利用機(jī)械化新技術(shù)提高秸桿綜合利用率

相姝楠

（農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定總站，北京 100122）

農(nóng)作物秸稈是重要的生物資源，中國擁有量居世界首位。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，中國每年秸稈產(chǎn)量在6.5億t以上，其中直接還田的約占30%，用作飼料的占18.5%，作為工業(yè)原料的占15.4%。然而，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和能源的日益豐富，作為燃料、飼料、建材的秸稈用量越來越少，每年剩余廢棄的秸稈約占1/3[1]，許多地區(qū)采取焚燒、亂堆放等簡單方式進(jìn)行處理，造成環(huán)境污染等社會(huì)問題。探索有效的秸稈還田方法，提高秸稈利用率，對促進(jìn)農(nóng)業(yè)良性發(fā)展，減少環(huán)境污染具有重要意義。

1 農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)與利用現(xiàn)狀

1．1 國外農(nóng)作物秸稈的生產(chǎn)與利用現(xiàn)狀

歐美等國家十分重視秸稈還田培肥地力。美國人少地多，土壤肥沃的主要原因是重視秸稈還田、深松和輪作。玉米生產(chǎn)，一般5月初播種，10月直接籽粒收獲，收獲時(shí)籽粒含水率在15.5%～17.5%，秸稈除部分打捆作飼料外，其余秸稈全部在收獲的同時(shí)切碎還田，冬前用重耙及深松機(jī)械盡快完成秸稈切割、深松、整地，同時(shí)還采用玉米、大豆輪作，施有機(jī)肥來培肥地力[2]。在南部大平原采用“小麥-高梁-休閑”的三年兩熟輪作，兩茬作物之間有休閑期或每兩年種植一季小麥，或采用“小麥(或玉米)-牧草-休閑”輪作制。小麥采用高茬收割，莖葉全部粉碎還田，加之牧草輪作，對改良土壤、增加土壤有機(jī)質(zhì)十分有利[3,4]。

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，美國在大平原每年還田秸稈和殘茬1.6～1.7t/hm2，8年后土壤有機(jī)質(zhì)從1.79%提高到2.0%，秸稈還田比不施秸稈還田，土壤中的碳、氮、硫、磷含量分別增加47%、37%、45%、14%[5]。美國秸稈還田的特點(diǎn)是土地面積大、主要采用大型農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)，而且秸稈還田時(shí)，重耙、深松、深耕質(zhì)量高，十分重視培肥地力，所以致土壤肥沃，糧食生產(chǎn)效益高。

加拿大農(nóng)業(yè)區(qū)以耕種玉米、小麥和養(yǎng)牛業(yè)為主。玉米秸稈通過收獲機(jī)切碎作為青貯飼料或還田。日本把秸稈直接還田當(dāng)作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的法律去執(zhí)行。英國的洛桑試驗(yàn)站以每年還田玉米秸稈7～8t/hm2進(jìn)行試驗(yàn)，18年后土壤有機(jī)質(zhì)含量提高了2.2%～2.4%。德國波恩大學(xué)試驗(yàn)站研究表明，每公頃施入6.5t秸稈并補(bǔ)施氮肥，19年后土壤有機(jī)質(zhì)含量從1.02%增加到1.48%[6]。

在美國24個(gè)農(nóng)業(yè)州，每年能收集約4 500萬t秸稈用作飼料，或用來蓋房，將整捆的秸稈高強(qiáng)度擠壓后填充墻壁；此外，美國還積極推動(dòng)再生能源事業(yè)，把秸稈作為新興的替代燃料和生物燃料，從中提取乙醇，提高秸稈綜合利用率。日本也在挖掘秸稈燃料的轉(zhuǎn)化潛力，已研制出從秸稈纖維素中提取酒精燃料的技術(shù)[7]。

1．2 我國農(nóng)作物秸稈的生產(chǎn)與利用現(xiàn)狀

我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)作物秸稈在農(nóng)民生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要的地位，秸稈利用有著悠久的歷史，大量被用作燃料，其余用于養(yǎng)畜、建材、積肥還田等。但隨著社會(huì)的發(fā)展、農(nóng)村生活水平的日益提高，能源結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化，用于燃料、建材和養(yǎng)畜的秸桿量不斷減少，秸稈處理成了負(fù)擔(dān)。由于秸稈資源分散、季節(jié)性強(qiáng)、量大面廣及加工成本高等問題，嚴(yán)重制約了秸稈資源的綜合利用，所以形成了露天焚燒和亂堆放等問題。

