朱倩倩 許詠梅 謝香文 張曄山

（1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所 新疆 烏魯木齊 830091；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院拜城農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站 新疆 拜城 842300）

據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示，2022 年新疆棉花種植面積已超過(guò)254.05 萬(wàn)hm2，棉花產(chǎn)量約512.9 萬(wàn)t，而棉花棉稈年產(chǎn)量在2 000 萬(wàn)t 以上[1]。 棉稈中含有大量的新鮮有機(jī)物料，是一種重要的生物質(zhì)資源。 棉稈還田是替代焚燒措施與飼料化對(duì)棉稈實(shí)現(xiàn)有效利用的重要方式[2]。 棉稈還田不僅是改善長(zhǎng)期連作棉田土壤結(jié)構(gòu)、培肥地力、蓄水保濕的有效措施，還能有效提高棉花的光合能力，增加籽棉產(chǎn)量[3]。 棉稈中含有大量的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，還含有單寧、果膠素、樹脂、脂肪、蠟、色素和灰分等少量組分[4-5]，是一種寶貴的可再生有機(jī)肥資源存量。 但新疆氣候干旱，棉稈密度大，周年秋收后將棉花秸稈直接翻耕還田，還田量大，棉稈腐解不徹底，不僅造成翌年棉花播種覆膜時(shí)容易扎破地膜，降低覆膜的質(zhì)量，又破壞了土壤的墑情。 棉花秸稈粗、硬、木質(zhì)素含量高，直接還田后不能及時(shí)釋放養(yǎng)分，且周年將棉稈翻耕入土壤，更增加了土壤的負(fù)擔(dān)，使土壤的肥效降低。 有效提高棉稈還田的腐解率及養(yǎng)分釋放效率已成為棉稈高效還田的重要研究方向。 因此，加快推進(jìn)棉稈高效健康還田技術(shù)應(yīng)用對(duì)提升連作棉田耕作質(zhì)量具有重要意義。 本文作者通過(guò)多年開展不同棉稈粉碎度、 腐熟劑添加量與還田深度等試驗(yàn)和大面積推廣示范， 總結(jié)了棉花棉稈高效健康還田關(guān)鍵技術(shù)， 以期為該地區(qū)棉稈還田規(guī)?；瘧?yīng)用提供技術(shù)參考。

1 技術(shù)原理

棉稈直接還田，是指棉稈直接粉碎后結(jié)合翻耕、旋耕和深松等耕作方式進(jìn)行還田， 直接還田后的棉稈作為一種新鮮的有機(jī)物料在微生物的作用下在土壤中礦化分解，轉(zhuǎn)化成有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分。 其腐解過(guò)程中的中間產(chǎn)物，如纖維素、半纖維素、木質(zhì)素，是棉稈轉(zhuǎn)化為有機(jī)質(zhì)的關(guān)鍵物質(zhì)， 這些中間產(chǎn)物含量的高低直接影響有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化量。 而中間產(chǎn)物多糖能將土壤礦物質(zhì)顆粒聚集為團(tuán)聚體， 增加土壤大團(tuán)聚體數(shù)量和孔隙度，降低土壤容重，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高耕層土壤蓄水保墑的能力[6-7]。

棉稈機(jī)械化直接還田技術(shù)是利用具有殘膜分離回收的棉稈粉碎機(jī)械，在田間將棉稈直接物理粉碎，并將殘膜分離出來(lái)，再配合深耕機(jī)械翻耕施入土壤。這種還田技術(shù)操作簡(jiǎn)單便捷且具有極強(qiáng)的機(jī)械性，降低了人工成本和勞動(dòng)強(qiáng)度， 縮短了棉稈處理的時(shí)間，使得棉稈在土壤中的腐解周期較長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)棉稈高效肥料化。?

2 作業(yè)前準(zhǔn)備

2.1 田塊準(zhǔn)備

確保棉田滴灌帶與地膜已回收， 并清除田間棉花病殘?bào)w。 作業(yè)前應(yīng)清除通向田間道路上的障礙物，不能清除的障礙物應(yīng)加以標(biāo)記。

2.2 機(jī)具選擇與使用

根據(jù)棉花種植模式、棉稈硬度、含水量、棉稈粉碎后的含雜率、邊膜收凈率等收獲要求，推薦使用具有殘膜分離回收的棉稈粉碎機(jī)械。 棉稈粉碎還田機(jī)械 應(yīng) 符 合GB 15369-2004、NY/T 742-2003、NY/T 500-2015、GB/T 24675.6-2021 的有關(guān)規(guī)定。

