近20年来新疆农作物秸秆资源量变化、现状分析及综合利用探讨*

凌一波，薛颖昊，王家平，胡一民，张若宇

（1.新疆维吾尔自治区农村能源工作站，乌鲁木齐 830049；2.农业农村部农业生态与资源保护总站，北京 100125；3.石河子大学农学院，新疆石河子 832000；4.中国农业大学国家农业科技战略研究院，北京 100193；5.石河子大学机械电气工程学院，新疆石河子 832000）

0 引言

治理农业农村污染是深入打好污染防治攻坚战的重要任务，是实施乡村振兴战略的重要举措，对推动农业农村绿色低碳发展、加强农村生态文明建设具有重要意义[1]。农业废弃物是农业生产过程中产生的残余物质[2]，作为主要废弃物之一[3]，秸秆是除籽粒等收获器官外的植株地上部分，具有纤维素、碳、氮、矿物质、维生素等营养物质高且硫含量低的特性[4]，其利用过程能实现碳平衡[5]，提高秸秆综合利用水平，不仅是破解农业面源污染，强化畜牧业饲草料保障[6]，实现农业循环发展的现实需要[7]，也是加快能源结构清洁化进程、实现“碳达峰、碳中和”远景目标的有效手段[8,9]。

新疆地处我国西北边陲，总面积166.49万km2，耕地面积524.229万hm2，粮食、棉花等主要农作物产量分别达1 492.55万t和511.10万t[10]，秸秆等农业废弃物资源储量较高。近年来，新疆地方政府在秸秆资源利用方面开展了大量的工作[11]，在种养结合、农家肥沤制、秸秆能源化工程建设等方面示范成效良好。目前新疆秸秆利用量达2 704.14万t，综合利用率约86.48%[12]，但受社会、经济、技术等多方面的限制，秸秆资源化开发深度不足，浪费依然严重，秸秆露天焚烧现象时有发生[13]，造成了环境、经济、社会效益的多重损失。文章梳理并分析近20年新疆主要农作物秸秆资源变化特性，以及秸秆资源分布、密度、丰度等情况，总结现阶段农作物秸秆综合利用现状与成效，并给出下阶段新疆农作物秸秆资源高质利用的建议与展望，以期为更好推动相关工作提供数据支撑与决策参考。

1 新疆农作物秸秆资源概况

1.1 数据来源及分析方法

农作物秸秆资源量采用谷草比估算法[14-16]。其中单位播种面积资源量单位为t/hm2，SP为主要农作物播种面积，单位为hm2；人均秸秆资源占有量单位为kg/人，P为某一地区乡村人口数量。该研究所使用的人口数、主要农作物播种面积、主要农作物产量数据均源自《新疆统计年鉴—2019》，部分数据采用历年工作调查积累数据。

1.2 近20年来新疆主要农作物秸秆资源量变化

2000—2018 年新疆主要农作物秸秆资源量由1 586.5万t增加到3 449.0万t（图1）。从变化趋势来看，新疆棉花秸秆资源量在2005年后迎来“两次”大幅增长。第一次是2005—2008年，秸秆资源量4年间从538.2万t增加至841.6万t，后由于种植结构调整等因素[17]，2010年棉花种植面积回落至154.0万hm2，当年秸秆资源量为759.9万t。2011年后，“矮、密、早”模式与覆膜栽培技术推广不断成熟[18-20]，新疆棉花种植面积持续扩大至2018年的249.1万hm2，单产从2000年1.5t/hm2提高到2018年2.1t/hm2，秸秆资源量达1 405.5万t。2000—2018年生产成本增加等因素导致新疆粮食作物种植结构不稳定[21-23]，玉米、小麦种植规模呈波动上升趋势。2000—2008年小麦优势地位相较玉米略有下降，种植规模在2009年后稳定在100万～120万hm2，秸秆资源量从2000年的393.6万t增加到2018年的554.7万t。玉米种植面积2000年仅38.3万hm2，2018年达到103.3万hm2，当年秸秆资源量902.1万t，增长率为177.5%，其中2015年达到峰值1 188.4万t。

