東北地區(qū)秸稈利用現(xiàn)狀及有效還田方式

姜英華

（集安市成人職業(yè)教育中心，吉林 集安 134200）

1 秸稈能源化利用的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與地位

實(shí)踐表明，農(nóng)作物秸稈燃燒效率是煤炭、木材等燃料的50%，并且秸稈成分中含有豐富的鈣、磷等物質(zhì)，其應(yīng)用價(jià)值相對(duì)較高。對(duì)秸稈經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行科學(xué)、有效開發(fā)，對(duì)緩解農(nóng)村能源供應(yīng)壓力具有積極的作用。農(nóng)作物秸稈的開發(fā)與利用也是農(nóng)村經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要標(biāo)志，相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用標(biāo)志著我國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展將更加注重可持續(xù)性發(fā)展和生態(tài)效益。

農(nóng)作物秸稈的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和應(yīng)用途徑受到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人員的高度重視，在農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要的地位。現(xiàn)有的技術(shù)條件下，秸稈的應(yīng)用途徑主要集中在肥料、能源和飼料加工等領(lǐng)域，綜合利用價(jià)值較高。然而，由于技術(shù)應(yīng)用不足，農(nóng)村秸稈的隨意廢棄也是目前影響能源化發(fā)展的主要障礙，相關(guān)領(lǐng)域研究人員應(yīng)提高重視程度，善于利用先進(jìn)的技術(shù)方法與管理措施提高秸稈的利用效率。

東北地區(qū)土地遼闊，農(nóng)業(yè)種植規(guī)模大，秸稈產(chǎn)生量大，但當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)作物秸稈處理仍以焚燒為主，綜合利用率顯著低于全國平均水平。秸稈是土壤有機(jī)質(zhì)的重要來源，還田是秸稈綜合利用的主要方式，促進(jìn)秸稈高質(zhì)量還田，有利于保護(hù)耕地，夯實(shí)糧食高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)，推動(dòng)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展。近年來，東北地區(qū)秸稈還田面積持續(xù)擴(kuò)大。2020年，東北大部分地區(qū)被積雪覆蓋，大部分地區(qū)土壤墑情適宜。在春耕期間，為做好東北地區(qū)秸稈科學(xué)還田和還田地塊的科學(xué)管理，總結(jié)一些有效的秸稈還田方式。

2 東北地區(qū)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)及秸稈利用現(xiàn)狀

2.1 種植結(jié)構(gòu)

東北地區(qū)主要包括吉林、遼寧、黑龍江三省。東北地區(qū)以黑土和黑鈣土為主要的土壤類型，該類型土壤富含有機(jī)質(zhì)，土壤肥沃，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力較強(qiáng)。其中，黑龍江省糧食總產(chǎn)量多年位列東北地區(qū)第一，而吉林省農(nóng)作物單位面積產(chǎn)量位列全國第一。黑龍江省農(nóng)作物耕種面積達(dá)1 100萬hm2，糧食作物總產(chǎn)量達(dá)4 225萬t，其中糧食作物產(chǎn)量最高的四大作物種類分別為水稻、玉米、小麥和大豆。在吉林省農(nóng)作物耕種結(jié)構(gòu)中，占比最多的是玉米，其次是綠豆、水稻、大豆、薯類、高粱和小麥；遼寧省糧食作物以玉米、水稻為主，其中玉米的耕種面積最大。東北地區(qū)的耕地主要集中在三江平原、遼河平原、松嫩平原等區(qū)域，由于耕地連片，地勢(shì)較為平坦，因此機(jī)械化可操作性較高［1］。

2.2 秸稈資源現(xiàn)狀

黑龍江省、吉林省和遼寧省作為東北地區(qū)糧食生產(chǎn)與加工的主陣地，為保證糧食作物的穩(wěn)定供應(yīng)，糧食產(chǎn)量逐年提高，每年產(chǎn)出的秸稈資源也隨之增加。黑龍江省種植區(qū)玉米、水稻和大豆資源明顯多于吉林省和遼寧省。數(shù)據(jù)表明，2019年東北地區(qū)農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量超過2億t，黑龍江省秸稈產(chǎn)量占比接近50%，因此對(duì)秸稈資源綜合利用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2.3 農(nóng)作物秸稈焚燒利用現(xiàn)狀

東北地區(qū)農(nóng)作物秸稈焚燒處理成為常態(tài)，并且焚燒總量較大，焚燒數(shù)量居于全國首位。目前，東北地區(qū)秸稈綜合利用率僅為66.6%，比全國低13.5%。秸稈焚燒或廢棄既浪費(fèi)了資源，又污染了環(huán)境。且不合理的秸稈焚燒導(dǎo)致農(nóng)村空氣質(zhì)量不佳，對(duì)秸稈的不合理利用嚴(yán)重阻礙了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)健康、穩(wěn)定發(fā)展。

