秸稈還田機(jī)械與腐解影響因素

王 慧，唐慶剛，李 瑛

(佳木斯市潛興農(nóng)業(yè)機(jī)械研發(fā)有限公司，黑龍江 佳木斯 154000)

0 引言

秸稈是糧食生產(chǎn)過程中的必然產(chǎn)物，也被稱為農(nóng)業(yè)廢棄物，是固體廢棄物的一種。但秸稈分解后可以釋放大量的植物生長必需元素，如氮、磷、鉀、碳及有機(jī)物等，可以促進(jìn)作物生長和提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，又被稱為利用價(jià)值極高的可再生生物資源。中國是產(chǎn)糧大國，因此每年糧食收獲后，田地中也會(huì)殘留非常多的作物秸稈，但是秸稈的利用率并不高，其中機(jī)械還田約占總量的30%，加工用作牲畜飼料約占總量的18.5%，轉(zhuǎn)化為工業(yè)生產(chǎn)原料約占總量的15.4%，用作其他約占總量的36.1%。隨著新技術(shù)的出現(xiàn)及應(yīng)用，作為燃料、飼料、建筑材料的秸稈使用量越來越少，造成每年會(huì)有大量的秸稈被作為農(nóng)業(yè)垃圾進(jìn)行處理。許多地區(qū)將秸稈就地焚燒、亂堆亂放等簡單的處理方式，造成環(huán)境污染、影響村容村貌等社會(huì)問題。

秸稈還田主要可分為直接和間接兩種方式，直接還田方式按機(jī)械對(duì)秸稈作用可分為整稈(高留茬)、粉碎和覆蓋(翻壓)還田等；間接還田方式主要有碳化、堆漚和過腹。直接還田方式操作簡單、節(jié)省人力物力、成本低、見效快，適合用于大面積的土地，但是容易出現(xiàn)病蟲害，需要增加防治病蟲害的投入[1]。間接還田操作復(fù)雜、成本高，不適合大面積田塊。

秸稈通過機(jī)械裝置還田后，在土壤自身微生物及人為添加劑作用下進(jìn)行腐解，腐解過程中會(huì)釋放出大量的氮、磷、鉀等作物所需生長元素，土壤養(yǎng)分增多，其物理、化學(xué)性質(zhì)得到有效改善，蓄水保墑和固碳的能力得到大幅提高。環(huán)境中多種因素都會(huì)對(duì)秸稈的腐解進(jìn)程產(chǎn)生不同程度的影響。

1 秸稈利用情況

國外許多國家都有明確且嚴(yán)格的法律禁止焚燒秸稈，各個(gè)國家也都在探索不同方式、方法來解決秸稈問題。如英國在1993年6月頒布了史上第一部最嚴(yán)厲的作物秸稈焚燒法規(guī)，通過法規(guī)限制秸稈焚燒現(xiàn)象，而后同大多數(shù)國家一樣使用秸稈粉碎還田機(jī)械將作物秸稈收割、打碎后翻埋進(jìn)土壤就地還田的方法消化秸稈，將大量秸稈摻入土壤，以此來增加土壤中的有機(jī)質(zhì)含量。美國等農(nóng)業(yè)大國采用的是將種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)有效結(jié)合的有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，種植業(yè)產(chǎn)生的大量秸稈加工處理后直接用于畜牧業(yè)，既解決了秸稈處理問題，也解決了牲畜飼料問題，秸稈使用率很高，使農(nóng)作物秸稈幾乎都被消耗。

國內(nèi)的秸稈粉碎還田技術(shù)開始于20世紀(jì)90年代，相對(duì)于國外發(fā)展較晚。早期，我國的秸稈資源一直處于“浪費(fèi)”狀態(tài)，即就地堆放棄置一旁，或者就地直接焚燒，僅有少量的秸稈用于造肥還田、畜牧飼料和生活能源消耗。近年來，糧食產(chǎn)量逐年增加，秸稈產(chǎn)量也連年激增，但是秸稈的利用率、使用量并不高?？梢姡袊r(nóng)作物秸稈資源利用存在很大空間。秸稈還田作為秸稈資源利用的方式之一，是實(shí)現(xiàn)秸稈肥料化、減少化肥使用和維持糧食安全的重要措施。