图1 2000—2018年新疆主要农作物秸秆资源量变化

1.3 新疆农作物秸秆资源总量与构成

新疆主要农作物秸秆理论资源量达4 041.98万t（表1），其中新疆维吾尔自治区3 126.80万t，新疆生产建设兵团915.20万t。从区域分布来看，喀什、阿克苏、塔城、伊犁州直属县市和昌吉州秸秆资源量较大，5地合计占比达75.75%，乌鲁木齐、克拉玛依、吐鲁番、哈密4地秸秆资源量较小，均不足1%。从种类构成看，以玉米、棉花、小麦秸秆为主，瓜蔓、蔬菜残渣、稻秆等农副产品在部分区域具有一定比重。玉米、棉花、小麦秸秆分别为1 071.06万t、932.25万t和587.81万t，3种作物秸秆占比达82.87%。玉米秸秆主要分布在塔城地区、伊犁州直、喀什地区、昌吉州，合计786.38万t。棉花秸秆主要分布在阿克苏、喀什、巴州、塔城，合计753.19万t。小麦秸秆主要分布在喀什、阿克苏、昌吉州、伊犁州直，合计414.53万t。吐鲁番市果用瓜秸秆占当地总量的41.15%。巴州、喀什、昌吉等地具有一定量的蔬菜残渣。水稻秸秆主要集中在伊犁州直和阿克苏，分别为14.15万t和13.89万t。阿勒泰向日葵秸秆达57.49万t。新疆生产建设兵团棉花秸秆总量464.48万t，占兵团秸秆总量的50.75%，玉米、小麦秸秆合计219.81万t，有一定量的薯类、葵花、水稻、油菜秸秆和蔬菜残渣等。

表1 新疆各地(州、市)及新疆生产建设兵团农作物秸秆理论资源量 万t

1.4 新疆农作物秸秆资源丰度

新疆人均农作物秸秆资源占有量为2 416.67kg/人（图2）。克拉玛依、塔城、博州、昌吉州、巴州人均秸秆占有量分别为39 066.55、8 489.85、4 938.42、4 661.15和4 410.60kg/人，均高于全疆平均水平50%，属秸秆资源丰富区。阿克苏、阿勒泰人均秸秆占有量分别为2 995.26和2 663.99kg/人，介于全疆平均水平之间，为资源一般区。乌鲁木齐、吐鲁番、哈密、伊犁州直、克州、喀什、和田秸秆人均占有量均未达到平均水平，为资源贫乏区。新疆生产建设兵团人均秸秆占有量为 2 946.96 kg/人。

图2 新疆各地（州、市）及新疆生产建设兵团主要农作物秸秆资源人均占有量

1.5 新疆农作物秸秆资源密度

新疆主要农作物单位播种面积秸秆资源量为7.08t/hm2（图3）,乌鲁木齐、伊犁州直、塔城地区、博州、阿勒泰地区、昌吉州单位播种面积秸秆资源量分别为10.02、9.13、8.87、8.49、8.16和8.10t/hm2高于全疆平均水平，为秸秆分布集中区，其余地区单位播种面积秸秆资源量均未达到全疆平均水平，为秸秆分布分散区。新疆生产建设兵团单位播种面积秸秆资源量7.82t/hm2。

图3 新疆各地（州、市）及新疆生产建设兵团主要农作物秸秆资源密度

2 新疆农作物秸秆利用现状

2.1 新疆农作物秸秆利用现状与成效

2.1.1 秸秆肥料化利用现状与成效

推动秸秆肥料化利用是提升新疆土地资源可持续性、改善农业面源污染、提升土壤质量的有效途径[24-31]，目前新疆农作物秸秆总养分量达58.5万t，占总有机肥源的21.33%，理论可替代N、P2O5、K20达21.2万t、65.5万t和30.8万t，昌吉、喀什、塔城等地秸秆肥料化优势度相对较高[32]。新疆小麦、玉米秸秆还田率分别为49%和36.5%[33]，钾肥替代潜力分别达10.6和15.6 kg/hm2[34]，氮肥替代能力分别达22.2kg/hm2和55.4 kg/hm2[35]。近年新疆积极开展商品化有机肥生产、规模化秸秆粉碎沤肥配套机械设备应用，推动市场化主体年秸秆肥料化利用约4万t。农户在田间地头兴修简易秸秆沤肥池，年秸秆肥料化利用能力可达160万t，利用量是规模化市场主体近40倍，有效扩大了秸秆肥料化利用成果。随着农机合作社不断发展，新疆每年约1 194万t秸秆直接还田，占秸秆总利用量的44%，这其中约730万t为棉花秸秆，棉花秸秆直接还田量占棉花秸秆总量的52%[36,37]以上，有效缓解了棉花秸秆处理难题。