3 農(nóng)作物秸稈還田的意義

東北地區(qū)的耕地呈連片式分布，地勢(shì)較為平坦，農(nóng)作物產(chǎn)量較高，農(nóng)作物秸稈總量大、利用難度大，是我國秸稈綜合利用的重點(diǎn)和難點(diǎn)地區(qū)，推進(jìn)東北地區(qū)秸稈處理十分緊迫和重要?；鶎映Ｓ玫慕斩掃€田方式較為粗放，多為直接焚燒。盡管我國禁止直接對(duì)秸稈進(jìn)行焚燒，但仍有部分農(nóng)民選擇此類粗放的秸稈還田方式［2］。焚燒會(huì)形成大量濃煙，造成空氣污染，而且會(huì)產(chǎn)生大量二氧化碳，加重全球氣候變暖。如果秸稈燃燒不充分，則會(huì)產(chǎn)生大量一氧化碳，造成空氣污染。

合理的秸稈還田不僅可以將農(nóng)作物秸稈歸還土壤，而且能構(gòu)建優(yōu)質(zhì)的土壤生態(tài)環(huán)境。首先，合理進(jìn)行秸稈還田可以降低空氣中的二氧化碳含量，使其以碳元素的形式儲(chǔ)存于土壤中，有利于下一階段農(nóng)作物的健康生長，而且能改善土壤的儲(chǔ)肥、保水能力，提高土壤的生態(tài)質(zhì)量。其次，農(nóng)作物生長需要各類微生物的協(xié)同作用，充分利用秸稈資源可以維持土壤中的微生物活性，從而提高農(nóng)作物的生長質(zhì)量［3］。近年來，東北地區(qū)各省市政府采取了有力的管理措施和監(jiān)督手段，強(qiáng)化了秸稈焚燒的整治力度。目前，我國秸稈優(yōu)質(zhì)化能源開發(fā)利用水平得到顯著提升。

4 東北地區(qū)農(nóng)作物秸稈還田的有效方式

由于東北各地區(qū)的氣候和土壤條件存在差異，且不同地區(qū)秸稈還田的方式、數(shù)量等有所不同，錯(cuò)誤的秸稈還田方式會(huì)造成秸稈腐爛不充分，嚴(yán)重影響農(nóng)作物健康生長，因此，照搬其他地區(qū)的秸稈還田技術(shù)模式，效果不一定理想。目前，東北地區(qū)常用的3種秸稈還田模式包括秸稈翻埋還田、秸稈碎混還田、秸稈覆蓋還田。研究表明，大部分秸稈當(dāng)年可腐解，3種模式秸稈的腐解程度均在64%以上。此外，連續(xù)多年秸稈還田土壤的有機(jī)質(zhì)含量每年可提高0.01%～0.03%［4］。

4.1 秸稈翻埋還田模式

由于東北地區(qū)耕地面積大，且耕地成片連接，因此，多使用機(jī)械化的秸稈還田方式。

4.1.1 技術(shù)路線。機(jī)械收獲→秸稈粉碎均勻還田→機(jī)械深平翻埋秸稈還田→機(jī)械耙地。

4.1.2 還田標(biāo)準(zhǔn)。①適時(shí)收獲。以玉米為例，玉米秸稈呈綠色、含水量為30%時(shí)，進(jìn)行秸稈還田最易腐熟，養(yǎng)分含量最高，也最易粉碎。因此，應(yīng)采用聯(lián)合收獲機(jī)收獲，配備秸稈粉碎裝置將大田作物秸稈直接粉碎還田。秸稈切碎長度應(yīng)小于10 cm，留茬高度小于5 cm，嚴(yán)防漏切，且要求粉碎后的秸稈均勻拋撒于地表，不得有堆積，否則會(huì)影響下茬作物的播種質(zhì)量，也不利于秸稈充分腐熟。②盡早翻耕，最好是邊收邊耕埋，深翻30 cm，保證秸稈能翻埋至地下20 cm，確保不重不漏，使秸稈充分腐解并加快分解速度。翻耕后地表殘茬不得超過10%。③耙碎耢平，要求耙后地表高低差小于3 cm，表土疏松、土壤細(xì)碎，完成鎮(zhèn)壓后可達(dá)到待播狀態(tài)。④應(yīng)使用66 kW以上的拖拉機(jī)配套秸稈還田機(jī)，95～155 kW拖拉機(jī)配套3～5鏵雙向液壓翻轉(zhuǎn)犁、配套缺口重耙、配套大壟整形機(jī)、配套折疊鎮(zhèn)壓器等。

