秸稈肥料化利用研究進(jìn)展

摘要：秸稈作為一種重要的可再生資源，科學(xué)合理利用秸稈可在保護(hù)農(nóng)村環(huán)境、增加農(nóng)民收入、促進(jìn)資源循環(huán)利用和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展方面起重要作用。秸稈產(chǎn)地分散、種類不一、成分各異，對(duì)肥料化過程所需條件不同，增加了肥料化過程的技術(shù)復(fù)雜性。主要用于還田的作物秸稈有玉米秸稈、小麥秸稈、水稻秸稈和油菜秸稈。目前秸稈肥料化的主要方式有直接還田、間接還田2種方式，直接還田是最簡(jiǎn)單、最直接的肥料化利用方式，可以增加土壤肥力、改善土壤結(jié)構(gòu)、提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，但容易引出病蟲害和出苗率低等問題，后續(xù)需要合適的農(nóng)技配套措施作補(bǔ)充。間接還田方式主要包括堆漚還田和過腹還田等方式等。本文就秸稈肥料化利用現(xiàn)狀、技術(shù)方法和應(yīng)用情況進(jìn)行闡述，并提出相關(guān)建議，以期為后續(xù)研究提供參考。

關(guān)鍵詞：秸稈；肥料化；秸稈還田；玉米；小麥；油菜

秸稈是作物收獲籽粒后剩余部分，含有豐富的有機(jī)和無機(jī)物，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品，作物吸收的養(yǎng)分幾乎有一半儲(chǔ)存在秸稈中。我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，每年都有大量的秸稈產(chǎn)生，根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布的《全國(guó)農(nóng)作物秸稈綜合利用情況報(bào)告》顯示，2021年

全國(guó)秸稈產(chǎn)量達(dá)9.65億t，分布總體表現(xiàn)為“東高西低、北高南低”，以玉米、水稻、小麥為主，占中國(guó)秸稈資源總量的 84.8%，其次為棉花、油菜、豆類、薯類等，主要分布在東北、華北和長(zhǎng)江中下游。秸稈作為一種重要的可再生生物資源，雖然綜合利用率在穩(wěn)步提升，但還是有大量秸稈被丟棄、焚燒，不僅造成資源浪費(fèi)，還會(huì)引起農(nóng)村環(huán)境污染，秸稈合理化利用保護(hù)環(huán)境、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和提升農(nóng)民收入。目前我國(guó)秸稈主要的利用方式為肥料化、飼料化、燃料化、原料化、基料化，利用率分別為 47.20％、17.99％、11.79％、2.47％、２.23％，形成了以肥料化和飼料化為主的利用方式，秸稈肥料化的利用率最高，有直接還田、間接還田2種模式，間接還田常用的方式有堆肥還田。日本秸稈肥料化利用率約是55%，韓國(guó)秸稈肥料化利用率是45.7%，我國(guó)肥料化利用率43.2%，相比其他國(guó)家，中國(guó)秸稈肥料化利用還有一定提升空間[1]。

1 秸稈利用現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外秸稈肥料化利用現(xiàn)狀

秸稈肥料化利用就是將農(nóng)作物收獲籽粒后的秸稈通過物理、化學(xué)和生物的技術(shù)方法處理后，使得秸稈在微生物的作用下，分解轉(zhuǎn)化，形成容易被植物吸收的形式，實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)增加土壤有機(jī)質(zhì)、改善土壤結(jié)構(gòu)、提升土壤肥力等目的。秸稈作為肥料還田，有直接還田和間接還田，直接還田是利用農(nóng)機(jī)對(duì)沒有腐熟的作物秸稈進(jìn)行粉碎、整稈碾壓、深耕或耙壓等方式將其直接覆蓋于土壤表層或深埋，間接還田通過一定技術(shù)手段，對(duì)秸稈進(jìn)行處理后還田。美國(guó)秸稈直接還田量占秸稈總產(chǎn)量的 68%，研究發(fā)現(xiàn)這種還田方式能夠增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，經(jīng)過多年秸稈直接還田，土壤的保水保肥能力顯著提高，土壤微生物活性增強(qiáng)。英國(guó)則多采用深耕的方式將秸稈深埋于土壤中，這種方式有利于秸稈在土壤中的分解，減少病蟲害滋生的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)深耕結(jié)合秸稈還田能夠打破犁底層，增加土壤通氣性，秸稈還田量占秸稈總產(chǎn)量的 73%，日本在秸稈堆肥方面研究比較深入，利用微生物菌劑來加速秸稈的堆肥過程，通過篩選高效的纖維素分解菌、固氮菌等復(fù)合微生物菌劑，秸稈在較短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量的有機(jī)肥料，提高了秸稈的肥效轉(zhuǎn)化效率，日本有2/3的秸稈用于還田[2]。

