戚 亮， 曹肆林， 盧勇濤， 王 敏， 營(yíng)雨琨， 譚新贊， 閆盼盼， 李志強(qiáng)

(1.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第八師科技局，新疆石河子 832000；2.新疆農(nóng)墾科學(xué)院，新疆石河子 832000；3.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第八師農(nóng)業(yè)科學(xué)院，新疆石河子 832000)

?

新疆兵團(tuán)棉花秸稈還田技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與思考

戚 亮1， 曹肆林2*， 盧勇濤2， 王 敏2， 營(yíng)雨琨2， 譚新贊2， 閆盼盼2， 李志強(qiáng)3

(1.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第八師科技局，新疆石河子 832000；2.新疆農(nóng)墾科學(xué)院，新疆石河子 832000；3.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第八師農(nóng)業(yè)科學(xué)院，新疆石河子 832000)

摘要從機(jī)械化粉碎還田技術(shù)、過(guò)腹還田技術(shù)、炭化還田技術(shù)3個(gè)方面，介紹新疆兵團(tuán)棉花秸稈還田技術(shù)的現(xiàn)狀及應(yīng)用情況，分析現(xiàn)階段技術(shù)存在的主要問(wèn)題，并提出相應(yīng)的發(fā)展建議，旨在加快棉花秸稈還田技術(shù)的改進(jìn)升級(jí)步伐，進(jìn)一步提升秸稈還田綜合效應(yīng)。

關(guān)鍵詞新疆兵團(tuán)；棉花；秸稈還田；應(yīng)用現(xiàn)狀

新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)是我國(guó)重要的商品棉生產(chǎn)基地和優(yōu)質(zhì)棉花產(chǎn)區(qū)，棉花秸稈資源十分豐富。2014年，兵團(tuán)棉花種植面積達(dá)60.07萬(wàn)hm2，主要有“66 cm+10 cm”、“72 cm+4 cm”和“76 cm等行距”3種適宜機(jī)采的高密度種植模式，種植密度為18萬(wàn)～27萬(wàn)株/hm2，棉花秸稈產(chǎn)量(干物質(zhì))超過(guò)7 500 kg/hm2[1]，總產(chǎn)量達(dá)4 500萬(wàn)t以上。秸稈還田技術(shù)可降低土壤容重，改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤有機(jī)質(zhì)，防止土壤板結(jié)，是現(xiàn)階段兵團(tuán)棉花秸稈的主要利用途徑。但是，隨著棉花品種改良、超寬膜植棉技術(shù)的應(yīng)用以及大馬力拖拉機(jī)的逐步普及，原有技術(shù)暴露了一些新問(wèn)題，需要引起重視。筆者對(duì)新疆兵團(tuán)棉花秸稈還田技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)發(fā)展建議。

1棉花秸稈還田技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

棉花秸稈主要化學(xué)成分為木質(zhì)素、纖維素和半纖維素，還含有單寧、果膠素、有機(jī)溶劑抽取物、色素及灰分等少量組分，是一種資源量巨大的可再生資源[2]。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，棉花秸稈多方面的價(jià)值也得到了挖掘，出現(xiàn)了肥料化、飼料化、能源化、基料化和原料化等多樣化利用模式[3]。棉花秸稈含有豐富的氮、磷、鉀和微量元素，可以作為棉田重要的有機(jī)肥源。秸稈還田是棉稈肥料化利用的主要方式，目前，新疆兵團(tuán)應(yīng)用和探索的主要技術(shù)有機(jī)械化粉碎還田、過(guò)腹還田和炭化還田。

1.1機(jī)械化粉碎還田技術(shù)機(jī)械化粉碎還田技術(shù)是利用秸稈粉碎還田機(jī)將秸稈粉碎后均勻拋灑于土壤表面，然后進(jìn)行耕翻掩埋，以增加土壤有機(jī)質(zhì)，提高作物產(chǎn)量，爭(zhēng)搶農(nóng)時(shí)的一項(xiàng)綜合配套技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)是大面積實(shí)現(xiàn)“以田養(yǎng)田”、保護(hù)環(huán)境、建立高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)農(nóng)業(yè)的有效途徑[4]，在兵團(tuán)廣泛應(yīng)用，一般在秋后棉花收獲后將秸稈粉碎還田，然后利用鏵式犁在入冬之前將棉稈翻埋，也有個(gè)別地區(qū)在來(lái)年春播前進(jìn)行秸稈粉碎還田作業(yè)。