4.1.3 優(yōu)缺點(diǎn)。秸稈翻埋還田模式的優(yōu)點(diǎn)是可將地表秸稈全部深埋于地下，打破犁底層，疏松土壤，增加耕層厚度；能有效減少來年雜草和病蟲害發(fā)生；后期作業(yè)可選擇旋耕起壟或平作免耕；正常年份農(nóng)作物出苗好、產(chǎn)量高。其缺點(diǎn)是作業(yè)環(huán)節(jié)多、成本高，需要配套的農(nóng)具多，且易受機(jī)械投入及土地零散耕作的限制。

4.2 秸稈碎混還田模式

秸稈碎混還田是一種新型整地模式?！八椤笔侵笇C(jī)收后的玉米秸稈用秸稈還田機(jī)打成絲狀；“混”是指將打碎后的玉米秸稈用整地機(jī)械混拌至土壤中。秸稈碎混技術(shù)可以加速秸稈腐熟，提升耕地質(zhì)量，提升土壤有機(jī)質(zhì)含量，從而改善土壤理化性狀。

4.2.1 作業(yè)流程。機(jī)械收獲后→秸稈二次粉碎→深松聯(lián)合整地→耙2遍平播（旋耕、起壟、鎮(zhèn)壓）。

4.2.2 作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。①選用秸稈根茬粉碎還田機(jī)，于秋季作物收獲后，對(duì)機(jī)械收獲粉碎還田的秸稈或機(jī)械收獲后的立稈進(jìn)行二次粉碎。要求秸稈粉碎、拋灑均勻，不漏塹、不拖堆，長度不超過10 cm，秸稈覆蓋度不超過30%。大豆和其他作物收獲后秸稈全量拋撒，玉米秸稈進(jìn)行地面粉碎作業(yè)后耙地碎混。②聯(lián)合整地機(jī)將秸稈混拌還田于25 cm深的土壤中，或先深松30 cm，重耙2次，深度需在15 cm以上。③66 kW以上拖拉機(jī)配套秸稈還田機(jī)，95～155 kW拖拉機(jī)配套大型深松聯(lián)合整地機(jī)、重耙、起壟機(jī)、鎮(zhèn)壓器等，作業(yè)速度應(yīng)小于8 km/h［5］。

4.2.3 優(yōu)缺點(diǎn)。秸稈碎混還田模式的優(yōu)點(diǎn)是秸稈能夠與土壤充分接觸，使秸稈還田均勻、快速腐爛；降低土壤容重，提升地溫，提高土壤的通透性，促進(jìn)作物根系生長；抑制病蟲害傳播和發(fā)生。其缺點(diǎn)是作業(yè)成本較高，不保水，春季水分不充足難以保證全苗；碎混機(jī)模式作業(yè)次數(shù)多，作業(yè)成本高，大型聯(lián)合整地機(jī)、重型耙等均價(jià)格不菲，受機(jī)械投入資金及土地零散耕作的限制較大。

4.3 秸稈覆蓋還田模式

秸稈覆蓋還田是指使用農(nóng)作物聯(lián)合收割機(jī)在完成收割工作后對(duì)農(nóng)作物秸稈進(jìn)行機(jī)械化粉碎，之后直接將粉碎的秸稈撒鋪于土壤表面，實(shí)現(xiàn)對(duì)耕地的覆蓋。

4.3.1 技術(shù)模式。①秸稈覆蓋均勻還田免耕播種作業(yè)技術(shù)模式：玉米機(jī)械收獲留茬高度在10 cm左右，秸稈粉碎長度在35 cm左右，均勻覆蓋于地表，利用免耕播種機(jī)直接播種，無須使用專業(yè)秸稈處理機(jī)具。②高留根茬秸稈還田覆蓋地表免耕播種作業(yè)技術(shù)模式：玉米收獲時(shí)留茬高度需在45 cm左右，上部秸稈粉碎后直接還田，寬窄行種植、平作，無須使用專業(yè)的秸稈處理機(jī)具。③秸稈粉碎還田覆蓋地表集行免耕播種作業(yè)技術(shù)模式：收獲時(shí)將玉米秸稈粉碎后直接覆蓋于地表，利用秸稈歸行機(jī)械歸集至休閑帶，同時(shí)清理出播種苗帶，使用免耕機(jī)播種，并配套45 kW拖拉機(jī)和秸稈歸行機(jī)［6］。

4.3.2 優(yōu)缺點(diǎn)。秸稈覆蓋還田模式的優(yōu)點(diǎn)是將粉碎后的秸稈鋪至土壤表面，可減少土壤風(fēng)蝕及土壤水分蒸發(fā)，進(jìn)而提升土壤的保水能力。粉碎的秸稈腐爛后，土壤內(nèi)的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)會(huì)有所改善，有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)元素會(huì)直接下沉至土層深部，腐殖質(zhì)每年可增加0.15%左右，從而提升土壤肥力，減少化肥投入量。其缺點(diǎn)是地溫略低，出苗平均晚兩三天。

