水稻機(jī)械化秸稈還田作業(yè)模式應(yīng)用研究

張巖松，欒 峰，康麗梅

（1.盤錦市興隆臺區(qū)農(nóng)機(jī)局，遼寧 盤錦 124010；2.盤錦市農(nóng)機(jī)技術(shù)推廣站，遼寧 盤錦 124211；3.巴彥淖爾市農(nóng)牧機(jī)產(chǎn)品技術(shù)監(jiān)督控訴中心，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000）

秸稈全面禁燒后，水稻秸稈綜合利用問題成為當(dāng)前我國水稻主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中亟需研究的重要課題。從當(dāng)前各地水稻秸稈綜合利用推進(jìn)程度看，秸稈還田占比較大，主要有以下原因：一是秸稈還田在秸稈綜合利用各種方式中成本最低、可操作性最強(qiáng)、見效最快；二是秸稈還田可避免秸稈焚燒，減少霧霾，改善環(huán)境；三是秸稈還田能夠提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，減少化肥利用，符合我國化肥使用零增長長遠(yuǎn)規(guī)劃。盤錦市是水稻生產(chǎn)大市，年產(chǎn)水稻超過100萬t，水稻秸稈70萬t以上。受品種、氣溫、產(chǎn)量、種植習(xí)慣等客觀因素影響，以盤錦市為代表的北方單季稻稻區(qū)水稻秸稈還田相較于南方稻區(qū)更為困難。2016年以來，盤錦市農(nóng)機(jī)技術(shù)推廣站聯(lián)合有關(guān)單位開展水稻機(jī)械化秸稈還田作業(yè)模式應(yīng)用研究，提出3種水稻機(jī)械化秸稈還田作業(yè)技術(shù)模式，用以滿足當(dāng)前水稻生產(chǎn)階段秸稈還田不同作業(yè)需求。

1 盤錦市水稻機(jī)械化秸稈還田作業(yè)技術(shù)模式

1.1 翻地作業(yè)技術(shù)模式

1.1.1 技術(shù)路線 機(jī)械化收割、秸稈切碎均勻拋灑—秋翻地秸稈深埋—春季埋茬整平—機(jī)插秧。

1.1.2 關(guān)鍵機(jī)具 帶有秸稈切碎裝置的水稻聯(lián)合收割機(jī)；95.55 kW以上輪式拖拉機(jī)，如常州東風(fēng)1354拖拉機(jī)；牽引鏵式犁如德州寶豐527鏵式犁，或驅(qū)動圓盤犁如山東大地機(jī)械的9盤斜置雙驅(qū)圓盤犁；具有埋茬整平功能的淺旋耙漿平地機(jī)，如韓國雄進(jìn)WJCB-300埋茬平地機(jī)。

1.1.3 經(jīng)濟(jì)效益

1）與傳統(tǒng)旋耕作業(yè)成本對比

水田秋季翻地作業(yè)模式與傳統(tǒng)春季旋耕作業(yè)模式相比，經(jīng)濟(jì)成本見表1。

表1 水田翻地作業(yè)模式與傳統(tǒng)旋耕作業(yè)模式成本對比Table1 Cost comparison of plowing in paddy field mode and traditional rotary tillage mode 元/hm2

從表1可知，就作業(yè)成本而言，水田機(jī)械化秋翻比春旋節(jié)約成本120元/hm2，主要原因在于春旋作業(yè)和秸稈處理兩項(xiàng)費(fèi)用較高，拉高了春旋作業(yè)成本。

2）與傳統(tǒng)旋耕產(chǎn)量對比

水田翻耕后較傳統(tǒng)旋耕地每公頃增產(chǎn)5%以上，按盤錦地區(qū)水稻常規(guī)產(chǎn)量1.05萬kg/hm2計(jì)算，可增產(chǎn) 525 kg/hm2。若按水稻價格 3.0 元 /kg 計(jì)算，實(shí)現(xiàn)增收達(dá) 1 575 元 /hm2。

以上2項(xiàng)對比可見，秋翻實(shí)現(xiàn)節(jié)本增效1 695元 /hm2左右。

1.1.4 關(guān)鍵技術(shù)

