玉米秸稈覆蓋還田條耕種植技術(shù)及配套機(jī)具簡述
2023-11-02 09:46:36王文強(qiáng)高宇段小惠初小兵
農(nóng)業(yè)與技術(shù) 2023年20期
王文強(qiáng) 高宇 段小惠 初小兵
(長春市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院，吉林 長春 130052)
引言
玉米秸稈覆蓋還田條耕種植技術(shù)是以機(jī)械化作業(yè)為主要手段，在保證種子出苗率的情況下，采用玉米寬窄行種植的方式，利用玉米秸稈歸行機(jī)將粉碎后的玉米秸稈歸行到休閑帶，做到將玉米秸稈全量覆蓋還田，再采用少耕的方式，利用條帶耕整聯(lián)合作業(yè)機(jī)對待播種帶進(jìn)行帶狀淺旋作業(yè)，利用免耕播種機(jī)進(jìn)行播種作業(yè)的一種，不同于傳統(tǒng)耕種技術(shù)的作業(yè)模式[1]。采用條耕種植技術(shù)模式2～3年后，可逐漸減少化肥的使用量，同時在對玉米植保時，采用精準(zhǔn)變量施藥的方式，能夠在大幅度減少農(nóng)藥使用量的同時提高農(nóng)藥的利用率，該技術(shù)模式是對玉米保護(hù)性耕作模式的一種創(chuàng)新，對東北的黑土地保護(hù)具有十分重要的意義，玉米秸稈覆蓋還田條耕種植技術(shù)2019年首次在長春市試點(diǎn)應(yīng)用，因其增產(chǎn)效果良好，截至2022年，推廣應(yīng)用范圍已經(jīng)擴(kuò)大到吉林省全境，輻射到整個東北地區(qū)。
1 條耕種植技術(shù)的核心要點(diǎn)
條耕種植技術(shù)由長春市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院于2019年最先提出，該技術(shù)模式既保證了地面有較大面積的秸稈覆蓋區(qū)域，又解決了播種困難和出苗率低的問題，具有高產(chǎn)且作業(yè)成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，條耕種植技術(shù)的核心要點(diǎn)主要包括4個方面：玉米機(jī)械化收獲后，全量秸稈粉碎還田；對粉碎后的玉米秸稈進(jìn)行歸行，形成有秸稈覆蓋的休閑帶和無秸稈覆蓋的待播種帶；對無秸稈覆蓋的待播種帶進(jìn)行深松、淺旋和鎮(zhèn)壓；使用免耕播種機(jī)進(jìn)行精量播種。
1.1 秸稈粉碎還田
秋季使用玉米聯(lián)合收獲機(jī)進(jìn)行作業(yè)，在收獲的同時對玉米秸稈進(jìn)行粉碎，粉碎后的玉米秸稈均勻拋灑在地塊表面，玉米秸稈粉碎長度控制在10～20cm，秸稈留茬高度也控制在10～20cm，秸稈留茬的好處在于可以形成“風(fēng)墻”阻擋地表秸稈移動，同時起到“抓土固土”的作用。
1.2 秸稈歸行
單獨(dú)使用后置式玉米秸稈歸行機(jī)，或者同時使用前置式玉米秸稈歸行機(jī)和條帶耕整聯(lián)合作業(yè)機(jī)配合作業(yè)，對地表覆蓋的玉米秸稈進(jìn)行歸行，形成寬度為60～70cm的無秸稈的待播種帶，同時兩側(cè)形成有秸稈覆蓋的休閑帶，秸稈歸行作業(yè)后呈現(xiàn)待播種帶和休閑帶相互交錯的狀態(tài)，秸稈覆蓋還田具有蓄水保墑、培肥地力的作用，同時能夠有效抑止雜草的生長。
1.3 條帶深松、淺旋與鎮(zhèn)壓
