是生物质资源化利用形式落后，缺少专业的研究机构，缺乏创新精神，对其主要利用途径认识不足，对能够产生的效益没有科学的认识。

3.1.3 科学技术应用少，没有形成产学研合力

南疆地区生物质资源化利用起步较晚，企业数量少规模小，产业结构单一，缺少核心技术，没有形成产学研合力。技术发展和市场需求不匹配，未形成绿色、低碳的战略性新型产业体系，导致市场竞争力偏弱。

3.1.4 收集难度大，运输成本高

南疆各地区收集秸秆和果树残枝的人员相对较少，部分生物质企业需求量较大，在企业周边的乡镇成立了农村合作社，把农民收来的农林生物质资源进行初加工后再卖给生物质企业。由于缺少专业化的收储队伍，农民在收集的过程中投入时间和劳力，机械化程度偏低，再加上运输成本，使得利润偏低，导致农民缺乏积极性[6]。

3.2 建议

南疆地区生物质资源高效合理地利用，需要政府、科研单位、企业和农民四方共同努力。

3.2.1 政府方面

（1）加强宣传，科学管理。应加大生物质资源化利用的相关宣传，在农闲时开展生物质资源利用法律法规和相关技术的培训班，科学有序地组织管理，严格落实相关制度，鼓励农民积极参与，整体提高农民素质。平时利用广播、电视等多媒体设备和横幅等宣传方式提高农民的生物质资源化利用意识，加强监督和管理工作，减少以及杜绝焚烧秸秆的现象。

（2）配套政策，制定标准。相关设施的利用率较低，导致收集效果不够理想。应当建立配套的政策[7]，根据各地区资源分布与交通情况开办农业合作社或者集中收集站，培养专业的收储队伍，减少收集生物质资源的成本，适当给予农民一定的财政补贴，鼓励农民积极参与进去。

（3）提供服务，提高技能。应当提供农技咨询服务，提高农民农业技能的同时指导农民积极创新，深入挖掘生物质资源化利用方式，从根本上解决因无知造成的资源浪费。

3.2.2 科研单位方面

（1）建立产学研深度融合技术创新体系。塔里木大学机械电气化学院生物质资源化利用实验室多年来一直致力于生物质资源化利用方面的研究[8-10]，今后将从研究突破、产学研合作、技术成果转让等途径将已经成熟的技术推向市场，以市场为导向，与企业共同成立研究中心，开发更加适合南疆地区的技术和产品。

（2）做好技术推广服务。利用寒暑假期开展送生物质资源化利用先进技术下乡等活动，不仅能够帮助农民提高资源化利用意识，还能深入农村了解当地的情况，研究出适应市场需求的产品与技术。

3.2.3 企业方面

（1）因地制宜，根据实际情况调整产业结构。南疆各地区生物质资源利用的企业数量较少，分布也很分散，应当根据各地区生物质资源的资源量和分布情况，开办不同规模、不同产品的企业。喀什地区的农作物秸秆资源居南疆最高，主要以粮食作物为主，可作为禽畜的饲料、好氧堆肥、制成食用菌栽培基质[11]和作为燃料能源加以利用；兵团第一师以棉花秸秆资源为主，占所有农作物秸秆资源的96%，建议将其炭化还田，这样不仅可以改良土壤，还可以达到增产的效果[12]。果树残枝可以将其制成生物质炭，为南疆的特色小吃馕、烤鸭、烧烤等提供优质的能源；果木中含有较多的纤维素，强度、韧性等比秸秆好，也可制作成各类木质的工艺品或者无机人造板[13]等；果树残枝还可制成工业乙醇[14]或者用于土肥资源化利用[15]，这样不仅能减少二氧化碳的排放，还能够缓解世界燃料危机的现状。禽畜的粪便除了可以堆肥外，还可用作沼气发电，将沼渣和沼液处理还田，以提高禽畜粪便资源的利用率。

（2）加强生物质资源化利用的研发工作。当前南疆各地区的生物质企业产业结构单一，企业应当加强生物质资源化利用的研发工作，充分研究生物质资源的基础特性，寻找更有效的利用方式，增加产品的价值与扩大市场，以达到增加经济收入的目的。

3.2.4 农民方面

（1）加强学习，提高认识。通过学习相关法律法规，不断提高认识，同时带动身边的人保护环境，增强生物质资源可再生利用意识。通过学习相关技术，提高生物质资源的利用率，减少浪费。

（2）抓住机遇，积极创业。农民创业是减贫致富的有效手段。南疆是国家确定的深度扶贫地区之一，农民们可以就地取材，按照当地的实际情况创立生物质资源化利用的企业，提升收入，同时保护环境。