秸稈還田技術(shù)研究進(jìn)展

劉起麗,段長勇,張嫣紫,余曉鳳

（1.河南科技學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453003；2.新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)局經(jīng)濟(jì)作物站,河南新鄉(xiāng)453003）

農(nóng)作物秸稈是一種潛在的非競爭資源,具有數(shù)量大、分布廣、種類多等特點.我國每年農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量在6億t以上,秸稈還田是有效利用秸稈資源的途徑,其還田方式大體可分為直接還田和間接還田兩種[1].不同作物秸稈不同還田方式對改良土壤物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)及增產(chǎn)效果各異[2],不同還田技術(shù)其利用效率也不同.合理的農(nóng)作物秸稈還田能夠增加土壤有機(jī)質(zhì),改善土壤結(jié)構(gòu),培肥地力[3],是一項具有重大經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的高效性技術(shù).秸稈的有效利用和可持續(xù)發(fā)展問題,近年來已引起世界各國普遍關(guān)注,并逐步成為發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)的重要方面[4].

1 國外秸稈還田概況

世界上的農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國家大都十分重視土地的用養(yǎng)結(jié)合和發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè).美國的秸稈還田十分普遍,玉米、小麥、大豆、番茄等各類秸稈都被盡量還田.據(jù)美國農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計,美國每年生產(chǎn)的作物秸稈4.5億t,秸稈還田量占秸稈生產(chǎn)量的68%,對保持美國的土壤肥力起到了重要作用.英國秸稈直接還田量則略高于美國,還田秸稈占其秸稈生產(chǎn)量的73%.國外一些國家秸稈還田的研究與利用早已處于領(lǐng)先水平[5],而我國到目前為止,農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量還未列入國家及省有關(guān)部門統(tǒng)計資料的統(tǒng)計范圍[6].

2 秸稈還田的方式

2.1 秸稈直接還田

直接還田就是將秸稈直接或者粉碎后直接放置于田間,如新疆還田模式就包括留高茬還田、粉碎還田、機(jī)械粉碎全還田、立桿還田等多種直接還田模式[7].

2.1.1 秸稈機(jī)械化直接還田 機(jī)械化秸稈還田技術(shù),是以機(jī)械粉碎、破茬、深耕和耙壓等機(jī)械化作業(yè)為主,將秸稈粉碎后直接還田,增加土壤有機(jī)質(zhì),提高作物產(chǎn)量,減少環(huán)境污染,爭搶農(nóng)時的一項綜合配套技術(shù).秸稈機(jī)械粉碎還田技術(shù)是大面積實現(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[8].實施這項技術(shù)可通過地表秸稈殘茬覆蓋保護(hù)土壤、提高土壤蓄水保墑能力,達(dá)到農(nóng)業(yè)高效、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗可持續(xù)發(fā)展.山東、陜西、河南、吉林、江蘇等省均大力推廣秸稈還田技術(shù),相繼出現(xiàn)了多種多樣的還田機(jī)具,發(fā)展前景非常樂觀.使用最普遍的直切式秸稈還田機(jī)在國外從20世紀(jì)80年代初開始應(yīng)用,而國內(nèi)則起步較晚,因此在理論和設(shè)計方面尚且不太成熟[9].

2.1.2 超高茬麥田套稻秸稈還田 超高茬麥田套稻秸稈還田是指在小麥?zhǔn)崭钋暗柠溙镏腥霾サ痉N,稻種發(fā)芽出苗,在小麥?zhǔn)崭顣r留高茬秸稈還田,灌水后麥田直接轉(zhuǎn)化為稻田.超高茬麥田套稻將輕型栽培、節(jié)水旱育、免耕及秸稈還田等栽培技術(shù)融為一體,可以培肥土壤,保護(hù)環(huán)境,省工省本（不用育秧和插秧）.揚(yáng)州市從1998年開始示范推廣面積達(dá)2萬hm2,累計推廣5萬hm2,平均單產(chǎn)達(dá)550 kg/667m2[10].

2.1.3 小麥秸稈高茬覆蓋還田 小麥秸稈高茬覆蓋還田是一項從根本上杜絕焚燒小麥秸稈現(xiàn)象發(fā)生,切實把小麥秸稈還田、復(fù)播,實施機(jī)械化保護(hù)性耕作項目工作落到實處的機(jī)械化技術(shù).該技術(shù)主要包括小麥高茬覆茬打碎覆蓋和小麥高茬休閑覆蓋兩類.高茬覆茬打碎覆蓋主要包括旋耕播種、硬茬播種、先撒籽后旋耕播種；高茬休閑覆蓋主要包括旋耕覆蓋、深松覆蓋、整稈覆蓋[11].

2.2 秸稈間接還田

間接還田技術(shù)包括堆漚還田、燒灰還田、過腹還田、菇渣還田和沼渣還田.其中秸稈堆漚還田也稱高溫堆肥,是解決我國當(dāng)前有機(jī)肥源短缺的主要途徑.

