生態(tài)環(huán)境治理下果樹殘枝的資源化利用杜娟;韓美玲;安琪;李叢勝【摘要】對我國果樹殘枝的資源化利用狀況進行了綜述分析,指出當前我國在果樹殘枝利用方面尚存在諸多問題，概述了我國農業(yè)廢棄物資源化利用的6個發(fā)展方向,在此基礎上提出了我國果樹枝條資源化發(fā)展的對策措施.【期刊名稱】《安徽農業(yè)科學》【年(卷)，期】2018(046)018【總頁數】4頁(P59-61,82)【關鍵詞】生態(tài)環(huán)境;果樹殘枝;資源化利用【作者】杜娟;韓美玲;安琪;李叢勝【作者單位】廊坊師范學院科研處，河北廊坊065000;廊坊師范學院生命科學學院,河北廊坊065000;河北省高校食藥用菌資源開發(fā)應用技術研發(fā)中心，河北廊坊065000;北京林業(yè)大學微生物研究所，北京100083;廊坊師范學院生命科學學院，河北廊坊065000【正文語種】中文【中圖分類】S181.3果園在我國的農業(yè)生產體系中一直占重要地位，果業(yè)的發(fā)展?jié)M足了市場需求，也增加了農民的收入，但果園殘枝的有效化、合理利用一直是困擾果園的難題，也成了生態(tài)文明建設和美麗鄉(xiāng)村建設中的一大阻礙。隨著我國水果產業(yè)的迅猛發(fā)展，果樹枝條的修剪量也在逐年增加［1］。傳統的處理方法主要是堆放和焚燒，堆放會占大量的土地，嚴重影響土地資源的合理利用；焚燒不僅導致嚴重的環(huán)境污染問題，對枝條本身也是極大的浪費。因此，如何變廢為寶，將這些果樹枝條變?yōu)榫薮蟮膶毑?，實現資源化利用，最大限度地減少其所帶來的環(huán)境污染和土地資源浪費等問題，無疑已經成為亟待解決的重要問題。國內外實踐表明，果樹殘枝的資源化利用和無害化處理，是控制林業(yè)環(huán)境污染、改善農村環(huán)境、發(fā)展循環(huán)經濟、實現農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。因此，筆者擬對我國果樹殘枝利用現狀、資源化利用的未來發(fā)展方向及其對策措施進行探討。1當前我國果樹殘枝利用現狀1.1果樹殘枝產量現狀我國有著悠久的果樹栽培歷史，果園面積從165.7萬hm2（1978年）逐年上升至1298.2萬hm2（2016年）［2］。由于大多數林果樹木每年都需修剪枝條，還有一部分果林通過高接換優(yōu)等手段進行品種更新，這樣就會產生相當多的殘枝［1］。如北京每年產生大量的林果枝條廢棄物，作為生物質能源的可利用量為23.8萬t，其中，北京郊區(qū)1.7萬hm2果樹的枝條修剪量為16.7萬t［3］。我國現有果園面積1298.2萬hm2（2016年）［2］，以修剪枝條4500kg/hm2計算［1］，年修剪枝條高達約5842萬t，因此，修剪枝條的開發(fā)利用有著極其廣闊的前景。1.2果樹殘枝粗放低效利用且閑置狀況嚴重在我國，處理果樹殘枝傳統的方式多采用燃燒等一次性利用的方式，不僅導致大量的能量、礦物鹽類、脂肪和粗蛋白等物質被浪費［4］，還極易導致環(huán)境污染等問題。近年，隨著國家加大了對生態(tài)文明建設和美麗鄉(xiāng)村建設的重視程度，農村生活的能源結構發(fā)生了變化，以天然氣代替了傳統的干柴、煤等燃料，導致大量的果樹殘枝被逐年累積，不可避免地堆放在田邊、路旁、宅院附近，不僅會嚴重影響鄉(xiāng)村的生態(tài)環(huán)境，還會引起果樹病蟲害的傳播以及引發(fā)火災等隱患［1］。因此，這在一定程度上也使得枝條背上了“有害”的標簽。但事實上，果樹殘枝具有極大的變廢為寶的潛力。