黑土地保護性耕作在水田的應(yīng)用研究

程 晉

（遼寧省農(nóng)業(yè)機械化研究所，沈陽 110161）

《黑土地保護法》作為我國第一部針對黑土區(qū)黑土地資源利用與保護的國家法律，明確了保護黑土地對我國糧食安全和生態(tài)安全的重要意義。國家出臺的《東北黑土地保護性耕作行動計劃（2020—2025年）》已在遼寧深入實施[1]，提出2025年完成保護性耕作面積133.33 hm2的目標(biāo)。遼寧省的黑土地保護性耕作任務(wù)目前只包含旱地大田種植，暫時不包含水田種植。

1 水田黑土地保護性耕作的意義

黑土地保護性耕作的提出是為了保護黑土地資源，穩(wěn)步恢復(fù)提升黑土地基礎(chǔ)地力，促進資源可持續(xù)利用，維護生態(tài)平衡，保障國家糧食安全。水稻作為遼寧省第二大糧食作物，常年種植面積在53.33 hm2以上，占全省糧食作物種植面積的15%左右。

水稻種植需要使用大量的化肥、農(nóng)藥，還需要大量的灌溉用水。經(jīng)過多年的種植，水稻田土壤微生物活性降低、土壤容重增加，導(dǎo)致土壤板結(jié)、保水保肥及儲熱能力降低、鹽堿化加重等問題，表明水田黑土地已開始退化。因此，實施黑土地保護性耕作在水田種植中也具有重要意義。

2 水田黑土地保護性耕作的方法

2.1 水稻秸稈還田的作用

遼寧省水田土壤以潮棕壤、草甸土和潮土為主。秋冬季節(jié)因水田土壤含水率較高，風(fēng)蝕現(xiàn)象較少，秋季收獲后水田可采用秸稈粉碎還田作業(yè)，以增加土壤有機質(zhì)；也可隔年進行翻耕作業(yè)，以減少水田連作的蟲害和草害。春季可采用秸稈還田旋耕耙地作業(yè)，以提高土壤有機質(zhì)含量。

水稻秸稈還田不僅可以減少秸稈資源的浪費和焚燒秸稈帶來的空氣污染，還可以改善土壤的物理性狀，整體增加土壤水、肥、熱容量等生態(tài)效益。秸稈還田后可以大大提高土壤有機質(zhì)含量，提升土壤蓄水保肥能力，加快植株根系生長，提高植株對土壤中氮素的吸收效率，增加水稻產(chǎn)量，對于維持水稻可持續(xù)增產(chǎn)具有重要作用。此外，秸稈進入土層中可以為微生物繁育提供足夠的營養(yǎng)，提高土壤酶活性[2]，使土壤中營養(yǎng)成分更易被植株吸收，響應(yīng)了國家“藏糧于地、藏糧于技”的糧食安全戰(zhàn)略。

水稻秸稈還田并施化肥與秸稈不還田施化肥兩種方式相比，水稻秸稈還田并施化肥方式的施肥量減少，土壤中N，P，K等營養(yǎng)物質(zhì)含量均有所增加，土壤結(jié)構(gòu)改良顯著，保肥供肥能力均有所提升。

2.2 水稻秸稈還田的技術(shù)模式

2.2.1 水稻秸稈直接還田水稻秸稈直接還田是指將未經(jīng)化學(xué)或生物處理過的水稻秸稈直接打碎，然后旋耕、翻耕埋入土壤中。這種模式可以去除藏在秸稈中的害蟲，降低蟲源數(shù)量，從而減輕蟲害。

水稻秸稈直接還田的缺點是不利于水稻插秧、增加水稻病害、降低水田地溫等。一是水稻秸稈腐化過程中需要吸收外部土壤中的氮、磷和水，如果田塊少水少肥，水稻秸稈腐化就會與水稻生長爭水爭肥，不利于水稻壯苗，影響秸稈還田的效果[3]。二是水稻秸稈直接還田可能導(dǎo)致地溫過低，不利于秸稈腐化，且會影響水稻插秧及生長。三是水稻秸稈直接還田會將水稻秸稈中的病害回歸土壤，有可能加重土傳病害的發(fā)生。