使用條帶耕整聯(lián)合作業(yè)機(jī)對待播種帶進(jìn)行條帶淺旋作業(yè)，可以起到疏松土壤并消除地表少量殘留秸稈的作用，條帶淺旋作業(yè)的幅寬為60cm，作業(yè)的深度秋季作業(yè)控制在10～15cm，春季作業(yè)時控制在8～10cm。根據(jù)地塊的硬度情況，每隔2～3年可在條帶耕整聯(lián)合作業(yè)機(jī)的前端加裝深松鏟，條帶淺旋作業(yè)的同時進(jìn)行深松作業(yè)，也可在秋季時單獨(dú)使用深松機(jī)進(jìn)行深松作業(yè)，以保證玉米持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，同時條帶耕整聯(lián)合作業(yè)機(jī)后部的鎮(zhèn)壓裝置會對條帶淺旋和深松后的待播種帶進(jìn)行同步鎮(zhèn)壓，既可以形成干凈平整的種床，提升播種質(zhì)量，又能保證土壤松軟適宜，防止風(fēng)蝕和失墑。
1.4 播種作業(yè)
條耕后的土壤能滿足各種播種機(jī)的作業(yè)，但是應(yīng)選擇高性能的精量播種機(jī)，最好是免耕播種機(jī)以保證出苗率。播種作業(yè)前應(yīng)調(diào)整好播種機(jī)的播種行距、株距和下肥速度，為保證播種質(zhì)量，播種帶與條耕帶要保證吻合，播種作業(yè)要隨時觀察，避免出現(xiàn)跑偏，同時要根據(jù)土壤肥力、種植密度等選擇適合本區(qū)域的玉米品種進(jìn)行播種。
條帶種植技術(shù)模式在秋季完成秸稈歸行和條帶淺旋作業(yè)最為理想，秋季作業(yè)時風(fēng)速小，歸行后的秸稈移動量少，利于形成干凈平整的待播種帶，同時條帶淺旋后，對歸行后的邊緣秸稈進(jìn)行了部分的掩埋，翌年春季經(jīng)凍融后的土壤與秸稈形成粘連，不易被大風(fēng)刮走出現(xiàn)集堆的現(xiàn)象。如遇秋季作業(yè)時間限制或者土壤墑情不佳不利于作業(yè)，也可以先完成秸稈歸行作業(yè)，待翌年春季再進(jìn)行條帶淺旋作業(yè)。特別是對于風(fēng)沙嚴(yán)重易失墑的地塊，通常情況下不建議春季秸稈歸行和條帶淺旋作業(yè)，在可能的情況下應(yīng)當(dāng)在秋季時完成作業(yè)，因為特殊情況在春季作業(yè)時也應(yīng)保證條帶淺旋的作業(yè)深度不超過10cm，以消除地表少量殘余秸稈和根茬為目的，并保證土壤的鎮(zhèn)壓強(qiáng)度，從而最大限度地減少土壤失墑。對于低洼冷涼地等需要散墑提溫的地塊，可在春季播種前提前3d左右進(jìn)行條帶淺旋以達(dá)到散墑提溫的效果，同時也要嚴(yán)格把握好播種作業(yè)的時機(jī)，防止失墑嚴(yán)重和地溫不足而影響種子的出苗率。
2 條耕種植技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
2.1 解決秸稈焚燒的問題
條耕種植技術(shù)模式推進(jìn)了玉米保護(hù)性耕作的創(chuàng)新，解決了純免耕情況下，大量秸稈覆蓋帶來的地溫提升慢，使用播種機(jī)播種時玉米秸稈易拖堆，難以種地的問題，打消了農(nóng)民對保護(hù)性耕作的疑慮，與農(nóng)民傳統(tǒng)的耕作習(xí)慣可以完美銜接，從而整體上快速推進(jìn)玉米秸稈全量還田，真正解決秸稈焚燒的問題。
2.2 適用低洼冷涼地塊
傳統(tǒng)的玉米保護(hù)性耕作對低洼冷涼地的適應(yīng)性不好，因地塊的土壤濕度大、地溫低，導(dǎo)致種子的發(fā)芽時間變長、出苗率低，對玉米的產(chǎn)量造成影響，而條耕種植技術(shù)模式能夠很好地適用低洼冷涼地塊，經(jīng)過條帶淺旋作業(yè)后，可以形成良好的土壤耕層結(jié)構(gòu)，使地溫提升加快、土壤濕度降低，達(dá)到適宜種子發(fā)芽的物理狀態(tài)，為播種機(jī)的后續(xù)播種作業(yè)提供了基礎(chǔ)條件。
2.3 提高種子的出苗率