秸稈還田機(jī)械是實(shí)施棉稈機(jī)械化粉碎還田的主體，按照甩刀軸的布置方式，可以分為臥式秸稈切碎還田機(jī)和立式秸稈切碎還田機(jī)[5]。臥式秸稈切碎還田機(jī)主要包括懸掛架、齒輪箱、傳動(dòng)系統(tǒng)、限深輪、機(jī)架和甩刀總成(圖1)。刀軸呈水平配置，安裝在刀軸上的甩刀在縱向垂直面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。甩刀在軸上的排列方式主要采用雙螺線排列，粉碎棉花秸稈多采用L型甩刀，刀片排列密度0.02～0.04片/mm，刀軸額定轉(zhuǎn)速2 000轉(zhuǎn)/min左右[6-7]。該類機(jī)具的工作幅寬一般為1.6～2.2 m，三點(diǎn)懸掛在拖拉機(jī)后方作業(yè)，主要與75馬力以下拖拉機(jī)配套使用。立式秸稈還田機(jī)主要包括懸掛架、限深滑板、安全離合器、甩刀總成、齒輪箱和機(jī)架(圖2)。甩刀總成的立式刀軸上安裝3個(gè)刀盤，每個(gè)刀盤上水平固定了2把刀片，作業(yè)時(shí)刀片水平旋轉(zhuǎn)，將棉花秸稈分層切碎拋撒于田間，實(shí)現(xiàn)棉花秸稈粉碎還田。機(jī)具采用三點(diǎn)懸掛與拖拉機(jī)掛接，工作幅寬集中在1.5～1.8 m，配套動(dòng)力一般在65馬力以下。相比較，臥式秸稈還田機(jī)的甩刀密度高于立式秸稈粉碎還田機(jī)，優(yōu)點(diǎn)是秸稈粉碎效果更好，但是功率消耗大；立式秸稈粉碎還田機(jī)粉碎效率高、拋灑均勻，機(jī)具功率消耗小，但是棉稈粉碎效果差。特別是近年來(lái)隨著棉花品種改良，植株變得粗壯，各自缺點(diǎn)被進(jìn)一步放大。目前，臥式秸稈粉碎還田機(jī)是兵團(tuán)棉田秸稈直接粉碎還田的主力機(jī)型。

注：1.懸掛架；2.齒輪箱；3.傳動(dòng)系統(tǒng)；4.限深輪；5.機(jī)架；6.甩刀總成。圖1　臥式秸稈粉碎還田機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

注：1.懸掛架；2.限深滑板；3.安全離合器；4.甩刀總成；5.齒輪箱；6.機(jī)架。圖2　立式秸稈粉碎還田機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1.2過(guò)腹還田技術(shù)過(guò)腹還田是先將秸稈作為飼料飼喂牛羊等食草家畜，再將家畜排出的糞便經(jīng)過(guò)處理作為有機(jī)肥回歸大田的一種還田方式。棉花秸稈的化學(xué)組成主要為粗蛋白6.5%，纖維素44.1%，木質(zhì)素15.2%，半纖維素10.7%，鈣0.65%，磷0.09%，游離棉酚0.03%[8-9]，有一定的飼用價(jià)值，可以作為反芻家畜的主要飼料來(lái)源。由于在自然狀態(tài)下棉稈粗蛋白質(zhì)含量低而粗纖維含量高，因此消化率低，適口性差，農(nóng)戶很少用來(lái)喂養(yǎng)家畜。目前僅有少量大型飼料廠通過(guò)青貯、氮化、微貯等科學(xué)處理，增加棉花秸稈粗蛋白含量，降低粗纖維含量，去掉有毒的棉酚，將棉花秸稈制成顆粒飼料并提高其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。家畜排出的生糞并不能直接利用，必須經(jīng)過(guò)微生物分解，一般通過(guò)高溫堆肥的方式漚制成養(yǎng)分均衡的有機(jī)肥回歸農(nóng)田?？傮w上，該技術(shù)在推廣過(guò)程中阻力很大，進(jìn)展緩慢，目前僅在兵團(tuán)少數(shù)地區(qū)進(jìn)行示范應(yīng)用。1.3炭化還田技術(shù)炭化還田是近年來(lái)發(fā)展的一項(xiàng)新興技術(shù)，其技術(shù)的核心——生物炭是有機(jī)物在有限氧氣供應(yīng)條件下，并且在相對(duì)較低溫度下(<700 ℃)裂解形成的穩(wěn)定富碳產(chǎn)物[10]，一般含碳60%以上[11]。秸稈炭化還田對(duì)于改良土壤理化性狀、提高肥料利用率、提高作物產(chǎn)量等方面具有重要的作用和意義，是一個(gè)具有吸引力的研究方向，發(fā)展迅速。目前，以棉花秸稈為原料制備生物炭進(jìn)行炭化還田的相關(guān)研究已處于起步階段[12-13]。

