吉林省秸稈覆蓋還田耕作制度下播種技術(shù)應(yīng)用

趙文罡，李洪剛，韓國(guó)靖，王 瑩，劉志巖，顧耀權(quán)，于洪斌

(吉林省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院，長(zhǎng)春 130022)

0 引言

秸稈是黑土地的天然肥料，具有節(jié)肥增效的作用。秸稈覆蓋還田是減輕風(fēng)蝕、水蝕、培肥地力和保墑抗旱的重要手段，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益。秸稈還田保護(hù)性耕作技術(shù)，是目前最有效的綠色生態(tài)技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外受到廣泛的應(yīng)用和推廣。該技術(shù)不僅可以解決秸稈產(chǎn)量過(guò)剩的現(xiàn)狀，還可以解決秸稈焚燒造成污染環(huán)境的生態(tài)難題，同時(shí)以綠色肥料形式來(lái)增加土壤有機(jī)質(zhì)，改良土壤環(huán)境、培肥地力、防風(fēng)固土，為秸稈綜合利用提供新的方式。2020年2月25日，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、財(cái)政部印發(fā)《東北黑土地保護(hù)性耕作行動(dòng)計(jì)劃(2020—2025年)》，將東北地區(qū)(吉林省、遼寧省、黑龍江省和內(nèi)蒙古自治區(qū)的赤峰市、通遼市、興安盟、呼倫貝爾市)玉米生產(chǎn)作為推廣應(yīng)用重點(diǎn)，應(yīng)盡量增加秸稈覆蓋還田比例，增強(qiáng)土壤蓄水保墑能力，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，培肥地力；采用高性能免耕播種機(jī)械，確保播種質(zhì)量。因此秸稈覆蓋條件下的機(jī)械化保護(hù)性耕作種植技術(shù)是保護(hù)性耕作技術(shù)發(fā)展的瓶頸，也是綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

1 吉林省秸稈覆蓋還田耕作技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

吉林省地處東北地區(qū)中部，作為農(nóng)業(yè)大省同時(shí)也是國(guó)家重要的糧食生產(chǎn)基地，是世界級(jí)“黃金玉米帶”之一，耕地面積553.78萬(wàn)hm2。產(chǎn)糧同時(shí)也產(chǎn)出大量玉米秸稈資源，豐富的玉米秸稈資源如何高效率處理是多年來(lái)吉林省遇到的難題之一。隨著秸稈覆蓋耕作技術(shù)快速發(fā)展，秸稈覆蓋還田保護(hù)性耕作成為最有效的綠色生態(tài)技術(shù)，可以解決玉米秸稈利用的難題。2018年10月，吉林省農(nóng)委、省財(cái)政廳聯(lián)合下發(fā)《關(guān)于加快推廣秸稈覆蓋還田保護(hù)性耕作技術(shù)，推進(jìn)耕地質(zhì)量耕作生態(tài)耕作效益“綠色增長(zhǎng)”的實(shí)施意見》，決定從2019—2025年全省推廣秸稈覆蓋還田保護(hù)性耕作技術(shù)，并下發(fā)實(shí)施意見書。2019年，實(shí)現(xiàn)秸稈覆蓋還田面積66.67萬(wàn)hm2，全省力爭(zhēng)到2025年，秸稈覆蓋還田保護(hù)性耕作面積達(dá)玉米播種面積45%左右[1]。目前基本形成以下四種適合吉林省農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)的秸稈覆蓋還田耕作技術(shù)模式[2-6]。

1.1 秸稈全量覆蓋還田均勻行免耕播種技術(shù)模式

玉米秋季收獲并采用秸稈還田機(jī)粉碎全量覆蓋還田地表，第二年春季播種期采用重型免耕播種機(jī)直接均勻行播種的技術(shù)模式。實(shí)施的技術(shù)路線為玉米收獲機(jī)機(jī)械收獲、秸稈覆蓋還田、免耕施肥播種、化學(xué)除草、病蟲害防治。目前，該項(xiàng)技術(shù)模式吉林省推廣效果較好，得到了吉林省委省政府和農(nóng)民的關(guān)注。該模式可適用于玉米秸稈覆蓋量較小的吉林省西部白城、松原等風(fēng)沙干旱區(qū)域。

