左旭;毕于运;王红彦;高春雨;王磊;王亚静
【摘 要】对棉花草谷比进行系统考证,科学估算和评价我国棉秆资源量及其各种利用途径的自然适宜性,充分认识我国棉秆资源的开发潜力.通过文献查询法,从大量的研究文献中获取具有价值的15篇研究论文中的102个籽棉草谷比有效样本数据,系统考证我国棉花的草谷比;采用秸秆资源自然适宜性分级法,就棉秆资源在燃料、饲料、肥料、工业原料和食用菌基料利用方面的自然适宜性进行评价;对将用于包括新型能源化利用在内的各种用途的棉秆资源划分为最适宜、次适宜、不适宜等不同级别.研究结果表明,我国棉花草谷比取值5 0为宜.在此基础上计算出2013年中国棉秆资源量为3 149.5万t,主要分布在西北干旱区的新疆以及黄淮海和长江中下游地区.在自然适宜性评级方面,棉秆最适宜燃用,亦适宜于用作固化、炭化、气化和发电等新能源化利用,而在沼气生产方面则为次适宜级别.在可饲性适宜性方面,粗棉秆部分均不适宜于直接饲喂和加工饲喂,棉花细茎和时较适宜直接饲喂,适宜加工饲喂.在肥料化利用方面,棉秆经过机械粉碎可直接还田,此外,棉秆是理想的工业加工原料和食用菌基料.棉秆资源具有多宜性,棉秆资源综合利用应注意合理配置资源、优化棉秆利用结构,将其转化为各种优质的原料资源. 【期刊名称】《中国人口·资源与环境》防辐射布
【年(卷),期】电网监测2015(025)006
【总页数】8页(P159-166)
【关键词】棉秆;资源量;棉花草谷比;自然适宜性
【作 者】左旭;毕于运;王红彦;高春雨;王磊;王亚静
【作者单位】中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京100081;中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京100081;中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京100081;中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京100081;中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京100081;中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京100081
【正文语种】中 文
【中图分类】S216.2
反光雨衣
棉花秸秆(简称棉秆)是棉花收获之后的副产物，主要包括棉花的茎、枝、梢、叶、壳等部分。棉秆富含纤维素、木质素和多缩戊糖等物质，是重要的农业可再生资源，具有很高的开发利用价值，目前已被广泛开发应用于饲料、燃料、肥料、造纸原料、复合材料、再生纤维素人造丝、活性炭、羧甲基纤维素、木糖等多种用途[1-5]。我国是世界上最大的棉花生产国，棉花产量约占年度全球棉花总产量的30%[6]，棉秆资源非常丰富。合理高效开发利用棉秆资源，对于促进我国经济发展、改善生态环境具有积极意义。目前关于棉秆草谷比考证及自然适宜性评价方面的研究尚不多见，有的也不够详尽和系统，对棉秆资源量的估算没有统一的计算标准。国内外研究表明，棉花秸秆的草谷比大约在3-5之间[1,7-10]。但在这些研究中，多数未就棉花的籽棉草谷比与皮棉草谷比进行明确区分和说明。在棉秆资源的自然适宜性方面，魏敏等[11]通过采用尼龙袋法和体外产气技术等方法对棉秆饲用价值进行了基本评价，指出棉花秸秆应属于粗饲料，但要全面评价棉秆的营养价值还需要进一步通过动物试验进行测定。李金霞等[12]综述了国内外棉秆资源在农业上开发利用的现状(主要包括棉秆还田、饲料化利用、能源化利用、食用菌基质等)，并对棉秆的综合利用进行了展望，但并未就棉秆的自然适宜性进行分级评价。王亚静等[13]指出棉秆适宜用作燃料、工业加工原料，不适宜用作饲料，但并未就棉秆新型能源化开发利用的适宜性进行