2 秸稈露天焚燒和亂堆放帶來的危害

2．1 秸稈露天焚燒帶來的危害

2.1.1 污染環(huán)境

焚燒秸稈嚴(yán)重污染環(huán)境，主要是空氣懸浮顆粒數(shù)量明顯增加，造成二氧化碳、氮氧化物、硫化氫、煙塵增加，硫化物在空氣中容易形成酸雨和酸霧，導(dǎo)致水和土壤酸度變化，影響作物生長。秸稈焚燒使空氣中煙霧增加，甚至影響交通、航班等。

2.1.2 破環(huán)土壤結(jié)構(gòu)

秸稈焚燒產(chǎn)生熱量，使土壤表面溫度升高，土壤水分蒸發(fā)，吸水保墑能力大幅下降，還會(huì)殺死土壤中的大量有機(jī)物，造成肥力下降、土壤板結(jié)，影響作物生長。

2.1.3 浪費(fèi)資源

秸稈中含有大量的氮、磷、鉀、粗蛋白等成分，焚燒后的灰分易被水沖走，浪費(fèi)資源。采用切碎還田，秸稈中的成分不僅可以得到充分利用，還會(huì)改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤保墑固水能力，可減少化肥用量，有利于對環(huán)境的保護(hù)，有利于促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

有研究報(bào)道，還田玉米秸稈500kg，相當(dāng)于使用傳統(tǒng)土雜肥2 500kg。一年后土壤有機(jī)質(zhì)含量相對提高0.05%～0.23%，全磷平均提高0.03%，速效鉀增加31.2mg/kg。土壤容量下降0.13～0.16g/cm3，土壤孔隙度提高2%～4%[8]。連續(xù)多年，效果明顯。

2.1.4 引起火災(zāi)

焚燒秸稈易引起火災(zāi)，給農(nóng)民帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

2．2 秸稈亂堆亂放帶來的危害

由于政府“禁燒”令的實(shí)施，焚燒秸稈現(xiàn)象減少了，但又形成大量農(nóng)村廢棄秸稈在田間地頭、路邊、溝渠亂堆放的現(xiàn)象，帶來阻礙交通、堵塞河道、秸稈腐爛變質(zhì)污染環(huán)境、引發(fā)火災(zāi)等許多危害。

3 利用機(jī)械化新技術(shù)提高秸稈還田利用率

歐美等國家土地資源豐富，農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備大型化、重型化，由于土地資源豐富，采用一年一季或輪休種植，秸稈還田培肥地力效果好。中國人多地少，要滿足糧食的需求，土地?zé)o休閑時(shí)間，僅在東北、新疆和高海拔地區(qū)采用一年一熟種植，而黃淮海地區(qū)采用一年兩熟種植，南方采用一年多熟種植，土地復(fù)種指數(shù)高，秸稈還田腐化期短；又由于農(nóng)業(yè)機(jī)械動(dòng)力小、輕便化，與歐美相比秸稈還田、土壤耕作更簡便化，造成秸稈還田質(zhì)量差，培肥地力效果差。為了提高產(chǎn)量，不得不大量使用化肥，為了搶農(nóng)時(shí)采取了焚燒秸稈的辦法，結(jié)果造成環(huán)境污染。

3．1 還田機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀

為促進(jìn)秸稈還田，政府大力推廣新技術(shù)，常用的秸稈還田機(jī)按結(jié)構(gòu)形式分為錘爪式、Y型甩刀式、直刀式和鞭式等類型[9]，主要將其懸掛在拖拉機(jī)和自走式收獲機(jī)對秸稈進(jìn)行粉碎還田。

