彭 杰 高 涵 魏学文 秦都林 吕彦霞 姜 新 肖书新

（1.聊城市东昌府区农业农村局 山东聊城 252000；2.山东省农业技术推广中心 山东济南 250003；3.聊城市农业农村局 山东聊城 252000）

棉花是我国重要的经济作物，棉花秸秆作为棉花生产的副产物每年的产量巨大。 据《中国统计年鉴》的数据显示，2020 年我国棉花栽培面积0.316 9 万hm2，按每亩产棉花秸秆2 t 计算， 我国每年产棉花秸秆9 508 万t。 随着经济、社会的发展及百姓环保意识的增强，棉花秸秆作为燃料能源已经完全被电、天然气取代， 大量的秸秆处理成为了一个亟待解决的社会问题。 棉花秸秆的资源化利用是解决该问题的最佳方法，近些年棉花秸秆在土壤改良、畜牧饲料、栽培基质、 添加材料等方面的应用研究已经获得了一些成果。

1 棉花秸秆资源化利用的基础

棉花秸秆主要由纤维素、半纤维素、木质素、脂肪、蛋白质、淀粉、糖和硅酸盐组成[1]。 通过不同的方法对棉花秸秆预处理，测得其纤维素含量60.16%，半纤维素含量21.98%，木质素含量19.87%，经酶解后葡萄糖达到1.013%[2]。 对棉花秸秆腐解物的研究显示，其含有多种化感物质，其中含量较大的有4-羟基-4-甲基-2-戊酮（27.31%）、邻苯二甲酸二丁酯（7.87%）、棕榈酸（6.69%）、双（1-甲基丙基）-琥珀酸甲酯（6.40%）、亚油酸（5.43%）等[3]。 这些研究为棉花秸秆的综合利用提供了明确的方向。

2 棉花秸秆在土壤改良中的应用

随着农业机械化的发展， 棉花秸秆直接还田是资源化利用中最直接有效的方法。 还田后对于土壤的改良效果明显，有研究显示，棉花秸秆连续还田可以显著提高滨海盐碱地土壤有机质、硝态氮、铵态氮和速效钾含量， 降低土壤速效磷和含盐量及土壤容重，显著提高了棉花籽棉产量和皮棉产量[4-5]，同时增加了棉花干物质量和N、P、K 分配到生殖器官的量及其比例[6]。 设置不同深度的棉秆隔层影响土壤水盐分布及棉花根系构型的研究表明， 棉秆还田可增加土壤含水率，阻碍盐分在竖直方向的运动，并优化单株棉花的根质量、根长密度、根系体积、根系平均直径等各项指标，从而提高棉花质量[7]。 棉花秸秆长期还田可显著提高土壤微生物量碳、 土壤活跃微生物量及土壤基础呼吸速率， 并对棉花总铃数和单铃重影响显著[8]。 此外，还可显著提高0～60 cm 土层土壤脲酶活性、土壤蔗糖酶活性和土壤过氧化氢酶活性[9]，以及减少滴灌棉田氨的挥发[10]。

3 棉花秸秆作为栽培基质方面的应用

基质在育苗行业、 食用菌行业应用广泛、 用量大。 棉花秸秆作为一种廉价的可再生资源，可以部分代替基质中的一些原料，从而降低成本，提高可持续性。 其腐熟发酵后配合草炭和蛭石用作水果黄瓜育苗，幼苗生长势良好，叶绿素含量较高，育苗效果理想[11]。棉花秸秆粉碎、堆沤后，掺粉煤灰替代蛭石配河沙作为棉花育苗基质切实可行且成本低， 可以解决移栽取苗时不能形成根坨的问题[12]。 在西葫芦、番茄育苗基质研究中，采用棉花秸秆粉碎发酵，经过合理的配方组合，可以取代草碳作为有机基质原料[13]。 食药用菌大多为木腐型真菌， 其栽培需要消耗大量的木屑，必然会给森林资源的可持续发展带来压力，寻找木屑替代物成为研究热点。 棉秆与阔叶树的物理特性接近，营养齐全，资源丰富[14]。 以棉秆60%、棉籽壳20%、麦麸15%、玉米粉2%、石膏粉1%、磷肥1%、石灰1%作为栽培基质，用于赤芝、中华灵芝、美国灵芝等3 个灵芝品种栽培，其生物转化率和木屑相当[15]。以50%的棉花秸秆配合玉米芯、牛粪、石膏粉等生产姬松茸，每平方米的产量为10 kg 左右，经济、社会、生态效益明显[16]。 在金针菇生产中，配以28%的棉花秸秆，可以部分取代棉籽壳，降低成本，提高其产量和蛋白质营养价值[17]。 另外，棉花秸秆在平菇和香菇生产也得到了广泛应用[18]。棉花秸秆中的化感物资在一定浓度下可以促进种子萌发、 根系生长、 根系活力，从而促进幼苗生长[19-21]。