2.1.2 秸秆饲料化利用现状与成效

当下新疆农作物秸秆饲料化利用呈“一高一低”特征，“一高”即农作物秸秆饲料化利用率高，达53%[38]，高于全国平均水平22个百分点，秸秆饲料化推广程度高；“一低”即农作物秸秆饲料化满足度低，仅50%，远低于134.43%的全国平均水平[39]，秸秆饲料缺口问题会长期存在[40]。近年来新疆将推动秸秆饲料化建设作为农业结构调整的重要举措，扶持秸秆青（黄）贮等饲料专业化生产示范建设，保障畜牧养殖的饲料供给。据统计，全区每年玉米、小麦秸秆饲料化利用量约1 077万t，占秸秆饲料化利用总量的87%，推动伊犁州每年286万t农作物秸秆饲料化利用，有效推进了当地传统草原畜牧业向农区畜牧业转型，推动喀什、和田等贫困集中发生地区627万t农作物秸秆饲料化利用，持续推进当地农区畜牧业提质增效。

2.1.3 秸秆燃料化利用现状与成效

当下新疆棉花秸秆燃料化利用水平不高，燃料化利用仅不足60万t，以打捆直燃和生物质燃料颗粒为重点，推广棉花秸秆燃料化在新疆前景广阔。目前阿瓦提、巴楚等县已使用棉花秸秆进行直燃发电，每年大约消耗棉花秸秆10万t，经济效益良好[41,42]。呼图壁县试点棉花秸秆生物质颗粒燃料年产5万t示范项目成功。

2.1.4 秸秆基料化、材料化利用现状与成效

阿克苏库车县、伊犁州特克斯县等地已开展小规模食用菌基料生产建设，年消纳能力约1.5万t，总体看秸秆基料化加工仅占1.29%，加工能力亟待提升。棉花秸秆纤维长度和木质化程度与木材基本相当[43,44]，在板材开发上具有良好前景[45]，目前新疆在此领域仍是空白。

2.2 新疆农作物秸秆典型利用模式

自2019年新疆开展农作物秸秆综合利用整县推进试点以来，以农作物秸秆肥料化、饲料化、燃料化建设为抓手，围绕技术体系、工作体系和政策体系，探索了一批具有较高区域适宜性的秸秆综合利用技术模式，笔者在此简要梳理。详见表2。

2.3 现阶段新疆农作物秸秆利用存在的主要问题

2.3.1 政策配套不完善，联动机制缺乏

秸秆综合利用的推动与落地关键看地方配套政策，虽然国家层面出台多项促进农作物秸秆利用相关政策，但截止目前新疆仅在秸秆禁烧方面出台过落实文件[46]，且政策缺乏延续性，在产业发展、收储体系建设、技术研发推广、资金等方面政策保障缺位，发改、农业农村、科技、财政、环保等多部门分工明确、协同配合的政策体系、工作制度还未形成。

2.3.2 收储体系不健全，产业化程度不高

新疆虽然农作物秸秆资源总量高，但其可资源化利用密度低[47]，加之受制于秸秆利用主体以农户分散利用为主的特性，使得秸秆收集运输成本相对较高，规模化市场收运服务主体缺乏，秸秆收储运体系不完善。“大而散”的特性造成新疆农作物秸秆利用主体抵御市场风险能力较低，政—企、农—企利益联结机制不完善，宏观管理、生产体系、流通服务衔接不充分，产业化水平仍然很低[48]，整体投入产出效率低[49]，无法享受面向规模化主体相关补贴[50]。

2.3.3 技术模式有待提升，棉花秸秆难题亟待解决

具有较高区域适宜性的秸秆利用技术体系在新疆还不健全，新疆在秸秆饲料化、肥料化、燃料化方面技术集成与模式优化上仍不成熟[51-54]，在秸秆材料化利用领域依然空白。作为我国棉花主产区，新疆具有稳定且大量的棉花秸秆产出，然而受思想观念、成本效益、制度政策等影响，新疆棉花秸秆仍以直接粉碎还田等单一、低效途径处理，经济附加值低，资源浪费严重，棉花秸秆的资源属性亟需进一步挖掘。

3 结果与讨论

3.1 棉花秸秆是新疆农作物秸秆利用的卡点难点和主攻方向

近20年新疆棉花秸秆增幅较大且趋势稳定，加之近年来新疆农区畜牧业发展迅速，玉米、小麦秸秆利用率较高，且国内其他棉区种棉比较经济效益持续走低[55]，新疆将长期保持棉花秸秆资源的高产出，然而目前新疆棉花秸秆约52%直接还田，加工利用量仅1.29%[56]，处理形式单一、资源化利用水平低，资源化、商品化程度亟待提高[57,58]。新疆棉花秸秆的资源高产出与利用低水平现象将长期存在，棉花秸秆是新疆农作物秸秆综合利用的卡点难点和主攻方向。