因此，如何利用綠色科技合理利用這巨大的資源，實現這些資源的可持續(xù)利用，進而使其成為環(huán)境友好型資源已經成為亟待解決的問題。1.3果樹殘枝處理設備較缺乏為了能夠充分利用枝條，樹枝的粉碎是必不可少的環(huán)節(jié)，因此需要枝條粉碎的相關設備。目前國內已經有幾種樹枝處理機面世，如9FQ型枝條處理機和牽引式枝條處理機等。9FQ枝條處理機用于城市綠化、修剪枝條的粉碎，也可用于采伐區(qū)樹干、樹枝的粉碎。南京農業(yè)大學研制的牽引式樹枝處理機及KF-150A型樹枝處理機主要針對城市街道修剪下來的枝條進行處理［5］。但總體來看，國產樹枝處理設備還比較缺乏，特別是能在現代果園現場工作的與動力底盤配套使用的枝條處理機還不是很多，且存在能耗水平高、生產效率低等問題，在設計原理、材料選用、制造工藝等方面還有待改進提高［5-7］。因此，重點研制開發(fā)或引進和試驗不同生產能力的枝條粉碎機，滿足不同規(guī)模果園的需要是推廣果園修剪樹枝資源化利用的關鍵。1.4果樹殘枝利用相關的政策法規(guī)與社會化服務體系不健全目前，對待果樹殘枝的處理基本上都是采用末端去，，堵絕，，污染的策略，這種策略并不注重對整個過程的綜合治理及資源化利用，因此，這種〃堵”的結果往往導致廢棄物大量積累，從而引發(fā)更為嚴重的危害［8］?，F如今，雖然我國已經出臺過與廢棄物資源化利用相關的一系列政策法規(guī)，但是一些實質性的、可操作性的措施至今未能很好的建立或執(zhí)行。例如，鼓勵果農合理利用果樹殘枝的相關優(yōu)惠政策太少或是支持力度不夠，缺乏極為有效的激勵機制；資金的投入或扶持的力度尚不夠，導致大量企業(yè)在從事果樹殘枝資源化利用方面遇到了瓶頸，從而使得企業(yè)不能更好地、更快地成長起來，與此相關的產業(yè)體系也不能得到更好的、更完善的培育。目前，在果樹殘枝利用方面也沒有形成相關的社會化服務體系，如信息服務體系、技術服務體系、加工生產體系、市場服務體系以及企業(yè)與農戶的對接與組織模式等，因此，這在一定程度上也制約著我國果樹殘枝資源的產業(yè)化和規(guī)模化的發(fā)展。2國內外果樹殘枝資源化利用的未來發(fā)展方向2.1果樹殘枝的肥料化方向果園修剪廢棄枝條含有一定量的有益營養(yǎng)元素、大量的木質素、纖維素和半纖維素以及一些有機物質，是寶貴的有機物料和潛在的有機肥源。對修剪樹枝有機肥轉化主要有以下3種利用方式。第1種是將粉碎后的木屑均勻鋪放在果樹下的地面上進行自然腐化，此方法相對簡單易行，但過程較為緩慢［1］。張江紅［9］分析發(fā)現枝條常規(guī)還田量對桃樹生長無影響，而加量還田則會抑制桃樹生長。劉麗麗等［10］研究發(fā)現以柑橘枝條與羊糞按1:1的比例還田蘿卜的產量比單純施用柑橘枝條增產近1倍，并可顯著促進蘿卜地上部分和地下部分的生長。第2種是用粉碎的枝條做基質與腐土混合堆腐，經過堆腐形成的肥料可直接覆蓋于果園地面或在樹冠外緣地表開溝施肥。據測算，用這種方法生產1t有機肥，可消耗果樹枝條0.4t左右，是果樹修剪樹枝的有機肥轉化的主要利用方式［1］。研究表明，不同C/N的處理對廢棄的葡萄冬剪枝條堆肥的溫度、含水率、pH等腐熟指標有顯著的影響；通過添加菌劑處理葡萄冬剪枝條，可有效地提高葡萄冬剪枝條堆肥腐熟度的相關指標，對堆肥的品質和效率有明顯的影響［11］。第3種是炭化開發(fā)后還田。生物質炭是生物材料在缺氧或無氧情況下經熱解炭化制備出的一種穩(wěn)定的、高度芳香化的難熔富碳固態(tài)物質［12］。生物炭含有60%以上的碳，還有一定的礦質養(yǎng)分，如N、P、K、Ca、Mg等［13］。