秸稈還田的作用與途徑

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過程是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換的過程。作物在生長過程中要不斷消耗能量，也需要不斷補(bǔ)充能量，需要不斷調(diào)節(jié)土壤中水、肥、氣、熱等的含量。但是，就我國目前的土地耕作情況看，近乎掠奪式的過度耕作經(jīng)營，以及片地單一大量使用化肥，追求短期效益，造成了土壤有機(jī)質(zhì)含量和肥力下降、土層板結(jié)、農(nóng)業(yè)后勁嚴(yán)重不足。以我區(qū)為例，經(jīng)測試，大部分地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量只有0.5%~0.7%，土壤有機(jī)質(zhì)含量和肥力低，已成為制約農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要因素。
秸稈還田是保護(hù)性耕作技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)措施之一，它促進(jìn)了農(nóng)業(yè)節(jié)水、節(jié)本、增產(chǎn)、增效、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。農(nóng)四師秸稈還田面積年年增加，效果顯著。2003年秸稈還田73010hm2，平均提高糧食產(chǎn)量10％~15％，降低生產(chǎn)成本100~150元／hm2，有效地防止了農(nóng)作物秸稈焚燒，改善了生態(tài)環(huán)境，增加了農(nóng)民收益。
1．實(shí)施秸稈還田作用
(1)秸稈還田補(bǔ)充了土壤養(yǎng)分。作物秸稈含有一定養(yǎng)分和纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、蛋白質(zhì)和灰分元素，既含有較多有機(jī)質(zhì)，還有氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素。如果全部籽粒和秸稈被從田間運(yùn)走，那么殘留在土壤中的有機(jī)物一般說來僅有10％左右，造成土壤肥力下降，因此，只有通過施肥或秸稈還田等多種途徑才能得以補(bǔ)充。
(2)秸稈還田促進(jìn)了微生物活動(dòng)。土壤微生物在整個(gè)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中具有分解土壤有機(jī)質(zhì)和凈化土壤的重要作用。有機(jī)物的合成由植物葉綠素完成，有機(jī)物的分解則由微生物來完成。如果只有有機(jī)物的合成而沒有有機(jī)物的分解，綠色植物就得不到足夠數(shù)量的無機(jī)養(yǎng)分，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)就難以進(jìn)行。秸稈還田給土壤微生物增添了大量能源物質(zhì)，隨之各類微生物數(shù)量和酶活性也相應(yīng)增加；實(shí)行秸稈還田一般可增加微生物總數(shù)的18.9％，接觸酶活性可增加33%，轉(zhuǎn)化酶活性可增加47%，尿酶活性可增加17%，。這就加速了對有機(jī)物質(zhì)的分解和礦物質(zhì)養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，使土壤中的氮、磷、鉀等元素增加，土壤養(yǎng)分的有效性也有所提高。經(jīng)微生物分解轉(zhuǎn)化后產(chǎn)生的纖維素、木質(zhì)素、多糖和腐殖酸等黑色膠體物，具有粘結(jié)土粒的能力，同粘土礦物形成有機(jī)與無機(jī)的復(fù)合體，促進(jìn)土壤形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，使土壤容量減輕，一般下降0.10~0.15g/cm3，孔隙度增加3%~6%，含水量提高1.5%。這樣就增加了土壤中水、肥、氣、熱的協(xié)調(diào)能力，提高了土壤保水、保肥、供肥的能力，改善了土壤理化性狀。
(3)秸稈還田可減少化肥使用量：化肥對于農(nóng)業(yè)獲得高產(chǎn)的作用是明顯的，但長期過量使用．導(dǎo)致土壤板結(jié)、肥力破壞、環(huán)境污染。我國化肥使用量大大超過世界化肥使用量的平均水平。在國際上，農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國家都很注重施肥結(jié)構(gòu)，如美國化肥的施用量一直控制在總施肥量的1／3以內(nèi)，加拿大、美國大部分玉米。小麥秸稈都還田。作物所吸收的氮主要來自土壤中的原有氮素。來自化肥的僅占23％~24％。這說明即使施用化貯，土壤有機(jī)物對作物生長仍然是最重要的。所以秸稈還田是彌補(bǔ)化肥長期使用缺陷的極好辦法。