1.2 玉米寬窄行倒茬交替休閑種植模式

該模式為改壟作為平作、改均勻壟(600～650 mm)為寬行(800～900 mm)和窄行(500～400 mm)、變低留茬為高留茬，上部其余秸稈全量覆蓋還田，隔年輪換休耕。實(shí)施的路線是將寬行改為休耕帶(將秸稈歸行處置在此區(qū)域)，窄行改為種植帶，應(yīng)用寬窄行免耕播種機(jī)在種植帶完成播種作業(yè)；下一年將寬行改為400～500 mm行距的種植帶，窄行改為800～900 mm的休耕帶；以后每年交換輪流耕作，以實(shí)現(xiàn)減少耕作面積、種養(yǎng)結(jié)合的倒茬休耕模式。該種模式適用于秸稈產(chǎn)量高、覆蓋量大的區(qū)域，如吉林省中部的長(zhǎng)春、四平等區(qū)域。

1.3 玉米保護(hù)性耕作條帶耕技術(shù)模式

條帶耕為保護(hù)性耕作的一種新方式，目前在國(guó)內(nèi)研究中處于前沿領(lǐng)域，沒(méi)有真正意義上的定義。條帶耕技術(shù)模式是指在秸稈覆蓋地表進(jìn)行耕作，創(chuàng)建清潔的條帶上來(lái)播種作業(yè)，將秸稈殘留處理至兩條帶之間用來(lái)保護(hù)土壤的耕作技術(shù)模式。未來(lái)?xiàng)l帶耕技術(shù)模式將可能成為東北黑土地保護(hù)性耕作技術(shù)模式主推方式之一。條帶耕技術(shù)模式既堅(jiān)持了地表有大量的秸稈覆蓋，又能創(chuàng)造出一個(gè)比較潔凈的待播種床，解決了提高播種質(zhì)量和出苗生長(zhǎng)的問(wèn)題、同時(shí)利于提高地溫。實(shí)施的路線為采用秸稈歸行機(jī)對(duì)地表秸稈進(jìn)行集行處理[7]，在計(jì)劃播種帶上應(yīng)用寬窄行免耕播種機(jī)完成播種作業(yè)。另外還可以采用苗帶淺旋少耕播種模式[8]，應(yīng)用專用的苗帶淺旋免耕、少耕播種機(jī)春季直接在秸稈全量粉碎還田均勻覆蓋地表進(jìn)行播種作業(yè)，機(jī)具滿足播種前苗帶窄幅淺旋處理，旋耕深度 <10 cm，秸稈粉碎長(zhǎng)度≤10 cm，條耕作業(yè)方式下，不超過(guò) 1/3的土壤擾動(dòng)。該技術(shù)模式主要適用玉米產(chǎn)量高、秸稈產(chǎn)量過(guò)大的吉林省中部長(zhǎng)春、四平等區(qū)域。

1.4 玉米秸稈全量覆蓋高留茬還田技術(shù)模式

高留茬還田技術(shù)模式是指秋季玉米收獲同時(shí)保留大于40 cm以上的根茬在田地，其余秸稈直接覆蓋還田地表，春季應(yīng)用均勻行(或?qū)捳?播種進(jìn)行種植的技術(shù)模式。減少地表秸稈覆蓋量，重點(diǎn)解決地溫低、出苗晚等問(wèn)題，主要適應(yīng)于吉林省東部吉林、白山市和延邊州等冷涼區(qū)和積溫較低的山區(qū)、半山區(qū)。