大型農(nóng)機(jī)進(jìn)地作業(yè)后易造成土地不平整、土地變硬，影響播種作業(yè)和出苗質(zhì)量，僅通過深松作業(yè)難以改善土壤的耕層結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的旋耕整地方式又不利于黑土地的保護(hù)，條耕種植技術(shù)模式減少了50%的動土量，降低了動力消耗，減少了作業(yè)成本，既有玉米寬窄行種植秸稈全量還田的優(yōu)點(diǎn)，又解決了以往玉米歸行種植存在的種床不平整的問題，各種地況的適應(yīng)性更好，其形成的良好種床，提高了種子的出苗率，可以使玉米增產(chǎn)5%以上。
2.4 培肥地力
條耕種植技術(shù)模式經(jīng)過條帶淺旋作業(yè)后的待播種帶，可以蓄水保墑、抗旱防澇，防止土壤板結(jié)，休閑帶因有玉米秸稈覆蓋，可以減少土壤風(fēng)蝕水蝕，減少土壤養(yǎng)分流失，有效抑制雜草生長，大大減少除草劑的使用量。玉米秸稈腐爛還田后，還會增加土壤的有機(jī)質(zhì)含量，同時蚯蚓和白星花金龜?shù)壤ハx數(shù)量也會增加，其可以通過取食消化把秸稈轉(zhuǎn)化成有機(jī)肥，培肥地力，改善土壤的物理性狀，降低土壤耕層容重，有效提高土壤活性，可減少一定的化肥使用量。
2.5 減肥減藥
條耕帶和秸稈覆蓋帶輪作，實(shí)現(xiàn)了秸稈腐爛的有機(jī)質(zhì)與土壤的全層混合，玉米秸稈全量還田3年后可減少化肥使用量10%左右，5年后可減少化肥使用量20%左右，而玉米產(chǎn)量不減。同時條帶淺旋僅對地表部分土壤進(jìn)行作業(yè)，還有50%以上的土壤有秸稈覆蓋，極大抑制了雜草的生長，在精準(zhǔn)施用除草劑的情況下，可減少使用除草劑40%左右，大大降低了成本。
3 條耕種植技術(shù)的配套機(jī)具
3.1 玉米秸稈歸行機(jī)
玉米秸稈歸行機(jī)由長春市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院于2017年最先研發(fā)成功，目前已經(jīng)形成了系列化，按照工作形式分為前置式玉米秸稈歸行機(jī)和后置式玉米秸稈歸行機(jī)，按照工作效率分為單行、雙行、3行和4行玉米秸稈歸行機(jī)，其主要結(jié)構(gòu)形式為每1組歸行部件均由2個摟草盤成“八”字型組成，玉米秸稈歸行機(jī)作業(yè)時依靠拖拉機(jī)的動力前進(jìn)，摟草盤通過與地面的摩擦力而旋轉(zhuǎn)作業(yè)，摟草盤上的彈齒摟集地表覆蓋的玉米碎秸稈并將其清理至兩側(cè)，形成寬度在60～70cm的干凈待播種帶。
圖1 后置式玉米秸稈歸行機(jī)作業(yè)圖
3.2 條帶耕整聯(lián)合作業(yè)機(jī)
1.撥草輪；2.深松鏟；3.旋耕刀；4.限深輪；5.攏土盤；6.鎮(zhèn)壓輪
條帶耕整聯(lián)合作業(yè)機(jī)由長春市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院于2019年最先研發(fā)成功，目前已經(jīng)形成了系列產(chǎn)品，按照工作效率分為單行、雙行、3行和4行條帶耕整聯(lián)合作業(yè)機(jī)，其主要由撥草輪、深松鏟、旋耕刀、限深輪、攏土盤和鎮(zhèn)壓輪組成，作業(yè)時1組撥草輪先將待播種苗帶邊緣的秸稈進(jìn)行清理，使待播種帶的界限分明，而后深松鏟進(jìn)行深松(根據(jù)需要可不安裝深松鏟)，接著旋耕刀對待播種帶進(jìn)行條帶淺旋，淺旋深度可在7～15cm區(qū)間調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)方式為調(diào)整限深輪的高低，淺旋寬度為60cm，而后1組攏土盤對淺旋過的土壤進(jìn)行攏集，最后鎮(zhèn)壓輪對待播種帶進(jìn)行鎮(zhèn)壓形成干凈平整的種床。
