程 晉

（遼寧省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，沈陽(yáng) 110161）

《黑土地保護(hù)法》作為我國(guó)第一部針對(duì)黑土區(qū)黑土地資源利用與保護(hù)的國(guó)家法律，明確了保護(hù)黑土地對(duì)我國(guó)糧食安全和生態(tài)安全的重要意義。國(guó)家出臺(tái)的《東北黑土地保護(hù)性耕作行動(dòng)計(jì)劃（2020—2025年）》已在遼寧深入實(shí)施[1]，提出2025年完成保護(hù)性耕作面積133.33 hm2的目標(biāo)。遼寧省的黑土地保護(hù)性耕作任務(wù)目前只包含旱地大田種植，暫時(shí)不包含水田種植。

1 水田黑土地保護(hù)性耕作的意義

黑土地保護(hù)性耕作的提出是為了保護(hù)黑土地資源，穩(wěn)步恢復(fù)提升黑土地基礎(chǔ)地力，促進(jìn)資源可持續(xù)利用，維護(hù)生態(tài)平衡，保障國(guó)家糧食安全。水稻作為遼寧省第二大糧食作物，常年種植面積在53.33 hm2以上，占全省糧食作物種植面積的15%左右。

水稻種植需要使用大量的化肥、農(nóng)藥，還需要大量的灌溉用水。經(jīng)過(guò)多年的種植，水稻田土壤微生物活性降低、土壤容重增加，導(dǎo)致土壤板結(jié)、保水保肥及儲(chǔ)熱能力降低、鹽堿化加重等問(wèn)題，表明水田黑土地已開(kāi)始退化。因此，實(shí)施黑土地保護(hù)性耕作在水田種植中也具有重要意義。

2 水田黑土地保護(hù)性耕作的方法

2.1 水稻秸稈還田的作用

遼寧省水田土壤以潮棕壤、草甸土和潮土為主。秋冬季節(jié)因水田土壤含水率較高，風(fēng)蝕現(xiàn)象較少，秋季收獲后水田可采用秸稈粉碎還田作業(yè)，以增加土壤有機(jī)質(zhì)；也可隔年進(jìn)行翻耕作業(yè)，以減少水田連作的蟲(chóng)害和草害。春季可采用秸稈還田旋耕耙地作業(yè)，以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。

水稻秸稈還田不僅可以減少秸稈資源的浪費(fèi)和焚燒秸稈帶來(lái)的空氣污染，還可以改善土壤的物理性狀，整體增加土壤水、肥、熱容量等生態(tài)效益。秸稈還田后可以大大提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，提升土壤蓄水保肥能力，加快植株根系生長(zhǎng)，提高植株對(duì)土壤中氮素的吸收效率，增加水稻產(chǎn)量，對(duì)于維持水稻可持續(xù)增產(chǎn)具有重要作用。此外，秸稈進(jìn)入土層中可以為微生物繁育提供足夠的營(yíng)養(yǎng)，提高土壤酶活性[2]，使土壤中營(yíng)養(yǎng)成分更易被植株吸收，響應(yīng)了國(guó)家“藏糧于地、藏糧于技”的糧食安全戰(zhàn)略。

水稻秸稈還田并施化肥與秸稈不還田施化肥兩種方式相比，水稻秸稈還田并施化肥方式的施肥量減少，土壤中N，P，K等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量均有所增加，土壤結(jié)構(gòu)改良顯著，保肥供肥能力均有所提升。

2.2 水稻秸稈還田的技術(shù)模式

2.2.1 水稻秸稈直接還田水稻秸稈直接還田是指將未經(jīng)化學(xué)或生物處理過(guò)的水稻秸稈直接打碎，然后旋耕、翻耕埋入土壤中。這種模式可以去除藏在秸稈中的害蟲(chóng)，降低蟲(chóng)源數(shù)量，從而減輕蟲(chóng)害。

水稻秸稈直接還田的缺點(diǎn)是不利于水稻插秧、增加水稻病害、降低水田地溫等。一是水稻秸稈腐化過(guò)程中需要吸收外部土壤中的氮、磷和水，如果田塊少水少肥，水稻秸稈腐化就會(huì)與水稻生長(zhǎng)爭(zhēng)水爭(zhēng)肥，不利于水稻壯苗，影響秸稈還田的效果[3]。二是水稻秸稈直接還田可能導(dǎo)致地溫過(guò)低，不利于秸稈腐化，且會(huì)影響水稻插秧及生長(zhǎng)。三是水稻秸稈直接還田會(huì)將水稻秸稈中的病害回歸土壤，有可能加重土傳病害的發(fā)生。

2.2.2 水稻秸稈腐熟還田水稻秸稈腐熟還田是一種間接還田方式，先將水稻秸稈進(jìn)行腐熟，然后再與土壤混埋。這種模式與秸稈直接還田相比，水稻秸稈更易腐化，且不影響插秧。秸稈轉(zhuǎn)化成生物有機(jī)肥的轉(zhuǎn)化率高，肥料養(yǎng)分豐富，有機(jī)質(zhì)和N，P，K元素及微量元素含量高。此外，水稻秸稈在腐熟中還可以升溫滅活秸稈中的蟲(chóng)卵和雜草種子，以及多種病菌，從而降低土傳病害發(fā)生的可能性。

