萬慧婷

(會寧縣農(nóng)業(yè)機(jī)械化服務(wù)中心，甘肅 會寧 730700)

0 引言

我國農(nóng)作物種類豐富，每年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中各類秸稈產(chǎn)量高達(dá)7億t左右[1]，玉米是我國重要糧食作物之一，在我國種植面積廣泛，其秸稈年產(chǎn)量可達(dá)3.5億t。

秸稈還田是當(dāng)今世界普遍重視的一種秸稈資源高效利用、培肥地力的措施，在杜絕秸稈焚燒帶來的大氣、生態(tài)及土壤環(huán)境污染的同時，還可以增加土壤有機(jī)質(zhì)，改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤菌群及生物量，對作物生長起到提質(zhì)增產(chǎn)的作用[2]。秸稈還田類型主要分為秸稈粉碎還田、秸稈覆蓋還田、秸稈堆漚還田、秸稈過腹還田等，目前主要以秸稈粉碎后進(jìn)行翻耕，直接將粉碎的秸稈翻壓在土壤中，保證秸稈營養(yǎng)成分充分發(fā)揮功效。

隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的不斷推進(jìn)及秸稈綜合利用技術(shù)水平的不斷提升，秸稈還田機(jī)械的研制極大地提高了秸稈綜合利用效率，減輕農(nóng)戶田間勞動強度，促進(jìn)了秸稈還田技術(shù)的推廣及普及。目前，秸稈還田機(jī)按刀片類型分有甩刀式、錘爪式和直刀式[3]，根據(jù)不同地區(qū)實際生產(chǎn)情況進(jìn)行選擇。但是秸稈還田機(jī)械在實際應(yīng)用工作時，存在農(nóng)機(jī)具配套不合理、秸稈粉碎程度不達(dá)標(biāo)、田間工作效率低等問題，限制了秸稈粉碎還田技術(shù)效率的提升，制約了秸稈綜合利用技術(shù)的推廣應(yīng)用。

本研究對秸稈還田機(jī)械化技術(shù)的研究意義進(jìn)行分析，系統(tǒng)論述目前國內(nèi)外秸稈還田機(jī)械化技術(shù)及相關(guān)機(jī)械的應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀，提出目前關(guān)于玉米秸稈還田機(jī)械化技術(shù)存在的主要問題與限制條件，并給出相應(yīng)的發(fā)展建議及研究方向，旨在為提高我國玉米秸稈還田機(jī)械化水平與工作效率提供技術(shù)參考，研究結(jié)果對于提升秸稈綜合利用水平及保護(hù)性耕作技術(shù)的推廣應(yīng)用起到一定的推動作用。

1 玉米秸稈還田機(jī)械化的研究意義

1.1 提高土壤有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分含量

相關(guān)研究均表明，對土壤進(jìn)行連續(xù)多年的秸稈還田，可以提高土壤有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分含量，吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)通過在田間進(jìn)行5年定位試驗，每年進(jìn)行玉米秸稈粉碎還田后得出，與對照組相比，土壤有機(jī)質(zhì)含量提升25%，全氮、全磷、全鉀含量分別提升15%、21%、31%。這主要是由于秸稈在發(fā)酵腐解過程中，釋放自身養(yǎng)分，作為一種天然有機(jī)肥，連續(xù)多年可以達(dá)到培肥地力的效果。

1.2 改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤通氣性

研究表明，秸稈還田發(fā)酵腐解后，可以增加土壤孔隙度，土壤容重下降，提升土壤中水穩(wěn)定性團(tuán)聚體總數(shù)量，土壤空氣組成與大氣空氣組成近似(表1)。土壤通氣性是土壤中氣體和大氣之間不停地進(jìn)行氣體互換的功能，由于目前農(nóng)業(yè)機(jī)械的廣泛使用，機(jī)械碾壓會造成土壤板結(jié)、土壤緊實，造成土壤通氣性降低，目前提出大批先進(jìn)技術(shù)來改善土壤通氣性，如加氣灌溉技術(shù)等[4]。秸稈在發(fā)酵腐解過程中會使土壤變得疏松，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤與大氣之間的氣體交換，土壤可以獲得較為穩(wěn)定的氧氣含量，促進(jìn)土壤中微生物及植株根系的生長代謝活動[5]，可以為作物生長提供一個良好的生長環(huán)境。

表1 土壤空氣與大氣空氣組成成分比較

1.3 提高土壤酶活性

土壤酶是土壤微生物活性的重要指標(biāo)之一。玉米秸稈中含有大量的化學(xué)能量及營養(yǎng)物質(zhì)，是土壤中微生物及土壤動物進(jìn)行各項生命代謝活動的重要能量來源，秸稈還田在提高土壤通氣性的基礎(chǔ)上，給土壤中植株根系、微生物有氧呼吸提供一個適宜的氧氣環(huán)境，釋放出的化學(xué)能量及營養(yǎng)物質(zhì)可以為其生命代謝活動提供原料，加強了土壤中養(yǎng)分轉(zhuǎn)化與釋放。

