2　秸稈還田利用技術(shù)

2.1　秸稈還田機(jī)理

2.1.1　秸稈還田原理

2.1.1.1　養(yǎng)分效應(yīng)

秸稈還田能夠?yàn)橥寥乐械奈⑸飵碡S富的能量與營養(yǎng)，能夠使高肥土微生物數(shù)量增加50%左右、瘦土微生物數(shù)量增加2倍左右。微生物數(shù)量的增加能夠大幅度提高土壤的呼吸強(qiáng)度，據(jù)統(tǒng)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(zhuǎn)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(yīng)

秸稈還田可以改良土壤的理化性狀。試驗(yàn)表明：連續(xù)兩年秸稈還田后能夠使土壤有機(jī)質(zhì)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(yǎng)分，尤其是在鉀素的補(bǔ)給方面意義重大。

2.1.1.3　農(nóng)田環(huán)境優(yōu)化效應(yīng)

（1）保墑和調(diào)控田間溫濕度

秸稈還田能夠在干旱季節(jié)減少地面水分的蒸發(fā)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?zé)峤粨Q的調(diào)節(jié)作用[2]。

（2）抑制雜草

將農(nóng)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(jī)械化直接還田和秸稈間接還田兩大類。秸稈機(jī)械化直接還田主要有秸稈粉碎還田、整稈還田技術(shù)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(yǎng)殖還田和生物反應(yīng)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(jī)械粉碎全還田、立稈還田等多種直接還田模式。

（1）秸稈機(jī)械化直接還田

秸稈機(jī)械化直接還田主要包括機(jī)械粉碎、破茬、深耕和耙壓等機(jī)械化作業(yè)工序。秸稈機(jī)械化直接還田是一項(xiàng)能夠增加土壤有機(jī)質(zhì)，提高作物產(chǎn)量，減少環(huán)境污染，爭搶農(nóng)時的綜合配套技術(shù)。該技術(shù)是大面積實(shí)現(xiàn)“以田養(yǎng)田”、保護(hù)環(huán)境、建立高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)農(nóng)業(yè)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(shù)，相繼出現(xiàn)了多種形式的還田機(jī)具，發(fā)展前景非常樂觀。使用最普遍的是直切式秸稈還田機(jī)[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?zhǔn)崭钋暗柠溙镏腥霾サ痉N，稻種發(fā)芽出苗，在小麥?zhǔn)崭顣r留高茬秸稈還田，灌水后麥田直接轉(zhuǎn)化為稻田。超高茬麥田套稻將輕型栽培、節(jié)水旱育、免耕及秸稈還田等栽培技術(shù)融為一體，可以培肥土壤，保護(hù)環(huán)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(xiàng)從根本上杜絕焚燒小麥秸稈現(xiàn)象發(fā)生，切實(shí)把小麥秸稈還田、復(fù)播，實(shí)施機(jī)械化保護(hù)性耕作項(xiàng)目工作落到實(shí)處的機(jī)械化技術(shù)。該技術(shù)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(shù)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(dāng)前有機(jī)肥源短缺的主要途徑。

（1）秸稈堆漚還田

該技術(shù)一般在夏季高溫季節(jié)進(jìn)行，采用厭氧發(fā)酵漚制秸稈成為有機(jī)肥，該技術(shù)的特點(diǎn)是時間長，受環(huán)境影響大，勞動強(qiáng)度高，但成本低廉。技術(shù)關(guān)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(qiáng)，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(xué)院駐菏澤顧問組和菏澤科技開發(fā)中心選育出的301菌種應(yīng)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(jié)限制，小麥長勢比畝施30kg 尿素增產(chǎn)10%～20%，且穗大、籽粒飽滿、抗倒伏力強(qiáng)，在國內(nèi)居領(lǐng)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(dāng)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(nèi)對小麥秸稈木質(zhì)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(fù)合微生物菌群，可以提高有益微生物的群體數(shù)目，增強(qiáng)微生物的降解活性，提高堆肥品質(zhì)。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(chǎn)酶條件：培養(yǎng)基初始pH值為7.0，培養(yǎng)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(jié)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?qū)⑵浼S便作為原料生產(chǎn)沼氣后還田。秸稈過腹還田肥效高，具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)效益。

（3）秸稈生物反應(yīng)堆

秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)是一項(xiàng)全新概念的農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、提質(zhì)、增效新技術(shù)，可產(chǎn)生多方面的效應(yīng)：定向產(chǎn)生CO2、增溫、生物防治和改良土壤。尤其是內(nèi)置式秸稈生物反應(yīng)堆，可提高土壤的有機(jī)質(zhì)含量，秸稈腐解過程中產(chǎn)生的CO2可供作物光合利用，產(chǎn)生的熱量可有效提高深冬季節(jié)室內(nèi)溫度。應(yīng)用秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)可以明顯提高農(nóng)作物產(chǎn)量，使農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)成本降低，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量明顯改善，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會效益。

2.1.3　秸稈還田的優(yōu)點(diǎn)

（1）改善土壤物理性質(zhì)

秸稈還田能夠使土壤空隙度提高4%左右，進(jìn)而提高總空隙度和非毛細(xì)管空隙度，降低土壤容重和堅實(shí)度。能夠增強(qiáng)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?jié)车哪芰ΑＲ虼耍斩掃€田能夠顯著改良土壤的物理性質(zhì)，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(jī)質(zhì)最為有效的方法。農(nóng)作物秸稈中的纖維素、半纖維素和一定數(shù)量的木質(zhì)素、蛋白質(zhì)等經(jīng)過發(fā)酵、腐解、分解轉(zhuǎn)化成土壤有機(jī)質(zhì)。有機(jī)質(zhì)既是植物營養(yǎng)元素的重要來源，也決定著土壤耕性、土壤結(jié)構(gòu)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(jī)質(zhì)含量是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)，有機(jī)質(zhì)含量越高，土壤越肥沃，耕性和豐產(chǎn)性能就越好。若再結(jié)合微生物肥料或化學(xué)肥料配合施用，秸稈還田會成為一種有效增強(qiáng)土壤肥力的方法。