2 秸稈還田機(jī)械

國外的秸稈還田技術(shù)應(yīng)用早，秸稈還田機(jī)械發(fā)展也較先進(jìn)。意大利FORIGO生產(chǎn)的秸稈枝條粉碎還田機(jī)，如圖1所示。該機(jī)具有專用于切碎雜草、秸稈及樹枝等農(nóng)業(yè)“垃圾”性能，碎屑大小適合自然腐爛分解，可前置懸掛也可以側(cè)懸掛，并且?guī)в幸簤赫郫B功能，方便田間行走與運(yùn)輸。挪威格蘭公司生產(chǎn)的格蘭FXZ400型秸稈還田機(jī)，如圖2所示。該機(jī)器具有調(diào)節(jié)方便、可靠性高和田間適用能力強(qiáng)的特點(diǎn)，其還田作業(yè)效果好，可用于各種農(nóng)業(yè)作物秸稈的機(jī)械翻壓還田作業(yè)。荷蘭AWON牌秸稈還田機(jī)，如圖3所示。其具有高效率、低油耗的特點(diǎn)，刀頭被設(shè)計(jì)成Y型結(jié)構(gòu)，使用壽命更長、粉碎更徹底，刀具呈螺旋狀分布，使機(jī)具受力更均勻、振動(dòng)小。

圖1 意大利FORIGO秸稈還田機(jī)

圖2 挪威FXZ400秸稈還田機(jī)

圖3 荷蘭AWON牌秸稈還田機(jī)

國內(nèi)的秸稈還田機(jī)械相較于國外起步較晚，但是發(fā)展速度相對(duì)較快，目前，國內(nèi)田間生產(chǎn)作業(yè)時(shí)可以看到有許多企業(yè)自行研發(fā)秸稈粉碎還田設(shè)備已經(jīng)投入使用。常州漢森機(jī)械股份有限公司生產(chǎn)的4JH-200型秸稈還田機(jī)，如圖4所示。其傳動(dòng)可靠性高，可調(diào)節(jié)側(cè)向移動(dòng)結(jié)構(gòu)，方便調(diào)整作業(yè)范圍，刀具由多組Y型刀和直刀的組合排布使用，使粉碎效果更好，作業(yè)效率更高[2]。河北中農(nóng)博遠(yuǎn)農(nóng)業(yè)裝備有限公司生產(chǎn)的博遠(yuǎn)3ZF-165型秸稈粉碎還田機(jī)，如圖5所示。該機(jī)作業(yè)時(shí)懸掛在農(nóng)用拖拉機(jī)后方，傳動(dòng)方式為齒輪變速箱和側(cè)邊三角帶傳動(dòng)，農(nóng)戶使用反饋表明：該機(jī)具秸稈粉碎還田性能良好。江蘇沃德農(nóng)業(yè)機(jī)械股份有限公司生產(chǎn)的沃德1JH系列秸稈還田機(jī)，如圖6所示。該機(jī)具有結(jié)構(gòu)合理、經(jīng)久耐用和性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，懸掛方式采用液壓三點(diǎn)連接，轉(zhuǎn)彎靈活。

圖4 4JH-200型秸稈還田機(jī)

圖5 3ZF-165型秸稈還田機(jī)

圖6 沃德1JH系列秸稈還田機(jī)

3 秸稈還田腐解影響因素

評(píng)價(jià)秸稈還田效果重要因素之一是秸稈腐解情況。秸稈還田后腐解是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜且緩慢的過程。秸稈在還田后腐解規(guī)律表現(xiàn)為先快后慢，一般秸稈可在土壤中存留2～3年甚至更長時(shí)間都無法被土壤中的微生物完全分解。影響秸稈腐解的因素很多，如土壤的理化性質(zhì)、耕作方式和不同秸稈的性質(zhì)等都會(huì)對(duì)秸稈腐解速率產(chǎn)生不同程度的影響。