5 不同作物秸稈還田的有效方式

5.1 玉米秸稈深翻養(yǎng)地

5.1.1 適用范圍。在東北、中原及東部等主要玉米種植區(qū)（降水量超過450 mm、積溫超過2 600℃，適宜大型機(jī)械化作業(yè)的地區(qū)）可應(yīng)用玉米秸稈深翻養(yǎng)地還田模式。

5.1.2 作業(yè)環(huán)節(jié)。作業(yè)環(huán)節(jié)為：玉米秸稈粉碎拋灑→秸稈二次粉碎（＜10 cm）→深翻（翻耕深度＞30cm）→耙壓和旋耕平地（起壟）→播種。

5.1.3 作業(yè)優(yōu)勢(shì)。該模式與常規(guī)的耕種模式相比，肥料利用率提高10.6%，產(chǎn)量平均增加10.1%，每667 m2增收13.5%。另外，經(jīng)過4 a秸稈深翻還田，土壤耕層（0～20 cm）與亞耕層（20～40 cm）土壤的有機(jī)質(zhì)含量分別增加了14.7%和22.2%。

5.2 水稻秸稈還田

東北地區(qū)水稻秸稈還田可分為翻埋還田與旋耕還田兩種。秋季稻田適合機(jī)械下田作業(yè)的地塊，收獲前稻田應(yīng)及時(shí)排干水，在封凍前完成整地作業(yè)，同時(shí)可以結(jié)合秋季整地一并進(jìn)行，每667 m2施尿素3～4 kg。

5.2.1 秸稈粉碎作業(yè)質(zhì)量要求。水稻聯(lián)合收割機(jī)需加裝秸稈粉碎拋撒還田裝置，收獲的同時(shí)粉碎秸稈。秸稈留茬高度≤10 cm，切碎長度≤10 cm，秸稈粉碎長度及留茬高度不合格率≤10%，均勻地拋撒在地表。

5.2.2水稻秸稈還田方式。對(duì)于水稻秸稈翻埋還田，秋季秸稈粉碎后及時(shí)翻地，立垡越冬；翻耕深度應(yīng)為18～25 cm，實(shí)現(xiàn)秸稈全部深埋還田，漏耕率≤2.5%，重耕率≤5%，水田池邊翻地整齊。水稻秸稈旋耕還田，秋季秸稈粉碎后及時(shí)旋耕整地，旋耕深度應(yīng)為14～16 cm，實(shí)現(xiàn)秸稈全部深埋還田，漏耕率≤2.5%，重耕率≤5%，水田池邊旋耕整齊。

5.3 大豆秸稈利用方式

東北三省年產(chǎn)大豆秸稈近375萬t，占全國大豆秸稈總量的60%。其中，僅有少量的大豆秸稈被牛羊不合理啃食，大量的大豆秸稈均被當(dāng)作燃料焚燒，大豆秸稈利用率小于3%，導(dǎo)致寶貴資源浪費(fèi)嚴(yán)重。國外大約有40%的大豆秸稈被用作牛、羊的配合飼料。因此，研究效果好、成本低、適合國情的大豆秸稈處理方法，致力于改善大豆秸稈適口性，提高消化率，增加營養(yǎng)價(jià)值，提高酶解能力，發(fā)展節(jié)糧型畜牧業(yè)是農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的重要內(nèi)容與發(fā)展方向。

大豆秸稈用作飼料有以下優(yōu)勢(shì)：一是大豆秸稈蛋白質(zhì)含量高，一般含量為10%～12%，50 kg秸稈相當(dāng)于3 kg糧食，并且含有纖維素、半纖維素及戊聚糖，可被牛羊消化利用；二是大豆秸稈飼料可減少生物能損失和蛋白質(zhì)資源損失；三是可提高圈養(yǎng)存欄率；四是真正達(dá)到了大豆“吃干榨凈”的目的。

6 結(jié)語

通過對(duì)東北地區(qū)秸稈能源利用價(jià)值的分析，可以明確秸稈能源化技術(shù)處理對(duì)發(fā)展農(nóng)村循環(huán)經(jīng)濟(jì)具有明顯的促進(jìn)作用，相關(guān)部門和工作人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)秸稈的綜合利用和技術(shù)研究，分析、總結(jié)出適用于東北地區(qū)的秸稈還田方式，加強(qiáng)農(nóng)作物秸稈的資源化管理，并對(duì)其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展和無害化處理技術(shù)的應(yīng)用前景提高關(guān)注度，促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新發(fā)展。