但目前的秸稈還田機(jī)存在一些問題：一是消耗的功率大。據(jù)試驗(yàn)表明，在玉米秸稈含水率為79.63% ，喂入量1.91kg/s的條件下，秸稈粉碎消耗功率峰值是12.04W，約占所配拖拉機(jī)動(dòng)力輸出的54%[10]。二是秸稈切碎長度不符合要求。根據(jù)秸稈還田機(jī)作業(yè)質(zhì)量性能指針要求玉米秸稈還田長度小于10cm[11]。但由于收獲時(shí)地形、操作等原因，切碎秸稈過長。在冬小麥種植區(qū)，玉米秸稈還田后即整地播種小麥，由于氣溫低秸稈腐化分解慢，會(huì)加大麥苗長在秸稈上的比例，造成黃苗、死苗現(xiàn)象；另一方面，同樣重量的玉米秸稈所占體積也大。經(jīng)對秸稈切碎長度分別為秸稈未切、切斷長度為10cm、5cm時(shí)所占體積的試驗(yàn)測定（表1），秸稈切碎長度為秸稈未切、切斷長度10cm、5cm所占體積分別是秸稈切斷長度3cm所占體積的5.65倍、2.17倍和1.81倍。

表1 秸稈切碎所占體積 單位：m3

切碎秸稈所占體積大會(huì)造成土壤翹空不實(shí)，不利于秸稈腐化分解，影響小麥根系生長，造成農(nóng)民秸稈還田的積極性不高，甚至在秸稈粉碎還田后再進(jìn)行焚燒的現(xiàn)象也經(jīng)常發(fā)生，所以機(jī)械化秸稈還田的推廣既要綜合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益，又要提高農(nóng)民的認(rèn)識(shí)。

3．2 秸稈精細(xì)化切碎還田技術(shù)

3.2.1 小麥秸稈精細(xì)化切碎還田

小麥聯(lián)合收割機(jī)上加裝秸稈切碎器，在收獲過程中將秸稈粉碎并均勻拋散還田，由于秸稈精細(xì)化切碎，秸稈體積大大減小，可有效改善后續(xù)夏玉米播種作業(yè)機(jī)具通過性能。不帶切碎器的小麥?zhǔn)斋@機(jī)收獲后秸稈覆蓋在地表上厚厚一層，不能直接進(jìn)行機(jī)械化播種玉米，需要將秸稈清理，增加了生產(chǎn)成本，導(dǎo)致農(nóng)民直接焚燒等現(xiàn)象。帶有切碎器的收獲機(jī)收獲后秸稈覆蓋在地表上所占體積小，可以直接用免耕播種機(jī)進(jìn)行播種。既可有效減少焚燒秸稈現(xiàn)象，又可改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤肥力。

3.2.2 玉米秸稈精細(xì)化切碎還田

玉米秸稈精細(xì)化切碎還田，主要是將玉米秸稈切碎，由一般標(biāo)準(zhǔn)要求秸稈長度小于10cm，減少到3cm。在秸稈切碎過程中不接觸土壤，采用有支撐切割，切斷質(zhì)量好、功耗小。經(jīng)試驗(yàn)分析，切碎后的秸稈長度小于3cm，秸稈體積小，利于播種和秸稈腐化。由于結(jié)構(gòu)簡單、所需機(jī)械動(dòng)力小，秸稈還田后對后續(xù)播種影響小，農(nóng)民易接受，從而提高秸稈還田率，減少秸稈焚燒、亂堆放帶來的污染。

4 結(jié)論

綜上所述，近年來隨著廢棄秸稈數(shù)量的增加，秸稈焚燒成為許多地區(qū)顯著的環(huán)境和社會(huì)問題，其原因是秸稈利用成本過高，收益較低。解決問題的關(guān)鍵是不斷提高秸稈還田利用率，通過有效的秸稈還田把剩余秸稈充分利用好，可從以下幾個(gè)方面著手：

（1）政府要加強(qiáng)指導(dǎo)，大力宣傳秸稈還田、培肥地力和減少環(huán)境污染的意義，制定相關(guān)政策和法律支持秸稈綜合利用及保護(hù)環(huán)境。

（2）精細(xì)化秸稈還田功率消耗小，粉碎后的秸稈體積小，對機(jī)械化播種影響小，秸稈腐化快，符合中國農(nóng)民精耕細(xì)作的傳統(tǒng)，易接受。

（3）發(fā)展大功率、重型農(nóng)業(yè)機(jī)械，提高秸稈還田、土地耕整質(zhì)量，減少秸稈還田對播種質(zhì)量的影響，使秸稈還田培肥地力效果明顯。