1.2 中國(guó)秸稈肥料化利用現(xiàn)狀

秸稈作為一種重要有機(jī)肥資源，含有大量的有機(jī)質(zhì)和礦質(zhì)元素，秸稈還田作肥料不但可以補(bǔ)充一部分化肥，同時(shí)也提高了農(nóng)田養(yǎng)分的循環(huán)利用效率。在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中，秸稈大量用作燃料，極大的浪費(fèi)了有機(jī)資源，近年來，隨著農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼力度的加大和政策的引導(dǎo)，極大的推動(dòng)了秸稈還田技術(shù)的應(yīng)用以及秸稈還田機(jī)械的推廣，并且配合秸稈禁燒和綜合利用取得了明顯的成效，2006 年中國(guó)秸稈還田比例接近 25%，

2016年秸稈肥料化利用率達(dá)47.20%，秸稈還田量有了大幅提高[3]。

2 不同秸稈利用現(xiàn)狀

2.1 玉米秸稈肥料化利用現(xiàn)狀

2020年我國(guó)玉米秸稈產(chǎn)量占總秸稈量的34.2%，由于玉米秸稈的有機(jī)質(zhì)主要是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，以及氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，莖稈粗壯、長(zhǎng)度較長(zhǎng)，一般對(duì)玉米秸稈要進(jìn)行粉碎預(yù)處理以便加速分解轉(zhuǎn)化。常用還田方式一是機(jī)械粉碎還田，在玉米收獲后將秸稈粉碎成小段，通過旋耕機(jī)或犁等將粉碎后的秸稈翻耕到土壤中，使其在土壤微生物的作用下逐漸腐解，釋放出養(yǎng)分供農(nóng)作物吸收利用。這種方式在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛，具有操作簡(jiǎn)便、成本相對(duì)較低的優(yōu)點(diǎn)，能夠快速實(shí)現(xiàn)秸稈還田，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量。但由于玉米秸稈含有大量的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，如果粉碎不達(dá)標(biāo)，會(huì)導(dǎo)致秸稈在土壤中分解比較慢，影響下茬作物出苗以及生長(zhǎng)發(fā)育。對(duì)質(zhì)地黏重土壤，直接機(jī)械還田對(duì)土壤通氣性的改善效果一般。二是秸稈覆蓋還田，將玉米秸稈直接覆蓋在地表，起到保墑、抑制雜草生長(zhǎng)以及調(diào)節(jié)土壤溫度等作用，同時(shí)秸稈會(huì)在自然環(huán)境下通過微生物的分解慢慢釋放養(yǎng)分到土壤中。玉米秸稈通過覆蓋還田，可以對(duì)耕地起到保墑作用、同時(shí)也可以抑制雜草生長(zhǎng)，但覆蓋厚度不易控制，在風(fēng)大地區(qū)易被吹散，還可能滋生害蟲，分解轉(zhuǎn)化相對(duì)要慢，不利于來年作物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用。尤其在降水較多的地區(qū)會(huì)對(duì)播種等農(nóng)事操作產(chǎn)生一定影響，需要相應(yīng)的免耕播種技術(shù)或者提前做好排水等措施，以確保農(nóng)作物能夠正常生長(zhǎng)。三是堆肥還田，把玉米秸稈與牛糞、雞糞等畜禽糞便按照合適的碳氮比（一般比例是在25～30∶1左右）混合，添加適量的微生物發(fā)酵劑，堆積成一定高1.2 m左右的長(zhǎng)方形堆垛，然后進(jìn)行發(fā)酵處理，使得秸稈可以充分腐熟，制成的有機(jī)堆肥富含多種養(yǎng)分，施用到土壤中，可顯著提高土壤肥力。但堆肥的周期相對(duì)較長(zhǎng)，需要占用場(chǎng)地來進(jìn)行堆積發(fā)酵，并且對(duì)發(fā)酵過程中的溫度、濕度、通風(fēng)等條件要求較高[4]。