2.2.2 水稻秸稈腐熟還田水稻秸稈腐熟還田是一種間接還田方式，先將水稻秸稈進行腐熟，然后再與土壤混埋。這種模式與秸稈直接還田相比，水稻秸稈更易腐化，且不影響插秧。秸稈轉(zhuǎn)化成生物有機肥的轉(zhuǎn)化率高，肥料養(yǎng)分豐富，有機質(zhì)和N，P，K元素及微量元素含量高。此外，水稻秸稈在腐熟中還可以升溫滅活秸稈中的蟲卵和雜草種子，以及多種病菌，從而降低土傳病害發(fā)生的可能性。

水稻秸稈腐熟還田的缺點是腐熟時間較長，且受環(huán)境溫濕度影響較大，勞動力強度及設(shè)備資金要求較高。雖然目前催腐劑、酵素劑等催化劑已經(jīng)大規(guī)模推廣開來，可以縮短腐熟時間，但農(nóng)戶在使用過程中具體問題仍時有發(fā)生，有待進一步加以解決。

在大規(guī)模集成工廠化生產(chǎn)下，可以先對腐化菌種進行培育，然后經(jīng)高溫堆腐、機械翻動、生物發(fā)酵等過程，通過現(xiàn)代化設(shè)備設(shè)定好溫度、濕度、時間等參數(shù)，使水稻秸稈充分轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)的生物有機肥。但這需要較高的設(shè)備運營成本，操作難度較大。

2.2.3 生物炭還田生物炭是一種固態(tài)物質(zhì)，具有炭的一些特性，如表面積比大、多孔等。生物炭可以由水稻秸稈在少氧環(huán)境中進行高溫裂解而得到。水稻秸稈經(jīng)過加工成為生物炭后，碳存儲更穩(wěn)定，可以作為碳封存的重要方法。生物炭與土壤進行混合后，可以改良土質(zhì)，增加土壤團聚體，促進微生物生態(tài)發(fā)展，提高土壤水肥保持能力，且有效性長。

生物炭的燒制方法與制作工藝對產(chǎn)品品質(zhì)有較大影響，生物炭對各種類型土壤的應(yīng)用效果還缺乏長時期的觀察研究。

3 水田黑土地保護性耕作的機具

目前遼寧省水稻秸稈還田作業(yè)模式主要為秸稈低留茬犁翻作業(yè)和秸稈高留茬犁翻作業(yè)。秸稈低留茬犁翻作業(yè)過程為：收獲機采用低留茬，將收獲后的秸稈粉碎成小段并均勻拋撒于地表，然后用鏵式犁或耙地機將粉碎后的秸稈與茬子一起翻埋至地下，春季用旋耕機整地泡田。秸稈高留茬犁翻作業(yè)過程為：收獲機采用高留茬，將收獲后的秸稈殘茬用秸稈粉碎還田機打碎還田，然后用鏵式犁或耙地機將粉碎后的秸稈與茬子一起翻埋至地下，春季用旋耕機整地泡田。

水稻秸稈還田作業(yè)使用的機具包括：1）水稻秸稈粉碎機（如圖1 所示）。該機具采用錘片式甩刀對地表秸稈進行粉碎還田，作業(yè)效率高。2）翻耕犁（如圖2所示）。該機具作業(yè)深度大，秸稈壓埋效果好，但需要配套動力較大，作業(yè)效率低。3）動力圓盤耙（如圖3所示）。該機具作業(yè)速度快，效率高，但需要配套動力較大。4）旋耕整地機（如圖4 所示）。該機具通過旋耕刀片對秸稈與土壤進行粉碎混合，作業(yè)效率高。

圖1 水稻秸稈粉碎機Figure 1 Rice straw grinder

圖2 翻耕犁Figure 2 Plowing plough

圖3 動力圓盤耙Figure 3 Power disk rake

圖4 旋耕整地機Figure 4 Rotary tillage and land preparation machine

4 結(jié)語

黑土地保護性耕作在遼寧省水田作業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)大力提倡，但在實際實施過程中也遇到一些問題。目前國內(nèi)廠商研制的機具多采用傳統(tǒng)旋耕機作為秸稈還田機，碎土效果較好，但對秸稈殘茬翻埋效果的研究較為薄弱。相關(guān)機具主要存在耕深過淺、翻埋效果較差、秸稈漂浮等問題，大多處于試驗階段，應(yīng)用于實際生產(chǎn)的較少或存在部分問題影響其推廣效果及農(nóng)戶接受程度。今后的研究重點在于適宜水田黑土地保護性耕作的技術(shù)模式及配套機具。