水稻秸稈腐熟還田的缺點(diǎn)是腐熟時(shí)間較長(zhǎng)，且受環(huán)境溫濕度影響較大，勞動(dòng)力強(qiáng)度及設(shè)備資金要求較高。雖然目前催腐劑、酵素劑等催化劑已經(jīng)大規(guī)模推廣開(kāi)來(lái)，可以縮短腐熟時(shí)間，但農(nóng)戶(hù)在使用過(guò)程中具體問(wèn)題仍時(shí)有發(fā)生，有待進(jìn)一步加以解決。

在大規(guī)模集成工廠化生產(chǎn)下，可以先對(duì)腐化菌種進(jìn)行培育，然后經(jīng)高溫堆腐、機(jī)械翻動(dòng)、生物發(fā)酵等過(guò)程，通過(guò)現(xiàn)代化設(shè)備設(shè)定好溫度、濕度、時(shí)間等參數(shù)，使水稻秸稈充分轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)的生物有機(jī)肥。但這需要較高的設(shè)備運(yùn)營(yíng)成本，操作難度較大。

2.2.3 生物炭還田生物炭是一種固態(tài)物質(zhì)，具有炭的一些特性，如表面積比大、多孔等。生物炭可以由水稻秸稈在少氧環(huán)境中進(jìn)行高溫裂解而得到。水稻秸稈經(jīng)過(guò)加工成為生物炭后，碳存儲(chǔ)更穩(wěn)定，可以作為碳封存的重要方法。生物炭與土壤進(jìn)行混合后，可以改良土質(zhì)，增加土壤團(tuán)聚體，促進(jìn)微生物生態(tài)發(fā)展，提高土壤水肥保持能力，且有效性長(zhǎng)。

生物炭的燒制方法與制作工藝對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)有較大影響，生物炭對(duì)各種類(lèi)型土壤的應(yīng)用效果還缺乏長(zhǎng)時(shí)期的觀察研究。

3 水田黑土地保護(hù)性耕作的機(jī)具

目前遼寧省水稻秸稈還田作業(yè)模式主要為秸稈低留茬犁翻作業(yè)和秸稈高留茬犁翻作業(yè)。秸稈低留茬犁翻作業(yè)過(guò)程為：收獲機(jī)采用低留茬，將收獲后的秸稈粉碎成小段并均勻拋撒于地表，然后用鏵式犁或耙地機(jī)將粉碎后的秸稈與茬子一起翻埋至地下，春季用旋耕機(jī)整地泡田。秸稈高留茬犁翻作業(yè)過(guò)程為：收獲機(jī)采用高留茬，將收獲后的秸稈殘茬用秸稈粉碎還田機(jī)打碎還田，然后用鏵式犁或耙地機(jī)將粉碎后的秸稈與茬子一起翻埋至地下，春季用旋耕機(jī)整地泡田。

水稻秸稈還田作業(yè)使用的機(jī)具包括：1）水稻秸稈粉碎機(jī)（如圖1 所示）。該機(jī)具采用錘片式甩刀對(duì)地表秸稈進(jìn)行粉碎還田，作業(yè)效率高。2）翻耕犁（如圖2所示）。該機(jī)具作業(yè)深度大，秸稈壓埋效果好，但需要配套動(dòng)力較大，作業(yè)效率低。3）動(dòng)力圓盤(pán)耙（如圖3所示）。該機(jī)具作業(yè)速度快，效率高，但需要配套動(dòng)力較大。4）旋耕整地機(jī)（如圖4 所示）。該機(jī)具通過(guò)旋耕刀片對(duì)秸稈與土壤進(jìn)行粉碎混合，作業(yè)效率高。

圖1 水稻秸稈粉碎機(jī)Figure 1 Rice straw grinder

圖2 翻耕犁Figure 2 Plowing plough

圖3 動(dòng)力圓盤(pán)耙Figure 3 Power disk rake

圖4 旋耕整地機(jī)Figure 4 Rotary tillage and land preparation machine

4 結(jié)語(yǔ)

黑土地保護(hù)性耕作在遼寧省水田作業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)大力提倡，但在實(shí)際實(shí)施過(guò)程中也遇到一些問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)廠商研制的機(jī)具多采用傳統(tǒng)旋耕機(jī)作為秸稈還田機(jī)，碎土效果較好，但對(duì)秸稈殘茬翻埋效果的研究較為薄弱。相關(guān)機(jī)具主要存在耕深過(guò)淺、翻埋效果較差、秸稈漂浮等問(wèn)題，大多處于試驗(yàn)階段，應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的較少或存在部分問(wèn)題影響其推廣效果及農(nóng)戶(hù)接受程度。今后的研究重點(diǎn)在于適宜水田黑土地保護(hù)性耕作的技術(shù)模式及配套機(jī)具。