2.2 小麥秸稈利用現(xiàn)狀

2021年小麥秸稈肥料化利用率占可收集量的73.7%，肥料化利用是小麥秸稈主要的利用方式，小麥秸稈含水分較高，通常在15%～20%，有機(jī)質(zhì)主要包括纖維素、木質(zhì)素、半纖維素，其中，纖維素含量最高，灰分含量一般在5%以下，相對(duì)較低，質(zhì)地柔軟而且保水能力弱，易發(fā)生霉變，不容易儲(chǔ)存。小麥秸稈肥料化利用的方式一是直接翻壓還田，在小麥?zhǔn)崭詈?，直接將秸稈粉碎，粉碎后的秸稈翻壓到土壤下層，讓其自然分解轉(zhuǎn)化為土壤肥力，直接翻壓還田方式在平原地區(qū)應(yīng)用較廣泛，作業(yè)效率相對(duì)較高，一般翻壓深度控制在20～30 cm左右為宜，能夠充分利用田間作業(yè)的便利性，及時(shí)將秸稈還田，減少秸稈在田間的堆放時(shí)間，降低對(duì)環(huán)境的影響，同時(shí)快速補(bǔ)充土壤的有機(jī)質(zhì)，改善土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。小麥秸稈直接還田需要合適的土壤含水量和翻壓的深度，如果土壤含水量和深度達(dá)不到要求，秸稈在土壤中分解速度較慢，甚至出現(xiàn)與下茬作物爭(zhēng)奪氮素現(xiàn)象，進(jìn)而影響作物生長(zhǎng)初期的養(yǎng)分供應(yīng)，對(duì)作物產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生一定影響。二是堆漚還田，把小麥秸稈集中堆放在田間地頭或者專門的堆肥場(chǎng)地，加入適量的水、人糞尿或者其他含氮量較高的物質(zhì)來調(diào)節(jié)碳氮比，然后覆蓋塑料薄膜等進(jìn)行堆漚發(fā)酵，待秸稈充分腐熟后施用到農(nóng)田中，可有效改善土壤肥力。相關(guān)實(shí)踐數(shù)據(jù)顯示，連續(xù)多年采用小麥秸稈堆漚還田的農(nóng)田，能夠提高土壤的疏松度。秸稈堆漚還田能使秸稈充分腐熟，肥料質(zhì)量高、養(yǎng)分穩(wěn)定，但操作較繁瑣，需占用場(chǎng)地，密封不好易產(chǎn)生異味。三是過腹還田，將小麥秸稈作為牲畜的飼料，經(jīng)過牲畜采食、消化后，其糞便排出體外，再將糞便收集起來通過堆肥等方式制成肥料還田。這種方式實(shí)現(xiàn)了秸稈的間接肥料化，不僅能夠充分利用秸稈資源，還借助了牲畜的消化作用，更好地分解秸稈中的部分難分解物質(zhì)，提高了肥料的有效性，同時(shí)牲畜糞便中含有大量的有益微生物，對(duì)改善土壤微生態(tài)環(huán)境也有著積極作用。過腹還田實(shí)現(xiàn)了秸稈多級(jí)利用，產(chǎn)優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥且改善土壤微生態(tài)，但受畜牧業(yè)發(fā)展規(guī)模限制，過腹還田受到影響，同時(shí)還需做好衛(wèi)生防疫工作[5]。