3.2 新疆农作物秸秆资源总量大、种类多、分布广，具有良好的资源化开发潜力，同时存在诸多问题

新疆主要农作物秸秆资源丰富，理论资源量4 041.98万t，其中玉米、棉花、小麦秸秆合计81.04%，塔城地区、博州、昌吉州等地秸秆资源量较大且丰度、密度均较高，有助于降低开发成本，适宜加快完善收储运体系并建立大型秸秆资源化开发企业。新疆虽然在以秸秆为纽带推动草原畜牧业向农区畜牧业转型等方面取得一定成效，但仍然存在政策配套不完善、联动机制缺乏、收储体系不健全、技术模式有待提升等突出问题。

3.3 新疆秸秆饲料化、基料化发展具有现实需求，秸秆肥料产业化程度有待提高

虽然新疆形成了一批区域适宜性较高的秸秆饲料化利用典型模式，但由于新疆近年草场非平衡性特征明显[59]，草地承载力大幅下降[60]，农区已成为新疆畜牧业发展的重要区域[61]，秸秆饲料缺口问题将长期存在。同时新疆设施农业规模已超6万hm2[62]，但依然存在较大缺口，仅南疆就达90万t以上[63]，秸秆基料需求潜力巨大。瞄准解决农区畜牧业与设施蔬菜发展现实需求，结合区域实际，布局一批规模适度的产业建设，是回应实际需求，提升新疆农作物秸秆利用规模化、产业化的突破口。目前新疆农作物秸秆总养分量达58.5万t，占总有机肥源的21.33%，理论可替代N、P2O5、K20达21.2万t、65.5万t和30.8万t，然而秸秆肥料化利用多为农户自发分散积造方式，产业化程度有待提高。

4 建议与展望

4.1 完善配套政策支撑，优化区域收储运服务格局

充分整合环保、能源、畜牧、种养殖等领域利好政策，聚焦种植、收储运、销售等秸秆全产业链，在资金、税收、土地、技术、设备等多方面给予支持和引导，研究出台约束政策，“促”“禁”两抓，创新秸秆利用机制，搭建“政府—农户—企业—消费者”相互联系、相互制约的制度体系。尽快完善秸秆收储点建设，提升秸秆收储运综合服务，可在阿克苏、巴州等有一定产业基础、秸秆资源丰富的地区着力培育秸秆经纪人，打造一批由经纪人主导的“分散型”收储运模式，其余地区重点依托现有组织，完善秸秆收储运配套设施，布局一批区域收储站，打造“集中型”收储运模式，逐步形成“村有收储点、乡镇有收储中心”的体系格局。

4.2 改进秸秆利用技术模式，推进秸秆利用规模化产业化

瞄准回应新疆农区畜牧业、设施蔬菜发展需求与补齐棉花秸秆资源化利用短板，重点围绕棉花、玉米、小麦等主要农作物，在秸秆肥料化、饲料化、基料化、燃料化、材料化等领域集成推广一批规模适度、快速转化的“低成本、高效率”技术产业模式，逐步破解当下新疆农作物秸秆综合利用“小、散、低”的特点。强化政策支持，重点在塔城、博州、昌吉州等秸秆资源量较大且丰度、密度均较高的地区，加快完善收储运体系并建立大型秸秆资源化利用企业，其他区域可结合地方实际，在低成本前提下，建立少量小型秸秆资源化开发企业。

4.3 提升棉花秸秆燃料化水平，助力新疆农业农村“碳中和”

新疆能源总体丰富但分布不均[64]，特别是煤炭资源呈现北富南乏的特征[65]，南疆农村地区农户使用薪柴、秸秆等生物质能源的比例在70%以上[66]，然而燃烧热效率低，造成了能源大量浪费，存在能源匮乏与能源浪费共存的局面。当前新疆农村能源消费总量达860万t标准煤，其中煤炭约790万t[67]。作为我国棉花主产区，新疆年产棉花秸秆已达1 396万t以上，理论可替代标煤约900万t[68]，在阿克苏、喀什等棉花秸秆资源丰富但煤炭匮乏、替代能源成本高的农村地区大力试点棉花秸秆燃料化利用项目潜力巨大。