2　秸稈還田利用技術

2.1　秸稈還田機理

2.1.1　秸稈還田原理

2.1.1.1　養分效應

秸稈還田能夠為土壤中的微生物帶來豐富的能量與營養，能夠使高肥土微生物數量增加50%左右、瘦土微生物數量增加2倍左右。微生物數量的增加能夠大幅度提高土壤的呼吸強度，據統計，秸稈還田能將肥沃土壤的CO2釋放量提高8.3%～43.7%，瘦瘠土壤的提高81.5%～117.8%。此外，秸稈還田能夠使土壤的酶活性得到提高，過氧化氫酶、堿性磷酸酶、脲酶、轉化酶等各種土壤酶均有不同程度的提高[1]。

2.1.1.2　改善土壤效應

秸稈還田可以改良土壤的理化性狀。試驗表明：連續兩年秸稈還田后能夠使土壤有機質含量增加 0.1%～0.27%，土壤容重降低0.032～0.062g/cm3，土壤總孔隙度增加1.25%～2.04%。相比于全氮和速效磷，秸稈還田對速效鉀的提高作用更大，增量范圍在8.3～105.1mg/kg，相比未還田土壤，平均增加38.8mg/kg，其效果等價于1畝（1畝=666.67m2，下同）地多施5.8kg鉀。因此，秸稈還田在改良與平衡土壤養分，尤其是在鉀素的補給方面意義重大。

2.1.1.3　農田環境優化效應

（1）保墑和調控田間溫濕度

秸稈還田能夠在干旱季節減少地面水分的蒸發量，保持適宜的耕層蓄水量；在雨季能夠減緩雨水對土壤的侵蝕，減少地面徑流，增加耕層蓄水量。此外，由于秸稈覆蓋于土壤表面，隔離了陽光對土壤的直射，能夠起到對土體與地表溫熱交換的調節作用[2]。

（2）抑制雜草

將農作物秸稈覆蓋于土壤表面，能夠抑制雜草生長。秸稈覆蓋與除草劑配合，能夠提高除草劑的抑草效果。

2.1.2　秸稈還田方式

秸稈還田方式可以分為秸稈機械化直接還田和秸稈間接還田兩大類。秸稈機械化直接還田主要有秸稈粉碎還田、整稈還田技術和秸稈根茬還田三種。秸稈間接還田主要有堆漚還田、生化催腐還田、過腹還田、沼肥、養殖還田和生物反應堆等多種形式[3]。

2.1.2.1　秸稈直接還田

直接還田就是將秸稈直接或者粉碎到一定程度后直接放置于田間，包括留高茬還田、粉碎還田、機械粉碎全還田、立稈還田等多種直接還田模式。

（1）秸稈機械化直接還田

秸稈機械化直接還田主要包括機械粉碎、破茬、深耕和耙壓等機械化作業工序。秸稈機械化直接還田是一項能夠增加土壤有機質，提高作物產量，減少環境污染，爭搶農時的綜合配套技術。該技術是大面積實現“以田養田”、保護環境、建立高產穩產農業的有效途徑。目前，山東、陜西、河南、吉林、江蘇等省均大力推廣秸稈還田技術，相繼出現了多種形式的還田機具，發展前景非常樂觀。使用最普遍的是直切式秸稈還田機[4]。

（2）超高茬麥田套稻秸稈還田

超高茬麥田套稻秸稈還田是指在小麥收割前的麥田中撒播稻種，稻種發芽出苗，在小麥收割時留高茬秸稈還田，灌水后麥田直接轉化為稻田。超高茬麥田套稻將輕型栽培、節水旱育、免耕及秸稈還田等栽培技術融為一體，可以培肥土壤，保護環境，省工省本（不用育秧和插秧）。

（3）小麥秸稈高茬覆蓋還田

小麥秸稈高茬覆蓋還田是一項從根本上杜絕焚燒小麥秸稈現象發生，切實把小麥秸稈還田、復播，實施機械化保護性耕作項目工作落到實處的機械化技術。該技術主要包括小麥高茬覆茬打碎覆蓋和小麥高茬休閑覆蓋兩類。高茬覆茬打碎覆蓋主要包括旋耕播種、硬茬播種、先撒籽后旋耕播種；高茬休閑覆蓋主要包括旋耕覆蓋、深松覆蓋、整稈覆蓋。