(4)秸稈還田可改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。前幾年，農(nóng)四師80％的秸稈主要采取燃燒處理，污染空氣、影響交通、土壤表土焦化，有時(shí)還引起火災(zāi)：即使沒有焚燒，又不采取秸稈綜合利用，秸稈隨意處置仍會(huì)影響農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。因此，農(nóng)四師提出在“十五”期間基本實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物的綜合利用。
2.秸稈還田的途徑
秸稈還田的途徑有直接還田和間接還田。就地焚燒秸稈是不可取的。被焚燒的秸稈中含有的大量氮素飄入大氣中造成污染，只留下田間一些灰分。同時(shí)焚燒時(shí)還影響交通，易造成火災(zāi)燒壞樹木。
(1)間接還田。①過腹還田。秸稈先作飼料，經(jīng)禽畜消化吸收后變成糞、尿還田。我國民間素有秸稈作粗飼料養(yǎng)畜的傳統(tǒng)：目前約。有20％經(jīng)過處理用作飼料，大部分僅經(jīng)切碎至3~5cm后直接飼喂家畜。隨著秸稈處理技術(shù)的提高和推廣，青貯、氨化等技術(shù)已明顯加快，1990~2000年間全國累計(jì)青貯飼料850Mt，年遞增14.24%；氨化秸稈飼料0.28億，年遞增36.96%。秸稈過腹還田，不僅可以增加禽畜產(chǎn)品，還可為農(nóng)業(yè)增加大量的有機(jī)肥，降低農(nóng)業(yè)成本，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生態(tài)良性環(huán)。②堆漚發(fā)酵還田。其形式有厭氧發(fā)酵和好氧發(fā)酵2種。厭氧發(fā)酵是把秸稈堆后、封閉不通風(fēng)；好氧發(fā)酵是把秸稈堆后，在堆底或堆內(nèi)設(shè)有通風(fēng)溝。經(jīng)發(fā)酵的秸稈可加速腐殖質(zhì)分解制成質(zhì)量較好的有機(jī)肥，作為基肥還田：近幾年各地研制試用了一批高效快速不受農(nóng)時(shí)限制的堆漚肥新技術(shù)成果，受到農(nóng)民的歡迎。③秸稈氣化，廢渣還田：“秸稈氣化、廢渣還團(tuán)”是一種生物質(zhì)熱能氣化技術(shù)：秸稈氣化后，其生成的可燃性氣體(沼氣)可作為農(nóng)村生活能源集中供氣，氣化后形成的廢渣經(jīng)處理作為肥料還田：秸稈炭化、草灰還田，秸稈經(jīng)不完全燃燒后，變成保留養(yǎng)分的草木灰作肥料還田。
(2)秸稈直接還田。秸稈直接還田是最經(jīng)濟(jì)、最有效、最現(xiàn)實(shí)的一條途徑，它不需收集、運(yùn)輸、加工、拋撤等，同時(shí)還可以防止秸稈腐爛過程N(yùn)、K等養(yǎng)分的損失，促進(jìn)維生素B和作物生長激素的積累。英國洛桑實(shí)驗(yàn)，從1934~1951年連續(xù)18年對比試驗(yàn)結(jié)果表明，直接還田比堆漚還田產(chǎn)量高。秸稈直接還田采用機(jī)械作業(yè)，農(nóng)四師2001、2002年機(jī)械化秸稈還田面積分別為68170hm2和65920hm2，2003年達(dá)到73010hm：，平均提高糧食產(chǎn)量10％~15％，降低生產(chǎn)成本100~150元／hm2，有效地防止了農(nóng)作物秸稈焚燒，改善了生態(tài)環(huán)境，減輕了農(nóng)民負(fù)擔(dān)，增加了農(nóng)民收益。
3.秸稈還田與保護(hù)性耕作技術(shù)路線
農(nóng)4師農(nóng)作物秸稈主要是水稻、小麥、油菜、玉米、棉花等秸稈，還田的主要程序是切碎、拋撒、翻壓。
(1)小麥秸稈還田。小麥秸稈還田因有2種收獲機(jī)具，故有2種技術(shù)路線。一是用全喂入聯(lián)合收割機(jī)收獲，其技術(shù)路線：收獲→秸稈切碎→拋撒→施肥→反轉(zhuǎn)滅茬旋耕機(jī)耕作埋壓→灌水→人工攤平→播種。用帶秸稈切碎裝置的聯(lián)合收割機(jī)收獲，其技術(shù)路線：收獲→施肥→反轉(zhuǎn)滅茬旋耕機(jī)耕作埋壓→灌水→攤平→播種。
(2)水稻秸稈還田。水稻用帶秸稈切碎裝置的半喂入聯(lián)合收割機(jī)收獲，其技術(shù)路線：收獲→施肥→反轉(zhuǎn)滅茬旋社機(jī)耕作埋壓→播種→開溝機(jī)開溝覆土。