2.3 粉碎還田機(jī)械工作前調(diào)整

在進(jìn)行棉稈還田作業(yè)前先對(duì)棉稈粉碎還田機(jī)械進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。 在空地上將粉碎機(jī)稍離開地面，查看粉碎機(jī)左右是否水平，隨后將粉碎機(jī)進(jìn)行試作業(yè)，在預(yù)定留茬高度的情況下觀看粉碎機(jī)是否與地面水平，確保轉(zhuǎn)動(dòng)軸處于正常的工作狀態(tài)。

2.4 留茬高度的調(diào)整

為盡可能保證一致的留茬高度， 應(yīng)進(jìn)行留茬高度的調(diào)節(jié)。 保證最低留茬高度以刀刃口水平緊貼地面且不入土為宜，否則將加速刀刃口磨損，降低粉碎效果并增大拖拉機(jī)的負(fù)荷。

棉花收獲后棉稈內(nèi)的水分、糖類較多，棉稈相對(duì)較容易切碎，粉碎度易達(dá)到作業(yè)要求，有利于提高粉碎效率，故棉花收獲后應(yīng)立即進(jìn)行棉稈粉碎，機(jī)械作業(yè)時(shí)間不宜晚于10 月中旬。

2.5 棉稈粉碎時(shí)間的確定

2.6 棉稈機(jī)械粉碎覆蓋作業(yè)

2.6.1 作業(yè)條件 土壤含水率應(yīng)適中， 不宜超過(guò)30%，以不陷車為適度，也不宜過(guò)低，土壤含水率≤15%時(shí)土壤中有效菌的活性、后茬作物的萌發(fā)率及生長(zhǎng)速度均降低，從而影響棉稈的分解速率。 作業(yè)機(jī)組要有足夠的承載能力， 作業(yè)時(shí)要控制留茬高度和行走速度，保證粉碎質(zhì)量。

2.6.2 作業(yè)要求 棉花收獲后利用棉稈粉碎機(jī)械直接將棉稈就地粉碎拋撒至地表。 在棉稈粉碎還田作業(yè)的過(guò)程中要及時(shí)檢查粉碎后的棉稈長(zhǎng)度， 粉碎長(zhǎng)度應(yīng)≤10 cm，粉碎長(zhǎng)度合格率應(yīng)≥90%，盡量避免連片漏粉和棉稈堆積現(xiàn)象的發(fā)生。 棉稈留茬以低留茬為宜， 留茬高度≤10 cm， 拋撒均需率≥80%， 漏切率≤0.5%。 對(duì)覆蓋不均的棉稈進(jìn)行必要的人為輔助處理，使棉稈覆蓋均勻。 作業(yè)中隨時(shí)觀察作業(yè)質(zhì)量，如果發(fā)現(xiàn)作業(yè)質(zhì)量或機(jī)具出現(xiàn)問(wèn)題， 必須先將發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后方可進(jìn)行調(diào)整和排除故障操作。

3 棉稈翻耕還田作業(yè)

3.1 棉稈翻耕還田時(shí)間

粉碎后的棉稈應(yīng)立即翻耕還田，不宜晚于10 月30 日。此時(shí)棉稈的含水率較高，糖類等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量較豐富，及時(shí)翻耕不僅有利于加速棉稈腐解，保證還田的最佳效果，還能防止棉稈的風(fēng)吹堆積，避免水分養(yǎng)分的流失。

3.2 添加菌劑

棉稈硬度高且木質(zhì)素和纖維素含量較高， 還田后徹底腐解需要較長(zhǎng)的時(shí)間， 會(huì)影響翌年棉花的播種。 因此為了加快棉稈的腐解，在棉稈粉碎后，配合噴灑棉稈腐熟劑30 kg/hm2， 將棉稈腐熟菌劑按照菌劑∶水為1∶15 000 的比例加入農(nóng)用打藥機(jī)， 攪勻后均勻噴灑在棉稈上。

3.3 配施氮肥

棉稈還田需補(bǔ)施氮肥，平衡C/N，為微生物提供氮源物質(zhì)，緩解作物與微生物爭(zhēng)奪氮素的矛盾，加快棉稈的腐化速度，提高棉稈腐解效率。 在噴灑菌劑時(shí)配施適量的氮肥，均勻噴灑在棉稈表面，推薦配施量為尿素75 kg/hm2。