1.4 實現(xiàn)作物的提質(zhì)增產(chǎn)

基于上述秸稈還田的優(yōu)勢條件，秸稈還田改善土壤環(huán)境的同時提高土壤肥力及蓄水保墑能力，為作物生長提供一個良好的生長條件達(dá)到作物提質(zhì)增產(chǎn)、農(nóng)戶增收的目的。該項研究在黑龍江地區(qū)、吉林、山東及河北等多地資料均表明，實施秸稈還田后，玉米、小麥、大豆等作物提高產(chǎn)量6.5%～12.1%左右。

2 玉米秸稈還田技術(shù)主要推廣應(yīng)用模式

2.1 寒地玉米秸稈深翻技術(shù)

東北地區(qū)玉米秸稈資源豐富，約占全國總量的35%以上，但是由于東北地區(qū)積溫低，玉米秸稈粉碎后撒在地表難以進(jìn)行發(fā)酵腐熟，因此在東北地區(qū)采用玉米秸稈粉碎后深翻還田。主要是在玉米聯(lián)合收獲后，對玉米秸稈進(jìn)行粉碎后均勻拋撒在土壤表面，然后采用大馬力拖拉機(jī)帶動旋耕機(jī)進(jìn)行土壤深翻，實現(xiàn)黑土地深層土壤增碳的作用，提高土壤耕作層有機(jī)質(zhì)含量，降低土壤容重，改善土壤理化結(jié)構(gòu)，提高蓄水保墑能力，主要工作流程如圖1所示。

圖1 寒區(qū)秸稈還田技術(shù)工作流程圖

2.2 黃淮海地區(qū)玉米秸稈旋耕還田技術(shù)模式

黃淮海地區(qū)主要采用小麥—玉米輪作的種植模式，在小麥?zhǔn)斋@時期，利用秸稈粉碎機(jī)將麥茬直接在田間進(jìn)行粉碎后拋撒在土壤表面，直接進(jìn)行免耕玉米播種；在玉米收獲時期，利用秸稈粉碎機(jī)進(jìn)行秸稈粉碎，并配合大馬力機(jī)械進(jìn)行土壤旋耕，完成秸稈還田作業(yè)環(huán)節(jié)后進(jìn)行小麥種植。該生產(chǎn)模式下，旋耕還田技術(shù)可以一次性完成碎土、松土、秸稈還田機(jī)整地等作業(yè)環(huán)節(jié)，提高作業(yè)效率的同時省時省力，方法簡單，易于在不同地區(qū)進(jìn)行大面積推廣應(yīng)用。主要工作流程如圖2所示。

圖2 黃淮海地區(qū)玉米秸稈還田工作流程示意圖

2.3 西北旱田玉米秸稈覆蓋還田技術(shù)模式

西北旱區(qū)進(jìn)行玉米收獲后，將農(nóng)作物秸稈粉碎后直接覆蓋在地表，不進(jìn)行土壤深翻或者旋耕，在第二年采用免耕播種機(jī)進(jìn)行播種作業(yè)，定期進(jìn)行深松，主要是為了防止水土流失，減少對土壤的擾動，但是需要配合一定的土壤深松、淺耕整地及病蟲害防治技術(shù)，主要作業(yè)流程如圖3所示。

圖3 西北旱區(qū)玉米秸稈還田工作流程示意圖

2.4 南方熱區(qū)玉米秸稈快速腐熟還田模式

在我國南方地區(qū)一年三熟的作物種植模式及高溫條件下，玉米秸稈收獲后就地粉碎，并通過添加相應(yīng)的化學(xué)或生物腐熟劑實現(xiàn)秸稈短期內(nèi)快速發(fā)酵腐熟，不影響下一茬作物的種植時間。該技術(shù)快速便捷，可以保證秸稈在短時間內(nèi)完全腐熟，成本相對較低，增產(chǎn)效果顯著，具有良好的社會效益、經(jīng)濟(jì)效益及生態(tài)效益。

2.5 玉米秸稈過腹還田技術(shù)模式

玉米秸稈過腹還田又稱為“秸稈—畜禽飼料—有機(jī)肥”技術(shù)模式，是指將秸稈粉碎還田后，利用秸稈收儲運技術(shù)，通過在秸稈表面添加營養(yǎng)元素或其他物質(zhì)，形成適口性、營養(yǎng)豐富的畜禽飼料，畜禽食用后排出糞便作為有機(jī)肥進(jìn)行還田，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，減少化肥使用，在實現(xiàn)秸稈綜合利用的同時實現(xiàn)畜禽糞便的高效利用，促進(jìn)農(nóng)業(yè)資源的高效利用，主要工作流程如圖4所示。