2.1.2.2　秸稈間接還田

間接還田技術包括堆漚還田、燒灰還田、過腹還田、菇渣還田和沼渣還田。其中秸稈堆漚還田也稱高溫堆肥，是解決我國當前有機肥源短缺的主要途徑。

（1）秸稈堆漚還田

該技術一般在夏季高溫季節進行，采用厭氧發酵漚制秸稈成為有機肥，該技術的特點是時間長，受環境影響大，勞動強度高，但成本低廉。技術關鍵是篩選適宜的能夠高效降解秸稈的菌種。降解秸稈的菌種在不同的土壤和溫度條件下有所不同，其中以木霉屬真菌的分解能力較強，秸稈降解還田后對土壤性狀有明顯的改善作用。國家“八五”期間由中國科學院駐菏澤顧問組和菏澤科技開發中心選育出的301菌種應用到秸稈堆漚中，簡便易行、腐爛效果好、省時省力，且不受季節限制，小麥長勢比畝施30kg 尿素增產10%～20%，且穗大、籽粒飽滿、抗倒伏力強，在國內居領先水平。趙玉杰等為了加快小麥秸稈堆肥速度，采用人工接入白腐菌的方法，當小麥秸稈堆肥中添加10%的豬糞、料水比為2、碳磷比為120、碳氮比為60、pH 值為6時，30℃條件下16d 內對小麥秸稈木質素的降解率為56.27%，全纖維素降解率為10.41%。席北斗等在堆肥過程中接種高效復合微生物菌群，可以提高有益微生物的群體數目，增強微生物的降解活性，提高堆肥品質。黃繼等從牛糞中篩選出一株能夠降解玉米秸稈纖維素的真菌（ZJ7），其最佳產酶條件：培養基初始pH值為7.0，培養溫度為30℃，最佳氮源為花生麩[5，6]。

（2）秸稈過腹還田

過腹還田就是以秸稈為原料，或結合其他原料加工制作成飼料飼喂家畜家禽，再將其糞便還田，或將其糞便作為原料生產沼氣后還田。秸稈過腹還田肥效高，具有良好的經濟、社會和生態效益。

（3）秸稈生物反應堆

秸稈生物反應堆技術是一項全新概念的農業增產、提質、增效新技術，可產生多方面的效應：定向產生CO2、增溫、生物防治和改良土壤。尤其是內置式秸稈生物反應堆，可提高土壤的有機質含量，秸稈腐解過程中產生的CO2可供作物光合利用，產生的熱量可有效提高深冬季節室內溫度。應用秸稈生物反應堆技術可以明顯提高農作物產量，使農產品生產成本降低，農產品質量明顯改善，具有良好的經濟效益、生態效益和社會效益。

2.1.3　秸稈還田的優點

（1）改善土壤物理性質

秸稈還田能夠使土壤空隙度提高4%左右，進而提高總空隙度和非毛細管空隙度，降低土壤容重和堅實度。能夠增強土壤抗旱保墑性能，綜合改良土壤水、肥、氣、熱條件，大大提高土壤抗旱抗澇的能力。因此，秸稈還田能夠顯著改良土壤的物理性質，提高土壤的可耕性[6]。

（2）提高土壤肥力

秸稈還田是提高土壤有機質最為有效的方法。農作物秸稈中的纖維素、半纖維素和一定數量的木質素、蛋白質等經過發酵、腐解、分解轉化成土壤有機質。有機質既是植物營養元素的重要來源，也決定著土壤耕性、土壤結構性、土壤緩沖性和土壤代換性，同時還能夠防治土壤侵蝕、增加透水性和提高水分利用率。有機質含量是衡量土壤肥力的重要指標，有機質含量越高，土壤越肥沃，耕性和豐產性能就越好。若再結合微生物肥料或化學肥料配合施用，秸稈還田會成為一種有效增強土壤肥力的方法。

（3）提高農作物產量，降低成本

長時間的秸稈還田有助于農作物產量及品質的提高。中國農業科學院、西南農業大學（現更名為西南大學）、湖北省農業科學院等單位進行了秸稈還田效果試驗，全國60多份材料的統計結果（見表2-1）表明：秸稈還田能夠使農作物增產10%以上，增產范圍在-4.8%～83.4%，平均增產15.7%。持續常年推行秸稈還田，不僅能大大提高培肥階段的產量，而且后效顯著，具有持續的增產效果[2，3]。

（4）改善農田生態環境

農田生態環境的優劣直接影響農作物的生長發育。農田生態環境由農田小氣候、植物養分循環、土壤水熱狀況、植物病蟲害、雜草生長等幾部分組成。秸稈覆蓋和翻壓還田可以不同程度地改良農田生態環境。