（3）提高農(nóng)作物產(chǎn)量，降低成本

長時間的秸稈還田有助于農(nóng)作物產(chǎn)量及品質(zhì)的提高。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院、西南農(nóng)業(yè)大學(xué)（現(xiàn)更名為西南大學(xué)）、湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院等單位進(jìn)行了秸稈還田效果試驗(yàn)，全國60多份材料的統(tǒng)計結(jié)果（見表2-1）表明：秸稈還田能夠使農(nóng)作物增產(chǎn)10%以上，增產(chǎn)范圍在-4.8%～83.4%，平均增產(chǎn)15.7%。持續(xù)常年推行秸稈還田，不僅能大大提高培肥階段的產(chǎn)量，而且后效顯著，具有持續(xù)的增產(chǎn)效果[2，3]。

（4）改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境

農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的優(yōu)劣直接影響農(nóng)作物的生長發(fā)育。農(nóng)田生態(tài)環(huán)境由農(nóng)田小氣候、植物養(yǎng)分循環(huán)、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(nóng)田生態(tài)環(huán)境。

（5）調(diào)控田間溫濕度，提高土壤保墑能力

農(nóng)作物秸稈覆蓋于地面，干旱季削弱土壤中的水分蒸發(fā)，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(diào)節(jié)土體和地表溫?zé)峤粨Q。試驗(yàn)表明：在高溫季節(jié)，當(dāng)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(nóng)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(yàn)研究，結(jié)果表明，堆漚與翻壓兩種還田方式對雜草抑制的規(guī)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?yàn)椴环瓌油寥溃允桂B(yǎng)分的礦化率大大降低，進(jìn)而不同程度地提升了土壤中N、P、K的量。秸稈翻壓還田因?yàn)榉瓌油寥溃环矫婕哟罅损B(yǎng)分的礦化率，另外又因?yàn)榻斩捿^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(jié)果是P、K有所增加，但仍需大量地補(bǔ)充氮肥。此外，磷肥進(jìn)入土壤后，并不能保持原來的磷酸鹽形態(tài)，因?yàn)榻饘匐x子會快速地對它進(jìn)行固定，實(shí)現(xiàn)可溶性磷向難溶性磷的轉(zhuǎn)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(zhì)，可以激發(fā)土壤微生物細(xì)胞大量繁殖，增強(qiáng)土壤微生物的活性。微生物在對能源物質(zhì)進(jìn)行分解時既保護(hù)了有效磷，又轉(zhuǎn)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(yǎng)分更為豐富，提高土壤肥力，尤其是能夠提高土壤鉀素營養(yǎng)，同時使空隙度增加，土壤容重下降，土壤結(jié)構(gòu)得到改善；秸稈覆蓋具有調(diào)溫、保墑、減輕鹽堿、抑制雜草生長等優(yōu)點(diǎn)；能夠綜合改良土壤的水、肥、氣、熱狀況，改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，為農(nóng)作物的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)奠定基礎(chǔ)。

2.1.4　秸稈還田注意事項(xiàng)

秸稈還田是改善土壤理化性質(zhì)、使農(nóng)作物增產(chǎn)和解決秸稈問題的一條非常有效的途徑。但是若使用不當(dāng)，會使土壤中的氮、磷過度富集，造成土壤的富營養(yǎng)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(yán)格控制秸稈還田量。

2.1.4.1　秸稈還田易出現(xiàn)的問題

在秸稈還田實(shí)際應(yīng)用過程中容易出現(xiàn)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(dǎo)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(jìn)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(nóng)作物的正常生長發(fā)育也需要氮源的供給，因此會造成農(nóng)作物與微生物競爭氮源，致使農(nóng)作物在生長過程中可能缺乏氮素，影響根苗的正常生長，進(jìn)而影響到后期農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量。

2）秸稈還田方式不當(dāng)　主要包括秸稈還田數(shù)量過大，翻壓質(zhì)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(zhì)量，進(jìn)而影響到種子出苗及苗期生長。

3）機(jī)械化程度不高　缺少技術(shù)過硬的國產(chǎn)秸稈還田配套機(jī)具。

2.1.4.2　解決措施

隨著我國科學(xué)技術(shù)的進(jìn)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(diào)節(jié)秸稈的碳氮比，使之達(dá)到既有利于秸稈的分解，又有利于農(nóng)作物苗期的生長。

②經(jīng)過我國對秸稈還田技術(shù)的科技攻關(guān)，相關(guān)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(shù)量、施氮量、粉碎程度、翻壓深度、土壤水分和防治病蟲害等進(jìn)行了深入研究，制訂了秸稈還田技術(shù)規(guī)程，可以避免秸稈還田方式不當(dāng)對土壤肥力和農(nóng)作物生長造成的不良影響。

③我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化迅速發(fā)展壯大，目前生產(chǎn)的大、中型拖拉機(jī)、收割機(jī)、粉碎機(jī)、播種機(jī)及各種犁等配套機(jī)具的技術(shù)性能已經(jīng)能夠達(dá)到秸稈還田的要求。

④我國糧食產(chǎn)量持續(xù)增加，秸稈產(chǎn)量越來越大，目前農(nóng)村秸稈用于直接燃燒的數(shù)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(zhì)保障。