土壤的理化性質(zhì)對(duì)秸稈腐解的影響較大。東北農(nóng)業(yè)大學(xué)于舒函[3]探究了秸稈還田時(shí)施加氮對(duì)土壤速效氮的影響。研究結(jié)果表明，秸稈最適合腐解土壤pH為5～8，酸性或堿性過強(qiáng)都會(huì)導(dǎo)致土壤中的微生物物理活性不同程度改變，從而影響秸稈腐解效果。Li X G等[4]通過對(duì)秸稈在鹽漬土中的腐解研究表明，土壤鹽堿含量不同對(duì)微生物的影響程度不同間接影響秸稈腐解的速度，鹽堿度與秸稈腐解速率呈負(fù)相關(guān)。

在秸稈還田耕作過程中，由于還田量不同、還田深度不同都會(huì)對(duì)秸稈腐解產(chǎn)生不同程度的影響。東北農(nóng)業(yè)大學(xué)王蕾等[5]通過直接還田方式，對(duì)黑龍江省玉米秸稈在5～25 cm的秸稈長度、5～25 cm的還田深度范圍內(nèi)還田腐解的規(guī)律進(jìn)行了深入研究。研究結(jié)果表明，黑龍江省玉米秸稈的腐解效率隨其長度和翻埋深度的增加而降低。南京信息工程大學(xué)江曉東等[6]通過少耕免耕方式對(duì)小麥、玉米秸稈還田腐解的規(guī)律探究表明，少耕免耕耕作模式下秸稈腐解率低于旋耕、耙耕等傳統(tǒng)耕作方式。山西農(nóng)業(yè)大學(xué)王娜等[7]揭示了旋耕和覆蓋免耕兩種還田方式下對(duì)北方旱田小麥秸稈腐解影響規(guī)律，結(jié)果表明，經(jīng)過375天的試驗(yàn)，旋耕方式小麥秸稈腐解率為50%，覆蓋免耕方式下小麥秸稈腐解率為31%，但覆蓋免耕方式固碳能力顯著增強(qiáng)。

外界因素對(duì)秸稈還田腐解也會(huì)產(chǎn)生較大影響，如溫度、添加生物菌等。吉林市農(nóng)業(yè)科學(xué)院曲曉晶等[8]探討了在秸稈還田時(shí)添加尿素、生物菌劑和微量元素調(diào)理劑3種方式對(duì)吉林省玉米秸稈的影響規(guī)律。結(jié)果表明，在秸稈還田時(shí)增加添加劑能夠有效加速秸稈的腐解，添加生物菌劑在還田深度為15 cm時(shí)秸稈腐解率效果較好，添加尿素在還田深度為30 cm時(shí)秸稈腐解率效果較好。Stanford等[9]研究發(fā)現(xiàn)，秸稈腐解的最適溫度為5～35 ℃，每升高10 ℃，會(huì)使易于礦化的物質(zhì)腐解速率加倍。周桂香等[10]研究表明，不僅隨著溫度的升高秸稈的腐解會(huì)加快，田間持水量對(duì)秸稈的腐解也有一定的影響，研究表明70%的持水量最適合秸稈腐解，降低到40%的持水量或升高到90%的持水量，均不利于秸稈的腐解。

4 結(jié)語

基于我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平，秸稈粉碎快速腐解還田機(jī)械的發(fā)展受到一定程度的影響。機(jī)具整體田間適應(yīng)性較差、功率、噪音及振動(dòng)大、消耗大，功能結(jié)構(gòu)單一。部分工作部件在高速旋轉(zhuǎn)下易損壞，說明其可靠性較差，存在一定的安全隱患。1)國家應(yīng)加大對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械研制的投入，加快新型且適合我國實(shí)際情況的秸稈快腐還田機(jī)械的研制。2)持續(xù)加大對(duì)秸稈快腐還田研究人員的培養(yǎng)力度，提高我國研發(fā)農(nóng)業(yè)機(jī)械的科技人員的技術(shù)水平。3)提高對(duì)秸稈快腐還田機(jī)械的購買補(bǔ)貼，提高農(nóng)民購買秸稈快腐還田機(jī)械的積極性。4)如何提高秸稈利用率，如何快速腐解秸稈，如何減少秸稈還田成本，將會(huì)是未來秸稈綜合利用及快速腐解還田機(jī)械的研究發(fā)展方向。