2 全量秸稈覆蓋還田“清潔區(qū)”播種技術(shù)模式

吉林省西部如白城、松原等風(fēng)沙干旱區(qū)素有西部“糧倉(cāng)”之美譽(yù)，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，熱量充足，但風(fēng)沙較大，存在風(fēng)蝕嚴(yán)重、干燥少雨(年降水量不足400 mm)且時(shí)空分布不均、土壤瘠薄等問(wèn)題，因此全量秸稈覆蓋保護(hù)性耕作模式適宜在該地區(qū)示范推廣。該地區(qū)可將玉米秸稈全量覆蓋地表還田，起到了防治風(fēng)蝕、保土保水、增加土壤有機(jī)質(zhì)的目的，據(jù)有關(guān)研究表明連續(xù)秸稈全量覆蓋還田5年后，耕層中土壤有機(jī)質(zhì)含量可提高15%～20%左右。秸稈還田同時(shí)也給機(jī)械化種植帶來(lái)了難題，尤其是全量秸稈覆蓋還田后，免耕播種機(jī)播種時(shí)秸稈拖堆、斷條、架種、晾種等問(wèn)題，嚴(yán)重影響播種質(zhì)量，因此科研院所、各大高校、骨干農(nóng)機(jī)企業(yè)等都在進(jìn)行研究探索解決方案。

2.1 全量秸稈覆蓋還田“清潔區(qū)”播種技術(shù)模式

全量秸稈覆蓋還田“清潔區(qū)”播種技術(shù)[9-11]，是指配有秸稈粉碎還田機(jī)的玉米收獲機(jī)械秋季收獲時(shí)將秸稈全量覆蓋地表還田(或秸稈粉碎還田機(jī)單獨(dú)作業(yè))，冬季休耕養(yǎng)地。下年春季播種期采用全量秸稈覆蓋還田“清潔區(qū)”精密播種機(jī)作業(yè)，可一次完成播前秸稈撿拾粉碎，同時(shí)對(duì)表土預(yù)處理、創(chuàng)造播前“清潔區(qū)”種床，免耕精密播種完成高質(zhì)量播種作業(yè)，碎秸稈均勻拋撒覆蓋播后地表，起到秸稈覆蓋還田、防風(fēng)固沙、培肥地力、蓄水保墑的目的。解決現(xiàn)有免耕播種機(jī)在秸稈全量覆蓋條件下出現(xiàn)擁堵、拖堆、斷條、架種、晾種，播種質(zhì)量較差技術(shù)難題。

2.2 全量秸稈覆蓋還田“清潔區(qū)”精密播種機(jī)

免耕播種機(jī)作業(yè)效率及播種質(zhì)量受到秸稈覆蓋量過(guò)大影響機(jī)具作業(yè)，因此良好的防堵技術(shù)是關(guān)鍵因素之一。該機(jī)采用秸稈清理裝置與高性能免耕播種機(jī)聯(lián)合作業(yè)，基于主動(dòng)式防堵技術(shù)為核心部件，由拖拉機(jī)后動(dòng)力輸出作為動(dòng)力源，主動(dòng)驅(qū)動(dòng)秸稈清理裝置對(duì)播前玉米秸稈撿拾粉碎、同時(shí)種床預(yù)處理，碎秸稈通過(guò)絞龍葉片式輸送裝置進(jìn)行“秸土分離”并推送，拋送裝置完成秸稈提升，采用短時(shí)地表凈空的方式創(chuàng)造“清潔區(qū)”，高性能免耕播種機(jī)及時(shí)完成開溝側(cè)深施肥、精密播種、覆土鎮(zhèn)壓作業(yè)，粉碎后秸稈均勻拋撒覆蓋播后地表(圖1)，起到秸稈還田、防風(fēng)固沙、培肥地力、蓄水保墑目的。

圖1 全量秸稈覆蓋還田“清潔區(qū)”精密播種機(jī)

2.3 田間試驗(yàn)與分析

全量秸稈覆蓋還田“清潔區(qū)”精密播種機(jī)在吉林省農(nóng)安縣開安鎮(zhèn)石場(chǎng)村進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)耕地為全量秸稈覆蓋還田越冬休耕，試驗(yàn)土壤質(zhì)地為沙壤土，土壤含水率20%，滿足試驗(yàn)耕地條件需求。試驗(yàn)前，經(jīng)技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)對(duì)試驗(yàn)機(jī)具進(jìn)行調(diào)試，保證機(jī)具工作狀態(tài)正常。實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖强己苏麢C(jī)在秸稈全量覆蓋條件下作業(yè)機(jī)具的通暢性及播種質(zhì)量情況并進(jìn)行測(cè)定，試驗(yàn)方法根據(jù)《免(少)耕施肥播種機(jī)》(GB/T 20865—2017)，主要考核秸稈粉碎長(zhǎng)度、秸稈覆蓋均勻性、播種施肥質(zhì)量和出苗情況，計(jì)算秸稈粉碎長(zhǎng)度。