農林廢棄物經高溫熱解炭化，可以產生25%左右的生物炭。生物炭作為一種新型材料弓I起了廣泛關注，近年來生物炭在土壤改良、固碳減排及污染土壤修復方面為農業(yè)研究者提供了新思路。研究表明，向土壤中施入質量比為0.5%、1.0%、2.0%和4.0%的炭化果木渣可以提高葉片凈光合速率、葉綠素含量、葉片蒸騰速率、根系活力；且添加炭化果木渣能夠明顯地減少土壤溶液的滲漏，可提高氮素利用率［14］。2.2果樹殘枝的能源化方向國外利用修剪枝條等固液體廢棄物來進行發(fā)電、液化和氣化已經形成規(guī)模，成效顯著［5］。在我國，果樹殘枝是農村能源的重要組成部分，在解決農村能源短缺和農村環(huán)境污染方面有重要的價值。目前果樹殘枝能源化的方向有：①以木質纖維素類生物質為原料生產第二代生物燃*—-纖維素乙醇［15-17］。近年來，由于國內陷入了玉米乙醇〃與民爭糧”的爭議中，國內很多專家都紛紛呼吁立即叫停國內的玉米乙醇生產，今后燃料乙醇研發(fā)的重點將主要集中在以木質纖維素為原料的第二代燃料乙醇技術上面［18］。重要的化工產品乙烯，其生產依賴化石能源?；茉次C阻礙其生產，而利用生物乙醇制備乙烯則很有發(fā)展?jié)摿?。王延飛等［19］提出生物乙醇制作乙烯是一條可持續(xù)發(fā)展的化工路線。②生產新型生物燃*——生物丁醇。李曉軍等［20］報道我國將建成18個能源林示范點以及18個能源林良種繁育推廣示范基地，為生物質能源開發(fā)提供豐富的原料，可用生物質能源樹種生產丁醇。王艷翠等［21］探索了生物質能源樹種發(fā)酵生產丁醇新技術，生產丁醇效果理想，可達到糧食發(fā)酵產丁醇的水平。③生產壓縮成型燃料。生物質成型技術是生物質能的有效利用技術之一，是指在一定的溫度與壓力作用下，將各類分散的、無一定形狀的農林剩余物經加工制成有一定形狀、密度較大的各種燃料產品的技術［22］。生物質成型燃料因具有清潔、可再生等特點，近年來發(fā)展迅速，對其成型機理及設備的研究也日趨深入［23-26］。將修剪樹枝粉碎壓縮制作燃料，可廣泛用于人民生活、飲食服務業(yè)，如采暖、燒飯和烘烤食品；也可以作為發(fā)電廠燃料來替代燃煤或燃油發(fā)電，發(fā)展前景廣闊。④修剪枝條氣化、炭化（木炭）。近年來，農業(yè)廢棄物氣化技術在我國取得了長足發(fā)展，已經在部分鄉(xiāng)村成功應用。與其他生物質（如稻殼或秸稈）相比，修剪殘枝具有含碳量高、熱值高、灰分含量極少的優(yōu)點，是秸稈氣化裝置最好的燃料。在北京平谷應用表明，氣化爐運轉起來1kg果樹枝可以產約2m3可燃氣，一個4口之家每天需燃氣5~6m3,消耗樹枝3.5kg。對于壓縮成型的棒材和修剪直徑較大的樹枝可以在缺氧的條件下進行直接炭化處理，制作木炭，可廣泛應用于工業(yè)冶金、食品燒烤或家庭取暖等領域，有較好的發(fā)展前景［1］。2.3果樹殘枝的材料化方向果樹殘枝富含纖維素和半纖維素，利用其生產多種生物質材料和生產資料是果樹枝條資源化的又一個拓展領域，有著廣闊的前景。目前的研究主要包括：生產紙板、人造纖維板、輕質建材板等材料研究；通過固化、炭化技術制成活性炭技術研究；生產可降解餐盒、包裝材料和纖維素薄膜研究；制取木糖（醇）的研究；葡萄枝條廢棄物中膳食纖維及營養(yǎng)成分研究；制備多功能甲基纖維素，如各種防治人類疾病的保健藥品、食品添加劑，防治各種病蟲害的綠色生態(tài)農藥添加劑等；制造微晶纖維素、納米纖維素的研究；制備木塑復合發(fā)泡材料和生物質纖維基發(fā)泡材料的技術研究；制備高透明納米紙和高透明纖維素紙新材料的技術研究；植物基熒光防偽纖維的制備及應用研究［27-40］。