1）嚴(yán)格控制收割割茬。全喂入收割機(jī)割茬應(yīng)控制在20 cm以內(nèi)，半喂入收割機(jī)控制在15 cm以內(nèi)。收割機(jī)要安裝秸稈拋灑器，段長小于8 cm并確保拋灑均勻、無秸稈打堆現(xiàn)象。

2）使用大功率拖拉機(jī)秋翻。鏵式犁作業(yè)應(yīng)在土壤含水率25%以內(nèi)方可進(jìn)行，單向斜置雙驅(qū)圓盤犁應(yīng)在土壤含水率30%以內(nèi)進(jìn)行，以確?？鄯ず徒斩捀采w達(dá)到理想的效果

3）大力推廣耙漿平地機(jī)。配合秋翻地塊春季整平作業(yè)，確保有效掩埋殘茬和平整土地。

1.2 旱地深旋模式

1.2.1 技術(shù)路線 機(jī)械化收割、秸稈切碎拋灑—春季正反轉(zhuǎn)雙軸旋耕機(jī)旱地深旋—水埋茬整平—機(jī)插秧。

1.2.2 關(guān)鍵機(jī)具 帶有秸稈切碎且均勻拋灑裝置的水稻聯(lián)合收割機(jī)，如蘇州久保田888半喂入聯(lián)合收割機(jī)；正反轉(zhuǎn)雙軸旋耕機(jī)，如江蘇沃揚(yáng)1GKNM-250型旋雙軸耕機(jī)；具有埋茬整平功能的淺旋耙漿平地機(jī)，如長春中大1BPSQ-300型雙驅(qū)耙漿平地機(jī)。

1.2.3 經(jīng)濟(jì)效益

旱地深旋模式與傳統(tǒng)作業(yè)模式作業(yè)成本對比見表2。

表2 旱地深旋模式與傳統(tǒng)旋耕作業(yè)模式作業(yè)成本對比Table 1 Cost comparison of deep rotation on dry ground mode with traditional rotary tillage operation mode 元/hm2

由表2可知，旱地深旋模式與傳統(tǒng)旋耕作業(yè)模式節(jié)省作業(yè)成本750元/hm2，主因在于常規(guī)旋耕作業(yè)后，農(nóng)民要求秸稈必須運(yùn)走，這樣就增加了碎稈、摟稈、打包、運(yùn)輸?shù)榷嗟拦ば?，增加了作業(yè)成本。

1.2.4 旱地深旋模式優(yōu)點(diǎn)

在春季干旱少雨的情況下，使用雙軸深旋機(jī)作業(yè)效果明顯：一是秸稈掩埋理想，耙地后水面漂浮少，稻茬打撈時間短，較常規(guī)做法節(jié)省2/3的打撈時間；二是增加了作業(yè)深度，大多數(shù)地塊達(dá)到18 cm，比常規(guī)旋耕整地平均深度增加5 cm左右，有利于改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，為水稻增產(chǎn)打下基礎(chǔ)；三是大大降低了傳統(tǒng)旋耕作業(yè)模式所需的秸稈處理成本。

1.3 水旋埋茬模式

1.3.1 技術(shù)路線 機(jī)械化收割、秸稈切碎拋灑—春季高刀埋茬起漿機(jī)水旋埋茬—機(jī)械耙平—機(jī)插秧。

1.3.2 關(guān)鍵機(jī)具 帶有秸稈切碎且均勻拋灑裝置的水稻聯(lián)合收割機(jī)；高刀埋草類深旋機(jī)，如寧波拿地Z6/D235單軸變速旋耕機(jī)，作業(yè)深度15～20 cm；具有高效耙平軋草功能的水田軋耙，如盤錦本地生產(chǎn)的軋耙。

1.3.3 作業(yè)效果

水旋埋茬作業(yè)后，稻茬幾乎全部被埋入泥漿，深度0～18 cm范圍內(nèi)均有分布，集中打團(tuán)現(xiàn)象基本沒有；稻茬漂浮率非常低，只有1%～3%的稻茬外露在田面；稻茬埋深最大值22 cm，不同深度稻茬分布比例為：50%～60%分布于表層0～8 cm內(nèi)，30%分布在深度8～12 cm范圍內(nèi)，其余10%～20%分布在12 cm深度以下。