评价。随着秸秆利用技术的不断改进，越来越多的研究发现，棉秆是一种理想的新型能源开发原料。通过棉秆资源发电、生产生物乙醇等新型能源化利用途径，可实现较高的附加价值[1,14-15]。本研究将在收集大量试验数据的基础上，对棉花秸秆的草谷比进行系统考证，并对棉秆资源在“五料”利用方面(燃料、饲料、肥料、工业原料、食用菌基料)的自然适宜性进行分级评价。
1.1 棉花草谷比确定方法
根据我国农产品统计说明，棉花产量按去籽后的皮棉计算，每3 kg籽棉折1 kg皮棉。棉花草谷比包括皮棉草谷比(即常规意义上的棉花草谷比)和籽棉草谷比。皮棉草谷比是棉花秸秆与皮棉产量即棉花产量之比。籽棉草谷比是棉花秸秆产量与籽棉产量(3倍棉花产量)之比。皮棉草谷比3倍于籽棉草谷比。
通过对棉花草谷比、谷草比、收获指数文献查询结果的整理和计算，共获得15篇文献的102个籽棉草谷比有效样本数据，详见表1。由该表可见，依据种植试验文献获取的籽棉草谷比平均值约为1.67，标准差为0.54，即其主要取值范围为1.67±0.54。按籽棉∶皮棉=3∶1折算，依据种植试验文献获取的皮棉草谷比平均值约为5.02，标准差为1.60。由表1
可以看出，在黄淮海、新疆、长江中下游三大棉区之间，棉花草谷比没有明显差异。
牛皮纸带上述统计结果与张福春、朱志辉根据136个样本统计出的籽棉草谷比(1.613)[31]和新疆建设兵团农六师的实测籽棉草谷比结果(1.68)比较相近，但显著低于牛若峰、刘天福在《农业技术经济手册(修订本)》中给出的籽棉草谷比(3.40)[32]。随着棉花品种的更新及棉花加工工艺的不断改进，棉花草谷比数值必然呈逐渐变小趋势。
1.2 棉秆自然适宜性的评价方法
大多数农作物秸秆具有多宜性，既有自然适宜性，又有技术适宜性、经济适宜性和社会适宜性。秸秆自然适宜性是指在现实技术经济水平条件下，由秸秆形态、质地、密度、物体结构、物质组分、养分含量、热值等自身特征所决定的在其各种利用途径上的适宜程度。本研究就棉秆资源在“五料”利用方面的自然适宜性进行评价，即根据棉秆的不同特性采用分级的方法，将用于各种用途的棉秆划分为最适宜、一般适宜、次适宜等不同级别。
2.1 棉花草谷比的估算结果
综上所述，棉花籽棉草谷比实测结果为1.6-1.7，皮棉草谷比约为5。本研究将皮棉草谷比
取值为5。
2.2 棉秆资源量估算结果
棉花秸秆产量主要根据棉花产量和棉花草谷比来估算，计算公式如下：
其中：WCS为棉秆产量；WC为棉花产量；RC为棉花草谷比。
根据公式1估算2013年我国棉秆产量为3 149.5万t，占全国秸秆产量的3.17%。2013年全国各省(市、自治区)的棉秆产量详见表2。
我国棉秆资源主要分布在西北干旱区的新疆以及黄淮海和长江中下游地区。其中，新疆是我国最大的棉秆产区。2013年，新疆棉秆产量1 758.8万t，占全国棉秆总产量的55.8%；棉秆产量排在全国第2-6位的分别为山东、湖北、河北、安徽和江苏，产量均在100万t以上，该五省产量合计999.0万t，占全国棉秆产量的31.7%；棉秆产量排在全国第7-9位的分别为湖南、河南和江西，产量均在50万t以上，产量合计259.3万t，占全国棉秆产量的8.2%。上述9个省份棉秆产量合计为3 017.0万t，占全国棉秆产量的95.8%。
3.1 棉秆资源可燃性评价