2.4果樹殘枝的基質化方向食用菌可以利用富含木質纖維素的基質來生產可供人們食用的子實體，目前利用果樹枝條粉碎后的基質栽培食用菌在國內外已有較多的研究。研究發(fā)現，利用桃樹、梨樹和蘋果樹枝條粉碎木屑進行靈芝栽培基質配方優(yōu)化，控制木屑質量比為15%~60%時，靈芝均生長良好［41］；用蘋果枝木屑代替硬雜木等原料栽培香菇，其香菇在品質和產量方面都較優(yōu)［42］；用夏季及冬季修剪的葡萄枝條為主料栽培的白玉菇，在各常規(guī)營養(yǎng)指標、礦質元素、氨基酸總量和風味等方面優(yōu)于傳統栽培料（棉籽殼和雜木屑）栽培出的白玉菇［43］。果樹枝條代替?zhèn)鹘y硬雜木作為基質栽培食用菌可節(jié)約林木資源，廢棄的菌渣還可經發(fā)酵處理，搭配適量珍珠巖、蛭石等礦物質，制成可再利用的栽培介質，或作為制作沼氣的原料，如此資源循環(huán)利用，變廢為寶，為發(fā)展經濟循環(huán)農業(yè)提供思路，推廣應用前景非常廣闊。2.5果樹殘枝的飼料化方向開發(fā)利用農副產品作為飼料已經成為國內外可持續(xù)畜牧業(yè)發(fā)展的重要途徑，發(fā)展木本飼料產業(yè)將為我國畜牧業(yè)的發(fā)展開辟新途徑。與草本飼料相比，木本飼料營養(yǎng)豐富、適口性好、易消化、種類繁多，具有較高的蛋白質和鈣含量［44］。我國木本飼料資源極為豐富，可用作木本飼料的木本植物約1000多種，包括針葉喬木、闊葉喬木、灌木、半灌木、竹類木、木質藤本。因此，各種果樹的殘枝可經過青藏、發(fā)酵、水貯、鹽浸、蒸煮、熱噴、酸化、堿化及氨化等加工工藝成為木本飼料，用以喂養(yǎng)畜禽。近年來我國對木本飼料的研究較多，如蘋果樹枝、葉飼用價值的研究［45］；飼料桑開發(fā)應用研究［46］；蘆葦、構樹和鹽膚木的營養(yǎng)成分含量及飼用價值研究［47］；歐李發(fā)酵飼料的飼用價值及其對羊奶品質的影響研究［48］；高蛋白木本飼料開發(fā)利用研究；木本植物飼料在水產養(yǎng)殖中的應用研究［49］等。2.6果樹殘枝的綜合生態(tài)化方向根據生態(tài)學的食物鏈原理，將果樹殘枝作為產業(yè)鏈中的一個重要環(huán)節(jié)，進而實現物質的多重循環(huán)和多次轉化利用，提高資源利用率及整體效益，發(fā)展循環(huán)經濟。果樹殘枝綜合生態(tài)化利用可以形成3種模式：一是以堆肥為紐帶的循環(huán)模式，即通過堆肥發(fā)酵處理，生成腐熟的有機肥，堆肥工程的建設與運行，有效解決農村就業(yè)問題；二是以食用菌為紐帶的循環(huán)利用模式，即林果枝條粉碎滅菌后作食用菌生產的基質，生產菌棒，進行食用菌栽培，廢棄菌棒、菌渣又可進行有機肥生產，形成良性循環(huán)；三是以沼氣為紐帶的循環(huán)利用模式，即將果樹殘枝處理后作為木本飼料飼養(yǎng)動物或作食用菌生產的基質栽培食用菌，以動物糞便、食用菌廢棄菌棒、菌渣等為原料，投入到沼氣池中，經厭氧發(fā)酵，產生沼氣，沼液用作滴灌，沼渣用作肥料，實現生產的良性循環(huán)。目前，我國這方面的生態(tài)農業(yè)利用模式很多，如家庭型循環(huán)經濟模式、優(yōu)美村鎮(zhèn)型循環(huán)經濟模式、生態(tài)農業(yè)園（區(qū)）循環(huán)經濟模式、區(qū)域循環(huán)經濟模式等，重要的是要進行大面積的推廣應用［3,50］。3對策3.1政策引導目前，我國對果樹殘枝的資源化利用的重視程度并不足夠，使得與之相關的激勵性政策和措施變得缺乏或不健全，進而導致長期以來對果樹殘枝的綜合利用進展緩慢且利用率低。