(3)油萊秸稈還田。用油萊收割機(jī)收獲，其技術(shù)路線：收獲→秸稈切碎、拋撒→施肥→驅(qū)動(dòng)圓盤犁耕翻埋壓或反轉(zhuǎn)滅茬旋耕機(jī)耕作埋壓。
4．秸稈覆蓋還田的作用與作業(yè)要求
(1)秸稈覆蓋還田的作用。①能夠有效地遮擋陽光直射地表，減少土壤水分蒸發(fā)和地表風(fēng)蝕(較地表裸露減少水分損失30％~40％)，提高水分利用率，增強(qiáng)農(nóng)作物抗旱的能力。②防止大雨對地表直接沖擊造成的土壤滲水毛細(xì)管封閉、滲水能力下降、水土流失和環(huán)境惡化，減少地表雨水徑流(較傳統(tǒng)土地耕翻地表大雨徑流減少80％以上，雨水利用率提高15％~18％)，最大限度地蓄存雨水。③秸稈內(nèi)寄生有大量蟲卵和病菌，覆蓋地表通過長時(shí)間陽光紫外線輻射和伏天高溫、冬天嚴(yán)寒滅殺，可有效地抑制病蟲害的發(fā)生。④秸稈分解腐爛，可增加土壤有機(jī)肥力，改善土壤結(jié)構(gòu)；減少化肥用量，提高糧食產(chǎn)量和品質(zhì)。連年秸稈覆蓋還田，土壤有機(jī)質(zhì)含量年遞增0.04％~0.06％，糧食增產(chǎn)10％~15％，干旱年份增產(chǎn)效果更為顯著。⑤可抑制雜草生長和冬天提高地溫，促進(jìn)小麥分蘗和安全越冬。⑥可防止秸稈焚燒造成的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。
(2)作業(yè)要求。秸稈覆蓋率大于30％，覆蓋均勻，播種機(jī)能夠順利地完成播種，保證種子正常發(fā)芽和出苗。
5.秸稈覆蓋種類與效果
(1)直茬覆蓋。主要應(yīng)用于小麥聯(lián)合收割機(jī)收獲后，小麥高茬覆蓋地表面。秸稈直茬覆蓋和免耕播種相結(jié)合，蓄水、保墑、增產(chǎn)效果明顯，生產(chǎn)工序少，生產(chǎn)成本低，便于搶農(nóng)時(shí)播種，但作業(yè)技術(shù)要求高，直茬容易失火。該技術(shù)大多用于水澆地小麥直茬復(fù)播玉米和干旱山區(qū)小麥生產(chǎn)。與傳統(tǒng)生產(chǎn)相比：旱地小麥生產(chǎn)減少工序2~3道，降低生產(chǎn)成本300~375元／hm2，提高糧食產(chǎn)量20％~25％；水澆地2茬減少生產(chǎn)工序3~4道，降低生產(chǎn)成本300~525元／hm2，提高糧食產(chǎn)量10％~15％，節(jié)約用水25％~30％。
(2)粉碎覆蓋。主要用秸稈還田機(jī)對農(nóng)作物秸稈直接粉碎后覆蓋。秸稈粉碎覆蓋地表效果好，農(nóng)民易接受。秸稈碎，易播種，適應(yīng)性強(qiáng)。與深松、免耕播種技術(shù)相結(jié)合，形成高質(zhì)量的保護(hù)性耕作技術(shù)，大多用于土壤肥沃、地塊平整、交通便利的干旱地區(qū)小麥生產(chǎn)；與淺耕播種技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用面積大，適應(yīng)范圍廣，大多用于玉米秸稈粉碎淺旋耕播種小麥和一年一作小麥高產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)。與傳統(tǒng)生產(chǎn)相比，早地小麥生產(chǎn)減少工序1~2道，降低生產(chǎn)成本225~300元／hm2，提高糧食產(chǎn)量15％~20％；水澆地2茬作物減少工序2~3道，降低生產(chǎn)成本300~375元／hm2，提高糧食產(chǎn)量10％~15％，節(jié)約用水15％~20％。
(3)帶狀免耕覆蓋。用帶狀免耕播種機(jī)在秸稈直立狀態(tài)下直接播種。這是新型示范推廣的保護(hù)性耕作技術(shù)。作業(yè)內(nèi)容是帶狀免耕、秸稈集壟覆蓋、壟際耕作播種，該技術(shù)適應(yīng)性強(qiáng)，生產(chǎn)工序少，生產(chǎn)成本低，應(yīng)用效果好。大多用于玉米收獲后直立秸稈狀態(tài)下直接播種小麥。與傳統(tǒng)生產(chǎn)相比：旱地小麥生產(chǎn)減少工序2~3道，降低生產(chǎn)成本375~450元／hm2，提高糧食產(chǎn)量10％~15％；水澆地2茬作物減少生產(chǎn)工序3~4道，降低生產(chǎn)成本525~600元／hm2，提高糧食產(chǎn)量8％~12％，節(jié)約用水10％~15％。
(4)淺耕覆蓋。用旋耕機(jī)或旋播機(jī)對秸稈覆蓋地進(jìn)行淺耕地表處理，以達(dá)到其他處理方式的效果。屬于保護(hù)性耕作發(fā)展中的過渡技術(shù)，將逐步被免耕覆蓋取代。