3.4 翻耕還田

噴施菌劑后隨即翻耕，不宜將噴灑腐熟劑的棉稈長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中，以免造成水分的蒸發(fā)和微生物活性及成活度的降低。 翻耕深度為30 cm。 翻耕還田作業(yè)機(jī)械應(yīng)符合JB/T 6283-2007、NY/T 742-2003 的技術(shù)要求。 深耕翻埋作業(yè)耕深≥30 cm，以能打破犁地層為佳；耕層土壤含水量≥15%。耕幅一致，耕幅誤差≤5 cm，重耕率和漏耕率≤5%。 作業(yè)后地表平整，平整度誤差≤5 cm，翻埋土中的粉碎棉稈≥95%。

4 病蟲害防治

棉稈還田前可用藥劑對(duì)棉稈進(jìn)行消毒。 一般撒施3%辛硫磷顆粒劑（或3%甲·辛顆粒劑）45～60 kg/hm2和20%五氯硝基苯可濕性粉劑2～5 kg/hm2， 可有效殺死土壤中病原菌和蟲卵， 以減少病原菌和蟲卵殘留量。 翻耕還田時(shí)還可噴施防治枯黃萎病菌劑，按照菌劑∶水為1∶15 000 的比例施用。 施用農(nóng)藥時(shí)按照GB/T 8321.10-2018 的規(guī)定執(zhí)行。

5 注意事項(xiàng)

棉稈喂入量過(guò)大或棉稈切碎長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)， 要調(diào)整、減緩機(jī)械作業(yè)前進(jìn)速度，減少作業(yè)負(fù)荷并及時(shí)排除機(jī)具故障，保障棉稈切碎和拋撒還田效果。 棉稈粉碎還田、 噴施棉稈腐解劑及補(bǔ)施氮肥后要立即進(jìn)行翻埋作業(yè)，以保證棉稈翻壓還田質(zhì)量。 棉稈全量粉碎翻壓還田應(yīng)根據(jù)降水條件、 土壤條件和棉稈還田量綜合考慮。

6 還田效果

6.1 物理特性

棉稈還田措施主要影響土壤容重、土壤孔隙度、土壤含水量、土壤團(tuán)聚體等方面。 連續(xù)棉稈還田時(shí)土壤容重降低，土壤孔隙度增大，大團(tuán)聚體數(shù)量增多，土壤持水能力增強(qiáng)，土壤蒸發(fā)量減少，土壤有效水分的流失得以抑制。 研究表明，秸稈還田后0～30 cm 土層的土壤容重降低了0.02～0.05 g/cm3，土壤孔隙度提高了5%，含水量增加了1.31%，水穩(wěn)性團(tuán)聚體的土壤平均質(zhì)量直徑、幾何平均直徑分別增加了0.1～0.3 mm、0.06～0.10 mm，分形維數(shù)降低了0.02～0.05；機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體的土壤平均質(zhì)量直徑、 幾何平均直徑分別增加了0.38～0.67 mm、0.65～0.91 mm， 分形維數(shù)降低了0.01～0.03。

6.2 化學(xué)特性

棉稈還田對(duì)土壤pH、有機(jī)質(zhì)含量、養(yǎng)分含量產(chǎn)生了一定影響。 研究表明，棉稈連續(xù)還田后0～30 cm土層的土壤pH 降低了0.03～0.05， 土壤有機(jī)質(zhì)含量增加了0.12～1.30 g/kg。

6.3 土壤微生物

棉稈還田后顯著提高了土壤微生物數(shù)量和酶活性，增加了土壤微生物群落多樣性，降低了真菌/細(xì)菌比值，改善了土壤微生物環(huán)境。 棉稈還田后在微生物的作用下開始腐解礦化和釋放養(yǎng)分， 不僅增加了土壤養(yǎng)分， 還為微生物的生長(zhǎng)繁殖提供了適宜的環(huán)境及碳源、氮源物質(zhì)。 在棉稈腐解的不同階段，土壤微生物群落的響應(yīng)存在明顯差異， 前期細(xì)菌占主導(dǎo)地位，后期真菌占主導(dǎo)地位[6]。

7 還田效益

7.1 經(jīng)濟(jì)效益

結(jié)果顯示， 棉稈直接還田后可以促進(jìn)棉花增產(chǎn)及品質(zhì)提升，實(shí)現(xiàn)籽棉增產(chǎn)256.5～349.5 kg/hm2、棉花衣分提升3.04%～4.21%。

7.2 社會(huì)效益

棉稈直接還田可以使新疆龐大的棉稈資源得到高效利用， 解決了秋季焚燒作物秸稈所造成的環(huán)境污染問(wèn)題，節(jié)約了棉稈回收堆肥工作所投入的大量勞動(dòng)力。

8 適宜區(qū)域

本技術(shù)適用于新疆棉花種植地區(qū)。