因此，為了使得我國果樹殘枝的資源化利用工作更好更快地進行，需要政府在果樹殘枝的資源化利用方面給予一個明確的發(fā)展定位，并建立健全與之相關的政策法規(guī)，如果業(yè)等大型種植業(yè)的環(huán)境影響評價，對主要從事果樹殘枝資源化利用的大型企業(yè)給予相應的管理與扶持，對綜合利用的產品制定相關的品質標準和生產環(huán)境標準，對自覺開展生態(tài)建設的農民給予政策鼓勵等，以使得生態(tài)農業(yè)利用模式能夠有政策的引導、技術的支持，從而更好地發(fā)揮其作用。3.2資金投入目前，果樹殘枝的主要存放地點便是農村地區(qū)，這也是影響農村環(huán)境、導致農村〃臟、舌L、差”的一個重要因素。伴隨著國家加大了對生態(tài)文明建設以及美麗鄉(xiāng)村建設的重視程度，資金投入力度也有所增加，能夠大力推進美麗農村建設與環(huán)境整治的工作，通過建立果樹殘枝定點集中回收與處理站（點）、〃一池（沼氣池）三改（改廁、改廚和改豬圈廣等措施加大農村地區(qū)與果樹殘枝資源化利用及無害化處理相關的基礎設施建設。此外，還應對果樹殘枝資源化利用加大資金補償力度以建立完善的環(huán)境保護補償機制，并扶持更多的農戶家庭建立“庭院沼氣”以促進〃庭院生態(tài)經濟的建設”，逐步地吸引社會、企業(yè)和農民等全方位的資金投入，進而推動果樹殘枝資源化利用快速、健全發(fā)展。3.3技術支持目前，在果樹殘枝資源化利用方面仍然存在著許多難題，如處理設備較缺乏、種類少、技術落后等，技術推廣體系疲軟，經濟效益也不高。因此，列出專項資金，加大科技投入對果樹殘枝綜合利用進行科學的研究，特別是在加快果樹殘枝綜合利用等實用技術方面的創(chuàng)新研究，從而為示范、推廣應用奠定良好的基礎。4結語果樹殘枝是一個比較大的環(huán)境污染源，但同時也是一個巨大的生物質資源庫，因此要充分、合理地認識其〃雙重性”。要實現修剪殘枝的綜合利用，可以在果品生產較為集中的地區(qū)建立殘枝加工示范工廠，用以完成果樹及其他樹木枝杈的剝皮、粉碎和存儲等一系列的工序，從而為制作各類中高密度建筑板材、無煙清潔木炭、沼氣發(fā)酵和食用菌有機肥等技術產品提供原料，并在成功運作后向其他林果產業(yè)區(qū)進行逐步推廣。此外，需要充分地結合農村各地的實際情況來確定最佳的利用途徑，從根本上來解決其可能帶來的環(huán)境污染等問題，以實現農業(yè)資源與生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展。參考文獻劉洪杰，劉俊峰,李建平.果園修剪樹枝綜合利用技術[J].農機化研究2011,33(2):218-221.邢志宏，葉植材.12-1農業(yè)生產條件與農作物播種面積[M]//中華人民共和國國家統計局.2017中國統計年鑒.北京：中國統計出版社，2017.路平,高凡,姜奕晨，等.北京郊區(qū)農業(yè)廢棄資源現狀與利用分析[J].北京農學院學報,2016,31(1):102-106.彭靖.對我國農業(yè)廢棄物資源化利用的思考[J].生態(tài)環(huán)境學報,2009,18(2):794-798.楊彩娟.果園修剪枝條處理工藝及機械研究[D].保定:河北農業(yè)大學,2013.朱思洪，付東荔,繆小紅，等.樹枝粉碎機的研制[J].南京農業(yè)大學學報,2004,27(3):111-113.孫振鋒，邊志敏.河北省生物質固體成型燃料產業(yè)發(fā)展研究[J].可再生能源,2013,31(6):126-128.孫永明，李國學,張夫道，等.