試驗(yàn)中分別對(duì)播前地表及播種后地表秸稈覆蓋情況進(jìn)行了測(cè)定并記錄，對(duì)比分析機(jī)具的秸稈處理能力進(jìn)行驗(yàn)證，具體情況詳見表1所示。

表1 秸稈粉碎質(zhì)量參數(shù) 單位：%

試驗(yàn)表明，全量覆蓋還田地表的玉米秸稈通過(guò)機(jī)具的撿拾粉碎、收集、提升拋送，可以創(chuàng)造播前“清潔區(qū)”種床，為免耕播種創(chuàng)造了有利條件，碎秸稈均勻拋撒在播后地表，試驗(yàn)過(guò)程中未出現(xiàn)秸稈擁堵、拖堆、斷條等現(xiàn)象。對(duì)免耕播種機(jī)的播種質(zhì)量進(jìn)行了測(cè)定記錄，后期出苗期對(duì)出苗情況進(jìn)行跟蹤調(diào)查，具體情況詳見表2所示。

表2 播種質(zhì)量性能指標(biāo)

結(jié)果表明：基于“清潔區(qū)”種床模式下的免耕播種機(jī)的播種質(zhì)量?jī)?yōu)良，排種性能合格指數(shù)均達(dá)到(超過(guò))免(少)耕施肥播種機(jī)國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可以完成秸稈全量覆蓋還田條件下的播種要求。

3 結(jié)論與建議

綜上所述，吉林省位于中國(guó)黑土地核心區(qū)，是全國(guó)重要商品糧基地，黑土地保護(hù)性耕作技術(shù)研究與示范，讓吉林省的黑土地持續(xù)煥發(fā)生命力。

1)介紹吉林省秸稈覆蓋還田耕作技術(shù)模式發(fā)展現(xiàn)狀，分析吉林省基本成熟的四種秸稈覆蓋還田技術(shù)模式，總結(jié)適宜吉林省保護(hù)性耕作技術(shù)路線和發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，為東北地區(qū)黑土地保護(hù)利用，吉林省發(fā)展可持續(xù)的綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)提供參考。

2)針對(duì)吉林省西部風(fēng)沙土區(qū)風(fēng)蝕嚴(yán)重、土壤貧瘠，降雨量少且時(shí)空分布不均等問(wèn)題，提出以玉米秸稈全量還田為核心，以防治風(fēng)蝕、保土保水、增加土壤有機(jī)質(zhì)為目標(biāo)，提出構(gòu)建全量秸稈覆蓋還田“清潔區(qū)”播種技術(shù)模式，研究全量秸稈覆蓋條件下精密播種技術(shù)。

3)通過(guò)對(duì)“清潔區(qū)”精密播種機(jī)試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果證明該機(jī)在全量秸稈覆蓋還田條件下，機(jī)具通暢性能良好，可以創(chuàng)造播前“清潔區(qū)”種床，為免耕播種創(chuàng)造了有利條件，未出現(xiàn)秸稈擁堵、拖堆、斷條現(xiàn)象的發(fā)生。播種質(zhì)量、性能較好地解決現(xiàn)有免耕播種機(jī)在秸稈全量覆蓋條件下?lián)矶?、拖堆、斷條、架種、晾種，播種質(zhì)量較差難題，為吉林省的保護(hù)性耕作技術(shù)研究與發(fā)展提供參考。

4)保護(hù)性耕作是先進(jìn)的現(xiàn)代耕作技術(shù)體系，具有區(qū)域性和復(fù)雜性。應(yīng)采取因地制宜的方式發(fā)展適合本區(qū)域特點(diǎn)的技術(shù)路線，針對(duì)不同地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)，根據(jù)技術(shù)發(fā)展和農(nóng)業(yè)實(shí)際逐步改進(jìn)創(chuàng)新技術(shù)模式。在農(nóng)業(yè)農(nóng)機(jī)科技人員的不斷努力下，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平，為保證國(guó)家糧食安全，實(shí)現(xiàn)“藏糧于地、藏糧于技”戰(zhàn)略提供技術(shù)支撐。