2.3 油菜秸稈肥料化利用現(xiàn)狀

油菜是我國(guó)重要的油料作物，每年產(chǎn)生大量的油菜秸稈，2022年全國(guó)油菜秸稈肥料化利用量達(dá)

1591.1萬t（未統(tǒng)計(jì)港澳臺(tái)）。油菜秸稈富含纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等有機(jī)物質(zhì)，同時(shí)還含有一定量的氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素。其纖維素和半纖維素含量較高，木質(zhì)素含量相對(duì)較低，這使得油菜秸稈具有較好的堆肥潛力[6]。此外，油菜秸稈的水分含量適中，一般在10%～15%左右，有利于堆肥過程的進(jìn)行。油菜秸稈還田常用技術(shù)，一是傳統(tǒng)堆肥，傳統(tǒng)堆肥是將油菜秸稈與其他有機(jī)廢棄物如畜禽糞便、廚余垃圾等混合在一起，堆積成一定形狀，通過微生物的分解作用進(jìn)行堆肥，這種堆肥方式操作簡(jiǎn)單，成本較低，但堆肥時(shí)間較長(zhǎng)，且堆肥過程中容易產(chǎn)生異味和病蟲害簡(jiǎn)單易行，雖然能增加土壤有機(jī)質(zhì)，但可能存在分解不完全、影響作物生長(zhǎng)等情況。二是高溫好氧堆肥，高溫好氧堆肥是在堆肥過程中通過強(qiáng)制通風(fēng)或翻堆等方式，提供充足的氧氣，使堆體溫度迅速升高到55℃～65℃，并保持一段時(shí)間，以殺死病原菌、蟲卵和雜草種子等有害物質(zhì)。高溫好氧堆肥具有堆肥速度快、效率高、無害化程度高等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)設(shè)備和操作要求較高，成本也相對(duì)較高。三是厭氧堆肥，厭氧堆肥是在無氧或缺氧的條件下，通過厭氧菌的發(fā)酵作用對(duì)油菜秸稈進(jìn)行堆肥。這種堆肥方式堆肥時(shí)間較短，實(shí)現(xiàn)能源與肥料雙重產(chǎn)出，資源利用高效，但對(duì)發(fā)酵設(shè)備和技術(shù)要求較高，初期投資大[7]。

3 結(jié)論

我國(guó)秸稈能源發(fā)展有廣闊前景，一是秸稈資源豐富，具有明顯的秸稈資源優(yōu)勢(shì)，為肥料化利用提供了充足且穩(wěn)定的原料保障，二是作為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大國(guó)，我國(guó)農(nóng)民對(duì)秸稈還田等做法有一定的認(rèn)知基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在一定程度上有利于新技術(shù)、新模式的推廣應(yīng)用，同時(shí)國(guó)家政策扶持力度很大，三是國(guó)家高度重視秸稈綜合利用，出臺(tái)了諸多補(bǔ)貼政策、技術(shù)推廣政策等，從資金、技術(shù)等方面為秸稈肥料化利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了有力支持。不足之處一是技術(shù)配套不完善，部分肥料化技術(shù)缺乏完善的配套機(jī)械和農(nóng)藝措施，在實(shí)際應(yīng)用中受地形、土壤等條件限制較大，影響了利用效果和推廣范圍，二是我國(guó)地域遼闊，不同地區(qū)的農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)、土壤類型、氣候條件等差異顯著，難以制定統(tǒng)一的、普適性的肥料化利用模式，增加了推廣難度。三農(nóng)民意識(shí)不足：部分農(nóng)民對(duì)秸稈肥料化利用的科學(xué)原理、優(yōu)勢(shì)缺乏深入了解，存在顧慮，如擔(dān)心影響作物產(chǎn)量等，導(dǎo)致參與積極性不高，制約了利用效率的提升。綜上所述，秸稈肥料化利用雖已取得一定進(jìn)展，但仍面臨諸多挑戰(zhàn)，需要各方協(xié)同合作，不斷探索創(chuàng)新，以充分發(fā)揮秸稈在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的價(jià)值。

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