中國農業(yè)廢棄物資源化現狀與發(fā)展戰(zhàn)略[J].農業(yè)工程學報,2005,21(8):169-173.張江紅桃樹枝條還田對土壤自毒物質、微生物及植株生長的影響[D].泰安:山東農業(yè)大學,2015.劉麗麗，李建輝,閆彥濤，等.果樹修剪枝條與畜禽糞便不同配比還田對蘿卜種植的影響[J].現代農業(yè)科技,2018(1):60.殷姿.不同C/N和菌劑處理對葡萄修剪枝條堆肥效果的影響[D].銀川:寧夏大學,2016.LEHMANNJ，GAUNTJ，RONDONM.Bio-charsequestrationinterrestrialecosystems:Areview[J].Mitigationandadaptationstrategiesforglobalchange,2006,11(2):403-427.MARRISE.Puttingthecarbonback:Blackisthenewgreen[J].Nature,2006,442(7103):624-626.寧留芳.炭化和發(fā)酵果木渣對蘋果幼樹生長、根系轉錄組及土壤硝酸鹽代謝的影響[D].泰安:山東農業(yè)大學,2016.林鑫,武國慶.纖維素乙醇關鍵技術及進展[J].生物產業(yè)技術,2015(2):16-21.韓秋燕.瑞士科萊恩公司纖維素乙醇技術特點及我國纖維素燃料乙醇發(fā)展建議[J].化學工業(yè),2018,36(1):48-53.劉剛，鮑杰.逼近玉米乙醇指標的先進纖維素乙醇技術[J].生物產業(yè)技術,2018(1):94-101.劉洪霞，馮益明.世界生物質能源發(fā)展現狀及未來發(fā)展趨勢[J].世界農業(yè),2015(5):117-120.王延飛,賈寶瑩，杜平.生物乙醇制備乙烯的發(fā)展狀況及展望[J].四川化工,2015,18(1):28-30.李曉軍，金超楠，劉莉，等.生物質能源樹種生產丁醇研究進展[J].現代化工,2014,34(10):53-57.王艷翠,李曉軍，王娜，等.桉木發(fā)酵生產丁醇技術研究[J].食品與發(fā)酵科技,2018(1):57-62.賈敬敦，馬隆龍,蔣丹平，等.生物質能源產業(yè)科技創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略[M].北京:化學工業(yè)出版社,2014別星辰.桉樹木屑型煤燃燒特性研究[D].南京:南京林業(yè)大學,2017.李海龍.生物質顆粒燃料成型技術及設備研究[D].昆明:昆明理工大學,2017.李偉振，姜洋，陰秀麗.生物質成型燃料壓縮機理的國內夕卜研究現狀[J].新能源進展2017,5(4):286-293.祁玲，張靜.檸條固體燃料壓縮過程中蠕變特性的研究[J].中國農機化學報,2017(10):77-80.蔣忠道,許元春.廢果木材半化學漿制箱板紙實踐[J].湖北造紙,2012(1):31.牟大慶.磷酸法制備活性炭工藝研究[J].福建林業(yè)科技,2011,38(1):69-71.何詠濤.利用農林廢棄物聯產生物油和生物炭[D].杭州:浙江工業(yè)大學,2012.劉海.濕地植物基活性炭制備和改性及其對重金屬離子的吸附機理研究[D]濟南山東大學,2017.郄冰玉，唐亞麗盧立新，等.納米纖維素在可降解包裝材料中的應用[J].包裝工程,2017(1):19-25.徐曉娟，盧立新,王立軍，等.農作物秸稈廢棄物材料化利用現狀及發(fā)展[J].包裝工程,2017(1):156-162.王麗莉，歐陽土龍,戴興興，等.過氧化氫漂白富纖維素材料制備透明纖維素膜研究[J].森林工程,2018,34(1):41-4