條帶耕整聯(lián)合作業(yè)機(jī)的刀具特點(diǎn)：旋耕刀采用“7”字刀，這是一種新型的復(fù)合型耕作刀具，優(yōu)點(diǎn)明顯，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，因為該刀具融合了滅茬刀與T245旋耕刀的耕作特點(diǎn)，將2種耕刀合二為一，原來分2次耕作的程序改為1次，達(dá)到了既滅茬又旋耕的效果，大大降低了耕作成本，而且該刀具耕作效果好，其頭部寬大(寬度為70mm)能將粉碎的秸稈和表土很好的混拌，形成良好的破碎翻土效果。
圖3 條帶耕整聯(lián)合作業(yè)機(jī)作業(yè)圖
條帶耕整聯(lián)合作業(yè)機(jī)不同于傳統(tǒng)的旋耕機(jī)，是一種僅針對待播種帶進(jìn)行淺旋作業(yè)而對于有秸稈覆蓋的休閑帶不進(jìn)行作業(yè)的機(jī)具，該機(jī)具具有淺旋深度可調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，調(diào)節(jié)范圍在7～15cm，而且淺旋過的待播種帶，經(jīng)過機(jī)具后部鎮(zhèn)壓輪的鎮(zhèn)壓后，可以形成一個干凈平整略高于地面的種床帶。在作業(yè)時如果配合前置式玉米秸稈歸行機(jī)配套使用，就可以實(shí)現(xiàn)機(jī)具一次進(jìn)地而完成玉米秸稈歸行與條帶淺旋2項工作任務(wù)，后期只需要免耕播種機(jī)進(jìn)地播種作業(yè)即可。而且如果地塊需要深松，還可以在條帶耕整聯(lián)合作業(yè)機(jī)的前部根據(jù)不同的需求加裝各式各樣的深松鏟，就可以實(shí)現(xiàn)一次進(jìn)地完成土壤深松和條帶淺旋2項任務(wù)，具有進(jìn)地次數(shù)少，完成任務(wù)多的優(yōu)點(diǎn)。
4 條耕種植技術(shù)與純免耕技術(shù)的對比
2020年開始，在榆樹市選擇了4塊具有代表性的地塊作為重點(diǎn)監(jiān)測示范地塊，這4個地塊的地勢、土壤性狀、氣候條件等均基本一致，其中1個地塊采用純免耕種植技術(shù)，另外3個地塊均采用條耕種植技術(shù)，從種植到收獲全程指導(dǎo)，具體由農(nóng)民自己實(shí)施，對地塊的地溫、墑情、秸稈腐爛情況、出苗率、雜草情況、病蟲害、產(chǎn)量、施肥量等情況進(jìn)行全面監(jiān)測。經(jīng)過3年的試驗和數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)條耕種植技術(shù)與純免耕種植技術(shù)對比增產(chǎn)效果較為明顯，考慮到2020年榆樹市受臺風(fēng)影響的特殊因素，2種模式的玉米產(chǎn)量的對比可能略有偏差，但從土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤有益生物數(shù)量及種類、防止水土流失的效果、土壤蓄水保墑的能力、土壤風(fēng)蝕水蝕的情況，以及2021年和2022年的玉米產(chǎn)量等方面進(jìn)行對比，依然可以看出條耕種植技術(shù)模式對于純免耕技術(shù)的優(yōu)勢。