可燃性是生物质的基本特性。在各类秸秆资源中，除了少数几种自然晾晒风干较困难的秸秆如叶菜类的残余物、甜菜渣(叶)、马铃薯茎叶等之外，绝大多数秸秆皆可燃用。对秸秆的可燃性能做出分级评价，不仅要考虑热值，还需结合秸秆的耐燃性以及农民的炊事习惯等进行综合考虑[13]。一般我们将秸秆燃用的适宜性划分为最适宜、一般适宜、次适宜、不适宜4级。棉秆的热值为14 979 KJ/kg，比秸秆(含水率15%左右)的平均热值(14 226 KJ/kg)高5.3%，比薪柴平均热值低15%，相当于标准煤热值的51.1%，即2 kg棉秆约折合1 kg标准煤。棉秆的木质化程度较高，耐燃性极佳(高于玉米秸、麦秸和稻草)。因此，我们将棉秆燃用的适宜性划分为最适宜级别(表3)。2013年在我国可收集利用的棉秆总量为2 834.6万t，可折合1 417万t标准煤。
3.2 棉秆资源新型能源化开发利用自然适宜性评价
秸秆新型能源化开发利用是指利用现代技术进行的秸秆资源能源化开发利用，其开发利用途径可归纳为“四化一电”，即气化、固化、炭化、液化和发电。秸秆新型能源化开发利用的自然适宜性主要取决于秸秆收贮运和粉碎加工的难易程度、耐燃性能、质地、密度、C∶N等，且不同的利用方式对秸秆要求有一定的差异，质地密实的稻壳、玉米芯等比较适
宜于秸秆热解气化，C∶N较低的豆秸、花生秧等秸秆比较适宜于秸秆沼气生产。本研究将秸秆新型能源化开发利用的自然适宜性按利用方式划分为“三化一电”自然适宜性评价(即秸秆固化、炭化、气化、发电)和生物气化(沼气生产)自然适宜性评价。
3.2.1 棉秆资源“三化一电”自然适宜性评价
根据秸秆收贮运以及粉碎加工、可固化成型的难易程度，可将秸秆“三化一电”的自然适宜性划分为3级：适宜、较适宜和不适宜。该分级情况主要根据秸秆收贮运、粉碎加工以及可固化成型的难易程度、耐燃性能进行评价，并按照高位就序的原则进行分级归类。高位就序原则是指对于某一特定的秸秆类型，只要其在“三化一电”的任何一种新型能源化利用方式中属于最适宜，即将其归入“三化一电”的最适宜原料，并以此类推。微型拉曼光谱仪
根据棉秆的密度、耐燃性、粉碎加工以及可固化成型等难易程度等特征，我们将其划分为适宜“三化一电”的级别。
3.2.2 棉秆资源生物气化自然适宜性评价
秸秆生物气化的自然适宜性主要根据秸秆的C∶N、产气量、木质素含量、吸水性能(避免漂
浮的能力)等自然特征进行评价。可将秸秆沼气生产的自然适宜性划分为4级：最适宜、适宜、次适宜和不适宜。除烟杆和部分药用作物秸秆对厌氧菌种有不利影响外，绝大多数秸秆皆适用于沼气生产。
在其它条件都具备的情况下，C∶N配成25∶1-30∶1可以使沼气发酵在合适的速度下进行。棉秆的C∶N为34，略高于适宜的碳氮比例。当农村户用沼气池以棉秆为原料，采用混合原料发酵工艺制取沼气时，在发酵启动时必须根据接种物用量的多少，加入粪便等低碳物质或添加一些化学元素如尿素或碳酸氢铵等来调节发酵原料的碳氮比。
木质素是一种无定形环状化合物的聚合体，常存在于植物组织的纤维束之间的连接处，化学性质非常稳定，在厌氧发酵中很难被微生物降解，并给纤维素和半纤维素的分解带来一定的困难。秸秆木质素含量越高，越不利于沼气生产。棉秆是一类木质化程度非常高的作物秸秆，木质素含量约为15.3%。因此，在发酵前对棉秆进行有效预处理十分必要。试验显示，经处理后的棉秆日均产气量、TS产气率、VS产气率等指标均有大幅的提升[33]。此外，棉秆易漂浮结壳，也不利于沼气生产。研究表明，在常温条件下，棉杆发酵产沼气的潜力较麦秆、稻秆和玉米秆等农作物秸秆低[34]。
>半轴螺栓
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议