2.2.1 秸稈堆漚還田 它是利用夏季高溫季節(jié)把秸稈堆積,采用厭氧發(fā)酵漚制,其特點是時間長、受環(huán)境影響大,勞動強(qiáng)度高,但成本低廉.其關(guān)鍵是找到合適的降解秸稈的菌種.降解秸稈的菌種在不同的土壤和溫度條件下有所不同,其中以木霉屬真菌分解能力較強(qiáng),秸稈降解還田后對土壤性狀有明顯改善作用[12-13].國家“八五”期間由中國科學(xué)院駐菏澤顧問組和菏澤科技開發(fā)中心選育出的301菌種應(yīng)用到秸稈堆漚中,簡便易行、腐爛效果好、省時省力,且不受季節(jié)限制,小麥長勢比畝施30 kg尿素增產(chǎn)10%～20%,切穗大、籽粒飽滿、抗倒力強(qiáng),在國內(nèi)居領(lǐng)先水平[14].

趙玉杰等[15]為了加快小麥秸稈堆肥速度,采用人工接入白腐菌（云芝）的方法,當(dāng)小麥秸稈堆肥中添加10%的豬糞,料水比為2、C/P比為120、C/N比為60、pH值為6時,30℃條件下16 d內(nèi)云芝對小麥秸稈木質(zhì)素的降解率為56.27%,全纖維素降解率為10.41%.席北斗等[16]在堆肥過程中接種高效復(fù)合微生物菌群,可以提高有益微生物的群體數(shù)目和質(zhì)量,增強(qiáng)微生物的降解活性,提高堆肥效率.黃繼等[17]從牛糞中篩選出一株能夠降解玉米秸稈纖維素的真菌（ZJ7）,其最佳產(chǎn)酶條件為：培養(yǎng)基初始pH值為7.0,培養(yǎng)溫度為30℃,最佳氮源為花生麩.此菌在廉價的培養(yǎng)基上產(chǎn)酶能力較強(qiáng),具有一定的應(yīng)用潛力.

2.2.2 秸稈過腹還田 過腹還田就是以秸稈為原料,或附有其他原料加工制作成飼料喂養(yǎng)家畜家禽,再將其糞便還田,或?qū)⑵浼S便作為原料生產(chǎn)沼氣后還田.秸稈過腹還田肥效高,還可吸收重金屬、空氣中的CO2等有害物質(zhì),起到凈化空氣、土壤中SO2的作用,具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)效益[18-19].

2.2.3 秸稈還田反應(yīng)堆 內(nèi)置式秸稈生物反應(yīng)堆是一種高效的秸稈還田方式,可提高土壤有機(jī)質(zhì)含量,其腐解過程中產(chǎn)生的CO2可供作物光合利用,產(chǎn)生的熱量可有效提高深冬季節(jié)室內(nèi)溫度.研究證明秸稈反應(yīng)生物堆技術(shù)是一項全新概念的農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、提質(zhì)、增效新技術(shù),可產(chǎn)生多方面的效應(yīng)：定向產(chǎn)生CO2、增溫、生物防治和改良土壤.專家在跟蹤監(jiān)測1 a后認(rèn)為：應(yīng)用秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會等綜合效益顯著,農(nóng)作物產(chǎn)量明顯提高,農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)成本降低,農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量明顯改善且食用安全[20].

3 我國秸稈還田中的主要問題

秸稈富含有機(jī)物和無機(jī)離子,還田后對土壤營養(yǎng)、理化性狀、后茬作物產(chǎn)量有較大改善作用,具有明顯的社會效益和生態(tài)效益[21].但是,我國目前的秸稈還田方式不當(dāng)、利用結(jié)構(gòu)不合理、利用深度不夠,無效焚燒現(xiàn)象仍然存在[22].因此,秸稈還田技術(shù)的研究和發(fā)展刻不容緩.

我國秸稈還田率高,但大多是秸稈機(jī)械化直接還田.機(jī)械化直接還田技術(shù)起步于上個世紀(jì)80年代,仍處于初級階段,理論和設(shè)計方面不太成熟.今后應(yīng)研制開發(fā)并推廣與農(nóng)藝措施相配套的還田機(jī)械,把機(jī)械還田、科學(xué)施肥和施藥相結(jié)合,達(dá)到還田、施肥、滅病蟲和省工節(jié)本的綜合效果.

此外,利用微生物技術(shù)將秸稈轉(zhuǎn)化為食用菌飼料和肥料,已成為近些年來秸稈利用的熱點方向,也是規(guī)模消耗轉(zhuǎn)化秸稈的有效途徑[23-25].秸稈資源的開發(fā)與利用的潛力巨大,有待于我們進(jìn)一步深入認(rèn)識[26].秸稈還田涉及的問題很多,我國各地資源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)條件也不盡相同,今后要結(jié)合本區(qū)域資源優(yōu)勢和氣候條件開展相關(guān)研究工作,使秸稈的利用向產(chǎn)業(yè)化縱深方向發(fā)展.

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