2棉花秸稈還田技術(shù)存在的問(wèn)題

2.1秸稈還田技術(shù)模式比較單一目前，兵團(tuán)棉花秸稈基本全部實(shí)現(xiàn)還田，焚燒棉稈的現(xiàn)象得到了遏制，“以田養(yǎng)田”的利用模式已經(jīng)得到農(nóng)戶的全面認(rèn)可。但是，棉稈炭化還田技術(shù)還處于試驗(yàn)研究階段，過(guò)腹還田技術(shù)推廣困難重重，棉稈主要還是采用最為直接的機(jī)械化秸稈粉碎還田技術(shù)進(jìn)行還田，還田方式較為單一，棉稈資源的利用價(jià)值及循環(huán)利用的效應(yīng)還有很大的發(fā)展空間。

2.2秸稈還田機(jī)械的作業(yè)質(zhì)量亟待進(jìn)一步提升棉花秸稈木質(zhì)素含量高，較其他作物秸稈質(zhì)地較為堅(jiān)硬，對(duì)還田機(jī)械的要求較高。目前兵團(tuán)廣泛應(yīng)用高密度種植模式，品種改良后植株粗壯，棉花秸稈產(chǎn)量達(dá)7 500 kg/hm2以上，秸稈密度很大。而一直采用的臥式和立式秸稈粉碎還田機(jī)都屬于無(wú)支撐的切割，刀片極易磨損，功耗大，作業(yè)經(jīng)濟(jì)性和作業(yè)質(zhì)量不高。一般棉稈粉碎長(zhǎng)度在200 mm以上，翻壓入土后，不僅腐熟度降低，難以當(dāng)年成肥。

2.3棉花根茬無(wú)法處理棉花秸稈根部的木質(zhì)素含量高，最難腐變。但是，目前的秸稈還田機(jī)械只能粉碎秸稈的中上部分，一般留茬高度為8～10 cm，再加上埋入土中的根莖，總長(zhǎng)度約20 cm以上，不僅會(huì)導(dǎo)致秋后犁地工作阻力大，而且對(duì)春季鋪膜和播種產(chǎn)生不良影響，一般需要在播種前進(jìn)行人工清理，比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

2.4一些相關(guān)技術(shù)措施尚不夠科學(xué)有研究表明，棉花秸稈還田具有增加土壤有機(jī)質(zhì)、改良土壤結(jié)構(gòu)、促進(jìn)微生物活性和作物生長(zhǎng)等正效應(yīng)，同時(shí)也存在著增加棉花枯、黃萎病發(fā)病機(jī)率，造成土壤碳氮失調(diào)等負(fù)效應(yīng)，翻埋深度、拋灑均勻性、粉碎長(zhǎng)度、還田量、秋施肥技術(shù)等都會(huì)影響秸稈還田的綜合效應(yīng)[14-17]?，F(xiàn)階段，兵團(tuán)棉花秸稈還田屬于一種粗放式還田，更加注重快速騰出農(nóng)田，還田效應(yīng)并沒(méi)能實(shí)現(xiàn)最大化，相關(guān)的農(nóng)藝技術(shù)還需要改進(jìn)。

3提升棉稈還田技術(shù)的建議

3.1大力推廣棉稈過(guò)腹還田技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，過(guò)腹還田技術(shù)較為成熟，已經(jīng)在部分地區(qū)田間應(yīng)用。其涉及到秸稈回收技術(shù)、飼料加工技術(shù)、糞便處理技術(shù)和均勻施肥技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)，一次性投資大，農(nóng)戶自身很難自發(fā)地去應(yīng)用，需要通過(guò)政策引導(dǎo)，結(jié)合地區(qū)畜牧業(yè)發(fā)展需要，扶持相關(guān)企業(yè)提升棉稈飼料化利用的產(chǎn)業(yè)化水平，集中處理糞便，生產(chǎn)有機(jī)肥，降低使用成本。