2 秸稈還田后水稻長勢及土壤成分變化

2.1 秸稈還田與不還田水稻長勢對比

拿地機(jī)、沃揚(yáng)雙軸機(jī)秸稈還田作業(yè)及普通旋耕機(jī)秸稈不還田作業(yè)水稻長勢情況見表3。

表3 秸稈還田作業(yè)及普通秸稈不還田作業(yè)水稻長勢情況Table 3 Growing situation of straw returning to field and ordinary straw not return to the field

由表3可知，拿地高刀水旋埋茬機(jī)水滅茬整地作業(yè)效果和沃揚(yáng)雙軸機(jī)旋耕整地秸稈100%還田作業(yè)模式與普通旋耕秸稈焚燒還田作業(yè)模式相比，水稻分蘗和長勢較好。沃揚(yáng)雙軸機(jī)旋耕整地秸稈100%還田作業(yè)模式效果較為突出，利于水稻生長。

2.2 生育調(diào)查分析

拿地高刀水旋埋茬機(jī)水滅茬整地作業(yè)后，可達(dá)到“平”、“凈”、“軟”的水稻機(jī)插秧要求，插后秸稈漂浮率低于1%。水滅茬試驗(yàn)地是扣蟹養(yǎng)殖田，插后一直保持深水層管理，深度一般在6～10 cm，造成分蘗速度相對較低。但成穗率較高，達(dá)到85%，田間總穗數(shù)達(dá)到33萬穗以上。沃揚(yáng)雙軸機(jī)旋耕整地秸稈100%還田基本達(dá)到水滅茬整地效果，田面無秸稈和根茬，插后采用淺水層管理，返青和分蘗速度較快，6月末就達(dá)到了田間群體莖數(shù)要求，田間總穗數(shù)35.6萬穗，成率79.4%。傳統(tǒng)旋耕整地?zé)o秸稈還田的稻田有效穗數(shù)為31.14萬穗，成穗率為 68.8%，與秸稈還田相比較低，這說明無效分蘗較多，原因在于水稻拔節(jié)期養(yǎng)分供應(yīng)不足導(dǎo)致分蘗所需養(yǎng)分無法滿足生長發(fā)育的需要，同時也證明秸稈能夠釋放養(yǎng)分，促進(jìn)水稻分蘗生長，提高有效穗數(shù)。

2.3 水稻秸稈還田對土壤的影響

從泡田整地開始，還田的秸稈處于泥水埋沒的厭氧環(huán)境中，經(jīng)過1周左右時間，厭氧細(xì)菌就會對秸稈產(chǎn)生作用，表現(xiàn)為接觸界面變黑、有異味。隨著時間的延長和溫度的升高，厭氧細(xì)菌分解活動加劇。地插試驗(yàn)表明：整地泡田后30d左右秸稈可被分解15%～20%，60 d被分解 55%～65%，90 d可被分解 85%～90%。通常條件下，淺層分布的秸稈當(dāng)年被分解程度可達(dá)95%，10 cm深度以下的秸稈分解較慢，甚至保留至下一年。這部分秸稈所占比例較少，占秸稈總量的5%左右。

秸稈分解的產(chǎn)物主要為硫化氫，也包括氮磷鉀和微量元素等養(yǎng)分。試驗(yàn)表明：田間秸稈越多，秸稈分解反應(yīng)就越大，田面表層越顯灰黑，產(chǎn)生的氣泡也越多。全量秸稈還田不會影響水稻插后緩苗和分蘗，后期也沒有表現(xiàn)出不利影響。秸稈還田與無秸稈還田的插后水稻根系發(fā)育沒有明顯差別，均正常生長。

2.4 土壤成分的變化

遼寧省鹽堿地利用研究所中心化驗(yàn)室對秸稈還田試驗(yàn)地的速效氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量4個指標(biāo)進(jìn)行檢測，以確定秸稈還田后土壤成分的影響結(jié)果。成分測試以盤錦瑞田農(nóng)機(jī)專業(yè)合作社試驗(yàn)基地為主，秸稈還田量為常規(guī)對照（焚燒處理秸稈）、100%還田和200%還田3種形式，檢測結(jié)果見圖1。所謂200%秸稈還田就是在原有的秸稈還田地塊中人工加入一倍量的秸稈，主要用以驗(yàn)證秸稈還田量對水稻生長的影響。