（5）調控田間溫濕度，提高土壤保墑能力

農作物秸稈覆蓋于地面，干旱季削弱土壤中的水分蒸發，維持適宜的耕田蓄水量；雨季能夠減緩雨水對土壤的侵蝕并減少地面徑流，使耕層蓄水量增加。此外，秸稈覆蓋可以避免陽光直接照射土壤，調節土體和地表溫熱交換。試驗表明：在高溫季節，當大氣溫度為36.5℃時，秸稈覆蓋比對照地表溫度低5.5℃，距地面7cm處比對照低3.5℃，距地面15cm處比對照低1.2℃。

（6）抑制雜草生長

中國農科院土肥所曾木祥開展了秸稈還田三種方法（堆漚、翻壓、覆蓋）對雜草抑制效果的試驗研究，結果表明，堆漚與翻壓兩種還田方式對雜草抑制的規律不明顯，只有秸稈覆蓋還田方式具有顯著的雜草抑制效果。

秸稈覆蓋還田因為不翻動土壤，所以使養分的礦化率大大降低，進而不同程度地提升了土壤中N、P、K的量。秸稈翻壓還田因為翻動土壤，一方面加大了養分的礦化率，另外又因為秸稈較高的碳氮比，微生物需要消耗土壤中大量的N來分解秸稈，所以結果是P、K有所增加，但仍需大量地補充氮肥。此外，磷肥進入土壤后，并不能保持原來的磷酸鹽形態，因為金屬離子會快速地對它進行固定，實現可溶性磷向難溶性磷的轉化，最終降低了土壤中有效磷的含量。而作物秸稈直接還田帶來的豐富的可溶性能源物質，可以激發土壤微生物細胞大量繁殖，增強土壤微生物的活性。微生物在對能源物質進行分解時既保護了有效磷，又轉化難溶性磷，從而提高了土壤的供磷水平和有效磷含量[7]。

綜上所述，秸稈還田能夠使土壤養分更為豐富，提高土壤肥力，尤其是能夠提高土壤鉀素營養，同時使空隙度增加，土壤容重下降，土壤結構得到改善；秸稈覆蓋具有調溫、保墑、減輕鹽堿、抑制雜草生長等優點；能夠綜合改良土壤的水、肥、氣、熱狀況，改善農田生態環境，為農作物的高產、穩產、優質奠定基礎。

2.1.4　秸稈還田注意事項

秸稈還田是改善土壤理化性質、使農作物增產和解決秸稈問題的一條非常有效的途徑。但是若使用不當，會使土壤中的氮、磷過度富集，造成土壤的富營養化問題。因此，需要從還田時間、還田量、耕作制度等多方面綜合考慮秸稈還田事宜，嚴格控制秸稈還田量。

2.1.4.1　秸稈還田易出現的問題

在秸稈還田實際應用過程中容易出現以下問題。

1）秸稈的碳氮比過高　秸稈的碳氮比一般為600∶1，碳氮比過高，導致秸稈在土壤中分解緩慢。秸稈在土壤中的分解主要依靠微生物來進行，這些微生物也需要一定的氮素來維持其生長代謝。除此之外，農作物的正常生長發育也需要氮源的供給，因此會造成農作物與微生物競爭氮源，致使農作物在生長過程中可能缺乏氮素，影響根苗的正常生長，進而影響到后期農產品的產量。

2）秸稈還田方式不當　主要包括秸稈還田數量過大，翻壓質量不好，土壤水分不適，粉碎程度不夠等因素，這容易影響播種質量，進而影響到種子出苗及苗期生長。

3）機械化程度不高　缺少技術過硬的國產秸稈還田配套機具。

2.1.4.2　解決措施

隨著我國科學技術的進步，上述存在的問題可以通過以下途徑得到妥善解決。

①通過施加氮肥來調節秸稈的碳氮比，使之達到既有利于秸稈的分解，又有利于農作物苗期的生長。

②經過我國對秸稈還田技術的科技攻關，相關科研單位對影響秸稈還田的各種因素，包括秸稈還田方式、時間、數量、施氮量、粉碎程度、翻壓深度、土壤水分和防治病蟲害等進行了深入研究，制訂了秸稈還田技術規程，可以避免秸稈還田方式不當對土壤肥力和農作物生長造成的不良影響。

③我國農業機械化迅速發展壯大，目前生產的大、中型拖拉機、收割機、粉碎機、播種機及各種犁等配套機具的技術性能已經能夠達到秸稈還田的要求。

④我國糧食產量持續增加，秸稈產量越來越大，目前農村秸稈用于直接燃燒的數量越來越少，因此，會有大量的富余秸稈為秸稈還田提供物質保障。