出苗率明顯提高，條耕種植技術(shù)比純免耕種植技術(shù)出苗率高3%以上；條耕種植技術(shù)運(yùn)用3年后，土壤中有機(jī)質(zhì)含量比原來增加7%以上；2020年受臺風(fēng)影響，降雨量明顯增多的情況下，與純免耕種植技術(shù)地塊相比，條耕種植技術(shù)地塊水土流失情況比較弱，相對減少徑流量20%左右，減少土壤流失25%左右；蓄水保墑能力明顯增強(qiáng)，在連續(xù)3年的春季土壤墑情檢測中，均發(fā)現(xiàn)采用條耕種植技術(shù)的地塊，蓄水保墑能力相當(dāng)于平均增加10～15mm的降水量；能明顯減少土壤的風(fēng)蝕量，采用條耕種植技術(shù)的地塊，近3年大約可以減少風(fēng)蝕量300t·hm-2以上；大大節(jié)約生產(chǎn)成本，由于動土量和進(jìn)地次數(shù)的減少，大約能夠節(jié)約生產(chǎn)成本800～1200元·hm-2；雜草生長數(shù)量明顯減少，無論是否施用除草劑，條耕種植技術(shù)的地塊雜草生長數(shù)量均不到純免耕種植技術(shù)的50%；土壤性狀得到改善，在連續(xù)3年運(yùn)用條耕種植技術(shù)的地塊中進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)蚯蚓的數(shù)量約為24條·m-2，是3年前的2倍左右；產(chǎn)量的增加，2020年條耕種植技術(shù)的地塊與純免耕種植技術(shù)的地塊對比，平均增產(chǎn)4%左右，2021年平均增產(chǎn)5.5%左右，2022年平均增產(chǎn)7%左右。
圖4 出苗率對比
圖5 土壤有機(jī)質(zhì)含量對比
注：條耕含水量數(shù)值為3個地塊的平均值。
圖7 2022年雜草數(shù)量對比
圖8 蚯蚓數(shù)量對比
5 條耕種植技術(shù)對黑土地保護(hù)的意義
5.1 促進(jìn)秸稈全量還田利用
如今隨著牛羊等草食畜牧業(yè)的發(fā)展，秸稈飼料化
圖9 玉米產(chǎn)量對比
利用的需求逐漸增加，同時利用秸稈和畜禽糞便協(xié)同處理成生物天然氣，將秸稈作為燃料燃燒發(fā)電等成為了秸稈綜合利用的幾個重要方面，因此近年來秸稈飼料化和能源化利用的占比很大，東北各地區(qū)紛紛加大秸稈飼料化技術(shù)推廣和青儲玉米種植面積，推廣秸稈飼料膨化技術(shù)，這對玉米秸稈還田利用造成了很大的阻礙，而且目前東北玉米保護(hù)性耕作并不是把收獲玉米棒后的秸稈全部都鋪回到田里，各地區(qū)的秸稈還田量均不一致，還田量范圍約在30%～100%，隨著條耕種植技術(shù)的成熟和配套機(jī)具的完善，其顯著的作業(yè)效果和增產(chǎn)增收的優(yōu)勢，必將進(jìn)一步促進(jìn)玉米秸稈全量還田利用。
5.2 促進(jìn)黑土地保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；?/h3>
雖然東北的保護(hù)性耕作取得了一定的成績，農(nóng)民對于玉米保護(hù)性耕作的積極性也有了很大的提高，但是距離黑土地保護(hù)的要求仍有一些差距。玉米秸稈覆蓋還田條耕種植技術(shù)不僅僅是做到少耕和秸稈還田就可以，要知道條耕種植不是一項單一的技術(shù)，而是秸稈歸行、條帶淺旋、深松、精量播種、變量施藥、精準(zhǔn)施肥、機(jī)械化收獲等多環(huán)節(jié)密切配合，2年一循環(huán)的耕作技術(shù)模式，耕、種、管、收的各個環(huán)節(jié)都比較細(xì)化，農(nóng)機(jī)、農(nóng)藝和田間管理都十分統(tǒng)一，形成了規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化的作業(yè)流程，對東北黑土地保護(hù)和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化都具有十分重要的意義。
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