3.2進(jìn)行傳統(tǒng)秸稈粉碎還田機(jī)械的技術(shù)升級(jí)現(xiàn)有秸稈還田機(jī)械的工作幅寬基本都在2.0 m以下，主要與75馬力以下拖拉機(jī)配套。隨著大馬力拖拉機(jī)的增多，應(yīng)逐步開(kāi)發(fā)幅寬3.0 m以上與120馬力以上拖拉機(jī)配套使用的棉稈粉碎還田機(jī)，進(jìn)一步提高作業(yè)效率并降低作業(yè)成本。同時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)提高軸承、皮帶、切碎刀片、變速箱等零部件的質(zhì)量[18]，提高機(jī)具的可靠性。此外，還應(yīng)針對(duì)高密度植棉模式，加強(qiáng)理論研究，進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力配置等，降低功耗，提高粉碎還田質(zhì)量。

3.3開(kāi)發(fā)具備根茬粉碎還田功能的新機(jī)具兵團(tuán)棉花秸稈雖然是全量還田，但并不是全部粉碎還田?，F(xiàn)有秸稈還田機(jī)具都只能粉碎地表以上的棉稈，還有一定的留茬高度，棉花根茬部分得不到粉碎，難以腐變以致影響其他作業(yè)。為進(jìn)一步提升棉稈還田效果，應(yīng)高度重視根茬的粉碎還田，研制具備根茬粉碎還田功能的新機(jī)具，應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展棉花秸稈拔起后再全部粉碎還田機(jī)械化技術(shù)。

3.4不斷發(fā)展秸稈還田的復(fù)式作業(yè)兵團(tuán)棉花已全部采用地膜覆蓋栽培技術(shù)，殘膜回收是一項(xiàng)需要解決的重要問(wèn)題，秋后是回收殘膜的主要時(shí)期。如果將秸稈先還田再收膜，不僅會(huì)影響收膜作業(yè)，還會(huì)收起很多秸稈，影響還田效果。因此，應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展秸稈還田與殘膜回收的聯(lián)合作業(yè)，同步進(jìn)行秸稈還田和殘膜回收作業(yè)。

3.5加強(qiáng)農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝的進(jìn)一步融合在進(jìn)行機(jī)械化秸稈粉碎還田的同時(shí)，應(yīng)實(shí)施配套的農(nóng)藝措施，通過(guò)增強(qiáng)土壤微生物活性或添加秸稈腐熟劑來(lái)進(jìn)一步加速棉花秸稈的腐解。應(yīng)深入研究棉稈切碎長(zhǎng)度、還田量、翻埋方式和深度、灌溉制度等對(duì)秸稈還田綜合效應(yīng)的影響，合理提出棉花秸稈還田機(jī)作業(yè)質(zhì)量的具體要求，形成科學(xué)的技術(shù)應(yīng)用模式。

4結(jié)語(yǔ)

秸稈還田技術(shù)在兵團(tuán)棉田已經(jīng)應(yīng)用多年，效果顯著，有力地保障了農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收。但是，長(zhǎng)期以來(lái)，該項(xiàng)技術(shù)本身尤其是機(jī)械化粉碎還田技術(shù)發(fā)展緩慢，隨著品種改良、種植模式改變以及大型拖拉機(jī)的逐步普及，暴露出來(lái)的棉桿粉碎質(zhì)量差、功率消耗大、根茬無(wú)法處理等方面的問(wèn)題越發(fā)明顯，急需改善。今后，一方面，需要從技術(shù)本身入手，進(jìn)行升級(jí)和優(yōu)化，另一方面，需要從配套農(nóng)藝技術(shù)入手，進(jìn)行融合匹配，共同推進(jìn)棉花秸稈還田向著精細(xì)還田、高效還田、多元還田的方向發(fā)展，進(jìn)一步提高棉花秸稈還田的綜合效應(yīng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭重，賴先齊，鄧湘娣，等.新疆棉區(qū)秸稈還田技術(shù)和養(yǎng)分需要量的初步估算[J].棉花學(xué)報(bào)，2000,12(5)：264-266.