圖4 玉米秸稈過腹還田技術(shù)模式工作流程示意圖

3 玉米秸稈還田機(jī)械化技術(shù)推廣應(yīng)用發(fā)展方向

加快實現(xiàn)玉米秸稈還田機(jī)械化技術(shù)的大面積推廣與應(yīng)用，首先應(yīng)該提高玉米秸稈還田機(jī)械的自動化程度與工作效率，其次是要在不同生產(chǎn)地區(qū)選擇適合的玉米秸稈還田機(jī)械化技術(shù)生產(chǎn)模式，機(jī)械與技術(shù)模式相輔相成，缺一不可，在此基礎(chǔ)上，加大對該技術(shù)的宣傳與相應(yīng)的補貼政策，提高農(nóng)戶的積極性，提高技術(shù)推廣工作效率。

3.1 加強玉米秸稈還田機(jī)械的創(chuàng)新

由于我國農(nóng)業(yè)機(jī)械相關(guān)研究起步較晚，技術(shù)水平與發(fā)達(dá)國家相差較遠(yuǎn)，目前秸稈還田機(jī)械制造存在研發(fā)創(chuàng)新能力不足、研究過程較為粗放及配套產(chǎn)品不完善，關(guān)鍵零部件、鑄造噴漆、電子元件及高精度技術(shù)等細(xì)微地方研發(fā)能力不足，結(jié)構(gòu)配合性能較差，所以導(dǎo)致整體品質(zhì)難以提升，其核心零部件依賴進(jìn)口，研發(fā)成本較高，難以在農(nóng)戶中進(jìn)行推廣使用。目前，市面上自主研發(fā)的秸稈還田機(jī)械多為國外相關(guān)技術(shù)的仿制，工作效率不能滿足田間農(nóng)藝要求，尤其是秸稈粉碎過程中，秸稈粉碎程度低，導(dǎo)致秸稈還田后無法進(jìn)行腐熟發(fā)酵，不能消滅秸稈中存在的病蟲卵等，會影響后期作物生長，加重病蟲害發(fā)生的概率。在今后機(jī)械自主研發(fā)中，應(yīng)該加強農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝相互結(jié)合，以我國實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)背景為出發(fā)點，以秸稈粉碎特性為理論基礎(chǔ)，在保證秸稈粉碎程度滿足農(nóng)藝要求的前提下，研制出適宜于我國農(nóng)藝種植要求及不同秸稈種類下的秸稈還田機(jī)械。

3.2 因地制宜選擇秸稈還田機(jī)械化技術(shù)模式

我國地域遼闊，不同地區(qū)特色作物品種、生產(chǎn)模式、氣候條件都不相同。例如，在南方地區(qū)水稻秸稈資源豐富、新疆棉稈資源豐富、中原小麥秸稈資源豐富，可以參考目前已經(jīng)成熟秸稈還田機(jī)械化技術(shù)模式進(jìn)行借鑒與創(chuàng)新，因地制宜，形成適合當(dāng)?shù)匕l(fā)展的秸稈還田技術(shù)模式。

3.3 加大秸稈還田機(jī)械化技術(shù)的宣傳力度與政策補貼

在相對信息較為閉塞的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域，由于農(nóng)戶文化水平較低，對傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式依賴性較強，因此，為了順利開展秸稈還田機(jī)械化技術(shù)的推廣與應(yīng)用，應(yīng)該對農(nóng)戶進(jìn)行相應(yīng)的政策補貼，提高農(nóng)戶的積極性，推動當(dāng)?shù)亟斩掃€田機(jī)械化技術(shù)的應(yīng)用。

4 結(jié)論

隨著保護(hù)性耕作技術(shù)在世界范圍的逐漸推進(jìn)，我國提出了要貫徹落實農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展的要求，促進(jìn)農(nóng)作物秸稈的綜合利用，提出要根據(jù)不同地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式選取適宜的作物秸稈綜合利用方式。目前，我國應(yīng)用最為廣泛、作業(yè)環(huán)節(jié)最為簡單、工作效率最高的方式就是將秸稈直接還田，作為一種生物有機(jī)肥達(dá)到培肥地力、促進(jìn)作物生長的目的。本研究選取我國數(shù)量最多的玉米秸稈為研究對象，首先，系統(tǒng)闡述玉米秸稈還田對資源高效利用、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要意義與發(fā)展前景；其次，提出秸稈還田機(jī)械化推廣及應(yīng)用中的主要限制條件，目前秸稈還田機(jī)械化存在工作效率低、機(jī)械可靠性較差、配套農(nóng)機(jī)具較少等問題；最后，針對以上問題，應(yīng)該提高秸稈還田機(jī)械自主研發(fā)能力，以農(nóng)藝與農(nóng)機(jī)結(jié)合為基礎(chǔ)，以不同種類秸稈物理特性為前提條件，對我國目前秸稈還田機(jī)械關(guān)鍵零部件進(jìn)行創(chuàng)新性研究，并提高配套機(jī)械的自主研發(fā)能力，通過提高政策鼓勵及模式創(chuàng)新，提高秸稈還田機(jī)械化技術(shù)在全國范圍內(nèi)的應(yīng)用與普及，研究結(jié)果對于我國農(nóng)業(yè)機(jī)械能力的綜合提升及秸稈資源的高效利用提供技術(shù)參考。