4 棉花秸秆在畜牧生产上的应用

棉花秸秆作为牛、羊饲料使用，可以明显降低生产成本。 其粗蛋白、钙、磷含量都高于小麦、玉米及水稻秸秆，虽然其纤维素、木质素含量也较高，且含有游离棉酚，但作为饲料得到了推广应用[22]。研究显示，除棉根中棉酚含量达到0.208%以外， 其余部分均在0.07%以下[23]。 经1%碱性过氧化氢处理后，可显著降低棉秆中纤维素和半纤维含量，改善口感、提高粗蛋白含量，从而提高其利用率和生产效益[24]。 和玉米秸秆相比， 同质量的棉秸可以替代60%以上的玉米秸秆酸性洗涤纤维，被家畜食用转化为动物产品[25]。 绵羊日粮中添加棉花秸秆对绵羊体重无显著影响，但降低了日增重， 短期添加棉花秸秆可在体内沉积少量的游离棉酚[26]。 在对棉花秸秆颗粒化加工过程中，可以降低秸秆中纤维素、 半纤维素、 木质素的含量， 增加粗蛋白含量，并且加工过程中高温可以将棉酚含量降低至50 mg/kg 以下[27]，且制粒后可使羊的采食量增加37%[28]。使用棉花秸秆裹包微贮饲料替代等量杂草的试验显示， 饲喂1 头西门塔尔牛平均每天多增重146 g， 饲喂1 头安格斯牛平均每天多增重175 g[29]。 有研究报道，青贮可有效降低棉花秸秆中的游离棉酚含量， 纤维素酶的添加可显著降低青贮棉花秸秆的pH、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和半纤维素， 乳酸菌的添加则显著增加青贮棉花秸秆中的乳酸、乙酸、丙酸含量，纤维素酶和乳酸菌的互作效应可显著增加棉花秸秆青贮饲料的体外粗蛋白消化率、体外中性洗涤纤维消化率和产气量[30]。

5 棉花秸秆作为能源物资原料的应用

棉花秸秆含有大量的纤维素、 半纤维素和木质素，而这类物资的含量直接影响厌氧发酵产气效果。在采用回流和未回流方法对棉花秸秆进行厌氧发酵产生甲烷的研究中，回流组单位总固体质量分数产甲烷量为77.3 mL/（L·d），未回流组单位总固体质量分数产甲烷量为82.9 mL/（L·d）[31]。 发酵接种物及接种量的研究显示，以60 g/L 接种量接种污泥、猪粪时产气效果最好，平均日产气量分别为218 mL/L、223 mL/L[32]。在以活性污泥作为接种物时， 添加活性炭作为吸附材料，可以缩短沼气发酵周期，产气量提高94.6%[33]。在用稀硫酸水解棉花秸秆，发酵生产酒精的过程中，其水解率可达到29.61%[34]。 目前，利用棉花秸秆生产高质量生物炭的探索已经取得成功[35]。

6 棉花秸秆在材料学上的应用

在保温材料的研制中， 粉碎的棉花秸秆纤维作为添加物质可以解决无机、 有机材料界面的粘结强度低及EPS 颗粒上浮的问题[36]。 棉花秸秆纤维，配以水泥和砂制备水泥砌块， 有良好的力学性能表现[37]。棉花秸秆-EPS 复合砌块用作框架结构填充材料，通过拟静力实验分析，其抗侧刚度、延性系数和等效粘滞阻尼系数均优于纯混凝土框架[38]。采用棉花秸秆纤维加筋盐渍土来提高其抗压强度， 可改善盐渍土强度低的不良工程特性， 使其抗压强度提高26.6%[39]。棉花秸秆还可以用KOH 活化法制备活性炭[40]。 棉秆纤维能有效提高陶粒泡沫混凝土强度， 在添加0.8%棉秆纤维时，其抗压强度提高25.0%，劈裂抗拉强度提高43.1%[41]。 经碱溶液处理后的棉花秸秆纤维制备脱硫石膏-棉花秸秆纤维复合墙体材料可增加脱硫石膏基复合墙体材料孔隙率，降低导热系数，增强保温性能[42]。

7 棉花秸秆综合利用的思考与分析

棉花秸秆具备产量大、木质化程度高及收集、运输成本大的特点。 其综合利用应结合当地情况，根据产出量及分布集中程度考虑利用方式。 本文作者认为，结合整地直接粉碎还田可以改良土壤，基本无额外成本投入，具备很好的生态效益，是最利于推广的资源化利用模式。 棉秆纤维素和木质素含量高，利用白腐真菌和噬热性侧孢霉复配在冬季低温和降雪等情况下对棉花秸秆降解，50 d 棉花秸秆降解率仅达到29.93%[43]。针对直接还田促进降解的微生物菌种研究还需要进一步加强， 利用棉花秸秆进行堆肥的研究也还需要进一步深化[44]。