[2] 吳杰.新疆棉花秸稈利用現(xiàn)狀分析與探討[J].中國(guó)棉花，2005，32(2)：9-11.

[3] 王雙磊，李金埔，趙洪亮，等.棉花秸稈利用現(xiàn)狀與還田潛力分析研究[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2014,45(2)：310-315.

[4] 劉起麗，段長(zhǎng)勇，張嫣紫，等.秸稈還田技術(shù)研究進(jìn)展[J].河南科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2012,40(6)：25-27.

[5] 孫學(xué)軍，王頻.秸稈切碎還田機(jī)的研究現(xiàn)狀與思考[J].新疆農(nóng)機(jī)化，2001(2)：41-43.

[6] 段宏兵，陳學(xué)庚，李亞雄，等.莖稈切碎還田機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用前景[J].新疆農(nóng)機(jī)化，2003(2)：57-58.

[7] 丁艷，彭卓敏，夏建林.國(guó)內(nèi)典型秸稈還田技術(shù)及機(jī)具的比較與分析[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化，2010(3)：43-46.

[8] 魏敏，雒秋江，潘蓉，等.對(duì)棉花秸稈飼用價(jià)值的基本評(píng)價(jià)[J].新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003(1)：4-7.

[9] 魏敏，雒秋江，王東寶，等.棉花秸稈作為綿羊粗飼料的研究[J].草食家畜，2003(3)：47-49.

[10] 孟軍，張偉明，王紹斌，等.農(nóng)林廢棄物炭化還田技術(shù)的發(fā)展與前景[J].沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011,42(4)：387-392.

[11] 顧美英，劉洪亮，李志強(qiáng)，等.新疆連作棉田施用生物炭對(duì)土壤養(yǎng)分及微生物群落多樣性的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014,47(20)：4128-4138.

[12] 姚紅宇，唐光木，葛春輝，等.炭化溫度和時(shí)間與棉桿炭特性及元素組成的相關(guān)關(guān)系[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013,29(7):199-206.

[13] 馬彥茹，楊新華，葛春輝，等.棉稈生物質(zhì)炭對(duì)兩種石灰性土壤速效磷、速效鉀的激活效應(yīng)研究[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014,51(4)：660-666.

[14] 李彥斌，劉建國(guó)，程相儒，等.秸稈還田對(duì)棉花生長(zhǎng)的化感效應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2009,29(9)：4942-4948.

[15] 韓雅嬌，朱新萍，楊寶和，等.土壤濕度和機(jī)械長(zhǎng)度對(duì)棉花秸稈分解率的影響[J].農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報(bào)，2014,31(1)：69-73.

[16] 潘劍玲，代萬(wàn)安，尚占環(huán)，等.秸稈還田對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和氮素有效性影響及機(jī)制研究進(jìn)展[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2013,21(5)：526-535.

[17] 韓永俊，尹大慶，趙艷忠.秸稈還田的研究現(xiàn)狀[J].農(nóng)機(jī)化研究，2003(2)：39-40.

[18] 杜長(zhǎng)征.我國(guó)秸稈還田機(jī)械化的發(fā)展現(xiàn)狀與思考[J].農(nóng)機(jī)化研究，2009(7)：234-236.

The Present Application and Thinking about Technique of Cotton Stalks Returned to Field in Xinjiang Corps

QI Liang1, CAO Si-lin2*, LU Yong-tao2et al(1. The Eighth Division of Science and Technology Bureau, Xinjiang Production and Construction Corps, Shihezi, Xinjiang 832000; 2. Xinjiang Academy of Agricultural and Reclamation Science, Shihezi, Xinjiang 832000)

AbstractThis study reviewed the present situation and application of straw technology in XPCC cotton production by introducing the technologies like mechanized chpping, straw returning, and carbonization returning. Meanwhile problems still exist. However, new suggestions aiming at promoting the upgrade and the combined effect of straw technology aslo were put forward.

Key wordsXinjiang Corps; Cotton; Cotton stalks returned to field; Application status

收稿日期2015-11-25

作者簡(jiǎn)介戚亮(1968- )，男，新疆石河子人，副研究員，碩士，從事科研管理工作。*通訊作者，副研究員，碩士，從事旱作農(nóng)業(yè)裝備研究。

基金項(xiàng)目農(nóng)業(yè)部行業(yè)專項(xiàng)(201503136-11)。

中圖分類號(hào)S 141.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2015)36-154-03