玉米秸秆还田机械化技术的推广与应用

万慧婷

(会宁县农业机械化服务中心，甘肃 会宁 730700)

0 引言

我国农作物种类丰富，每年农业生产中各类秸秆产量高达7亿t左右[1]，玉米是我国重要粮食作物之一，在我国种植面积广泛，其秸秆年产量可达3.5亿t。

秸秆还田是当今世界普遍重视的一种秸秆资源高效利用、培肥地力的措施，在杜绝秸秆焚烧带来的大气、生态及土壤环境污染的同时，还可以增加土壤有机质，改善土壤结构，增加土壤菌群及生物量，对作物生长起到提质增产的作用[2]。秸秆还田类型主要分为秸秆粉碎还田、秸秆覆盖还田、秸秆堆沤还田、秸秆过腹还田等，目前主要以秸秆粉碎后进行翻耕，直接将粉碎的秸秆翻压在土壤中，保证秸秆营养成分充分发挥功效。

随着农业机械化的不断推进及秸秆综合利用技术水平的不断提升，秸秆还田机械的研制极大地提高了秸秆综合利用效率，减轻农户田间劳动强度，促进了秸秆还田技术的推广及普及。目前，秸秆还田机按刀片类型分有甩刀式、锤爪式和直刀式[3]，根据不同地区实际生产情况进行选择。但是秸秆还田机械在实际应用工作时，存在农机具配套不合理、秸秆粉碎程度不达标、田间工作效率低等问题，限制了秸秆粉碎还田技术效率的提升，制约了秸秆综合利用技术的推广应用。

本研究对秸秆还田机械化技术的研究意义进行分析，系统论述目前国内外秸秆还田机械化技术及相关机械的应用发展现状，提出目前关于玉米秸秆还田机械化技术存在的主要问题与限制条件，并给出相应的发展建议及研究方向，旨在为提高我国玉米秸秆还田机械化水平与工作效率提供技术参考，研究结果对于提升秸秆综合利用水平及保护性耕作技术的推广应用起到一定的推动作用。

1 玉米秸秆还田机械化的研究意义

1.1 提高土壤有机质及养分含量

相关研究均表明，对土壤进行连续多年的秸秆还田，可以提高土壤有机质及养分含量，吉林农业大学通过在田间进行5年定位试验，每年进行玉米秸秆粉碎还田后得出，与对照组相比，土壤有机质含量提升25%，全氮、全磷、全钾含量分别提升15%、21%、31%。这主要是由于秸秆在发酵腐解过程中，释放自身养分，作为一种天然有机肥，连续多年可以达到培肥地力的效果。

1.2 改善土壤结构，提高土壤通气性

研究表明，秸秆还田发酵腐解后，可以增加土壤孔隙度，土壤容重下降，提升土壤中水稳定性团聚体总数量，土壤空气组成与大气空气组成近似(表1)。土壤通气性是土壤中气体和大气之间不停地进行气体互换的功能，由于目前农业机械的广泛使用，机械碾压会造成土壤板结、土壤紧实，造成土壤通气性降低，目前提出大批先进技术来改善土壤通气性，如加气灌溉技术等[4]。秸秆在发酵腐解过程中会使土壤变得疏松，改善土壤结构，提高土壤与大气之间的气体交换，土壤可以获得较为稳定的氧气含量，促进土壤中微生物及植株根系的生长代谢活动[5]，可以为作物生长提供一个良好的生长环境。

表1 土壤空气与大气空气组成成分比较

1.3 提高土壤酶活性

土壤酶是土壤微生物活性的重要指标之一。玉米秸秆中含有大量的化学能量及营养物质，是土壤中微生物及土壤动物进行各项生命代谢活动的重要能量来源，秸秆还田在提高土壤通气性的基础上，给土壤中植株根系、微生物有氧呼吸提供一个适宜的氧气环境，释放出的化学能量及营养物质可以为其生命代谢活动提供原料，加强了土壤中养分转化与释放。

1.4 实现作物的提质增产

基于上述秸秆还田的优势条件，秸秆还田改善土壤环境的同时提高土壤肥力及蓄水保墒能力，为作物生长提供一个良好的生长条件达到作物提质增产、农户增收的目的。该项研究在黑龙江地区、吉林、山东及河北等多地资料均表明，实施秸秆还田后，玉米、小麦、大豆等作物提高产量6.5%～12.1%左右。

2 玉米秸秆还田技术主要推广应用模式

2.1 寒地玉米秸秆深翻技术

东北地区玉米秸秆资源丰富，约占全国总量的35%以上，但是由于东北地区积温低，玉米秸秆粉碎后撒在地表难以进行发酵腐熟，因此在东北地区采用玉米秸秆粉碎后深翻还田。主要是在玉米联合收获后，对玉米秸秆进行粉碎后均匀抛撒在土壤表面，然后采用大马力拖拉机带动旋耕机进行土壤深翻，实现黑土地深层土壤增碳的作用，提高土壤耕作层有机质含量，降低土壤容重，改善土壤理化结构，提高蓄水保墒能力，主要工作流程如图1所示。

图1 寒区秸秆还田技术工作流程图

2.2 黄淮海地区玉米秸秆旋耕还田技术模式

黄淮海地区主要采用小麦—玉米轮作的种植模式，在小麦收获时期，利用秸秆粉碎机将麦茬直接在田间进行粉碎后抛撒在土壤表面，直接进行免耕玉米播种；在玉米收获时期，利用秸秆粉碎机进行秸秆粉碎，并配合大马力机械进行土壤旋耕，完成秸秆还田作业环节后进行小麦种植。该生产模式下，旋耕还田技术可以一次性完成碎土、松土、秸秆还田机整地等作业环节，提高作业效率的同时省时省力，方法简单，易于在不同地区进行大面积推广应用。主要工作流程如图2所示。