圖1 不同秸稈還田條件不同時期耕層土壤速效氮磷鉀有機(jī)質(zhì)檢測結(jié)果Figure 1 Investigation results of the organic matter detection of soil available nitrogen and phosphorus in different straw mulching condition at different stages

從速效氮磷鉀折線圖可以看到，在6月21日和9月20日速效氮磷鉀含量出現(xiàn)2個峰值，表明是施肥的效果，與實(shí)際很相符。由于出穗后施肥不當(dāng)，導(dǎo)致試驗(yàn)地200%秸稈還田與100%全量秸稈還田的水稻生長后期出現(xiàn)貪青和結(jié)實(shí)率、千粒重偏低的現(xiàn)象。試驗(yàn)表明，耕層土壤速效氮磷鉀與秸稈還田關(guān)系不明顯，主要受施肥影響。

從土壤有機(jī)質(zhì)調(diào)查結(jié)果表明，秸稈還田能夠補(bǔ)充土壤有機(jī)質(zhì)的代謝消耗，200%秸稈還田與100%全量秸稈還田地塊的有機(jī)質(zhì)含量保持春季整地前水平；100%全量秸稈還田土壤有機(jī)質(zhì)含量比年初提高5.12%，而對照焚燒處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量比春季整地前下降 8.81%。

2.5 秸稈還田對水稻秧苗返青和生長發(fā)育的影響

插秧后調(diào)查顯示，200%秸稈還田與100%全量秸稈還田的秧苗返青情況與對照焚燒處理的返青情況沒有明顯差別，發(fā)根、葉片顏色、株高基本一致，返青到分蘗出穗期發(fā)育指標(biāo)見圖2和圖3。

圖2 不同秸稈還田處理田間莖數(shù)調(diào)查折線圖Figure 2 Broken line of stem count in field in different straw mulching treatment

圖3 不同秸稈還田處理水稻株高調(diào)查折線圖Figure 3 Broken line of rice plant height in different straw mulching treatment investigation

從分蘗速度比較，對照焚燒處理的秧苗從6月14日至6月28日平均每日莖數(shù)增加速率為：（31.6-5.7）÷14＝1.85 株/（日·穴），同理，200%秸稈還田為1.43 株/（日·穴），100%全量秸稈還田為 1.86 株/（日·穴），這表明水稻秧苗插后分蘗長勢表現(xiàn)為：

100%全量還田＞對照焚燒處理＞200%秸稈還田

從分蘗末期7月7日至拔節(jié)抽穗8月5日，分蘗死亡消減的速率分別為：200%秸稈還田0.175＜100%全量還田0.300＜對照焚燒處理0.457；成穗率 200%秸稈還田84.5%＞100%全量還田79.4%＞對照焚燒處理 68.8。

造成200%秸稈還田分蘗長勢不強(qiáng)的原因之一可能是受耕層秸稈還田量大的影響，根部土壤環(huán)境不良，導(dǎo)致肥料養(yǎng)分吸收利用不充分，此外，2016年6月15日至21日進(jìn)行排水打藥殺稗草，可能也是不利因素。

100%全量秸稈還田處理的秧苗分蘗長勢好于對照焚燒處理和200%秸稈還田，這表明100%全量秸稈還田不會對水稻的正常生長發(fā)育造成不利影響。從群體結(jié)構(gòu)和生物產(chǎn)量上看，100%全量秸稈還田的表現(xiàn)優(yōu)于對照焚燒處理和200%秸稈還田。

2.7 秸稈還田對當(dāng)季水稻產(chǎn)量的影響

2016年對試驗(yàn)地塊進(jìn)行測產(chǎn)并對產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)行取樣調(diào)查，結(jié)果見表4。

產(chǎn)量取樣調(diào)查和測產(chǎn)表明，100%全量秸稈還田較為重視整地滅茬這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能夠消除秸稈還田帶來的不利影響，保證整地質(zhì)量、插秧質(zhì)量，有利于水稻正常返青、分蘗并獲得高產(chǎn)效果。

田間調(diào)查結(jié)果表明，還田秸稈在微生物作用下腐爛分解的同時會生成有害物質(zhì)，但危害并不明顯，有待更加深入地調(diào)查和檢測。

表4 不同秸稈還田處理的產(chǎn)量構(gòu)成因素調(diào)查Table 4 Yield component factors investigation in different straw mulching treatment

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