图2 黄淮海地区玉米秸秆还田工作流程示意图

2.3 西北旱田玉米秸秆覆盖还田技术模式

西北旱区进行玉米收获后，将农作物秸秆粉碎后直接覆盖在地表，不进行土壤深翻或者旋耕，在第二年采用免耕播种机进行播种作业，定期进行深松，主要是为了防止水土流失，减少对土壤的扰动，但是需要配合一定的土壤深松、浅耕整地及病虫害防治技术，主要作业流程如图3所示。

图3 西北旱区玉米秸秆还田工作流程示意图

2.4 南方热区玉米秸秆快速腐熟还田模式

在我国南方地区一年三熟的作物种植模式及高温条件下，玉米秸秆收获后就地粉碎，并通过添加相应的化学或生物腐熟剂实现秸秆短期内快速发酵腐熟，不影响下一茬作物的种植时间。该技术快速便捷，可以保证秸秆在短时间内完全腐熟，成本相对较低，增产效果显著，具有良好的社会效益、经济效益及生态效益。

2.5 玉米秸秆过腹还田技术模式

玉米秸秆过腹还田又称为“秸秆—畜禽饲料—有机肥”技术模式，是指将秸秆粉碎还田后，利用秸秆收储运技术，通过在秸秆表面添加营养元素或其他物质，形成适口性、营养丰富的畜禽饲料，畜禽食用后排出粪便作为有机肥进行还田，增加土壤有机质含量，减少化肥使用，在实现秸秆综合利用的同时实现畜禽粪便的高效利用，促进农业资源的高效利用，主要工作流程如图4所示。

图4 玉米秸秆过腹还田技术模式工作流程示意图

3 玉米秸秆还田机械化技术推广应用发展方向

加快实现玉米秸秆还田机械化技术的大面积推广与应用，首先应该提高玉米秸秆还田机械的自动化程度与工作效率，其次是要在不同生产地区选择适合的玉米秸秆还田机械化技术生产模式，机械与技术模式相辅相成，缺一不可，在此基础上，加大对该技术的宣传与相应的补贴政策，提高农户的积极性，提高技术推广工作效率。

3.1 加强玉米秸秆还田机械的创新

由于我国农业机械相关研究起步较晚，技术水平与发达国家相差较远，目前秸秆还田机械制造存在研发创新能力不足、研究过程较为粗放及配套产品不完善，关键零部件、铸造喷漆、电子元件及高精度技术等细微地方研发能力不足，结构配合性能较差，所以导致整体品质难以提升，其核心零部件依赖进口，研发成本较高，难以在农户中进行推广使用。目前，市面上自主研发的秸秆还田机械多为国外相关技术的仿制，工作效率不能满足田间农艺要求，尤其是秸秆粉碎过程中，秸秆粉碎程度低，导致秸秆还田后无法进行腐熟发酵，不能消灭秸秆中存在的病虫卵等，会影响后期作物生长，加重病虫害发生的概率。在今后机械自主研发中，应该加强农机与农艺相互结合，以我国实际农业生产背景为出发点，以秸秆粉碎特性为理论基础，在保证秸秆粉碎程度满足农艺要求的前提下，研制出适宜于我国农艺种植要求及不同秸秆种类下的秸秆还田机械。

3.2 因地制宜选择秸秆还田机械化技术模式

我国地域辽阔，不同地区特色作物品种、生产模式、气候条件都不相同。例如，在南方地区水稻秸秆资源丰富、新疆棉秆资源丰富、中原小麦秸秆资源丰富，可以参考目前已经成熟秸秆还田机械化技术模式进行借鉴与创新，因地制宜，形成适合当地发展的秸秆还田技术模式。

3.3 加大秸秆还田机械化技术的宣传力度与政策补贴

在相对信息较为闭塞的农业生产区域，由于农户文化水平较低，对传统农业生产模式依赖性较强，因此，为了顺利开展秸秆还田机械化技术的推广与应用，应该对农户进行相应的政策补贴，提高农户的积极性，推动当地秸秆还田机械化技术的应用。

4 结论

随着保护性耕作技术在世界范围的逐渐推进，我国提出了要贯彻落实农业绿色可持续发展的要求，促进农作物秸秆的综合利用，提出要根据不同地区农业生产模式选取适宜的作物秸秆综合利用方式。目前，我国应用最为广泛、作业环节最为简单、工作效率最高的方式就是将秸秆直接还田，作为一种生物有机肥达到培肥地力、促进作物生长的目的。本研究选取我国数量最多的玉米秸秆为研究对象，首先，系统阐述玉米秸秆还田对资源高效利用、农业可持续发展的重要意义与发展前景；其次，提出秸秆还田机械化推广及应用中的主要限制条件，目前秸秆还田机械化存在工作效率低、机械可靠性较差、配套农机具较少等问题；最后，针对以上问题，应该提高秸秆还田机械自主研发能力，以农艺与农机结合为基础，以不同种类秸秆物理特性为前提条件，对我国目前秸秆还田机械关键零部件进行创新性研究，并提高配套机械的自主研发能力，通过提高政策鼓励及模式创新，提高秸秆还田机械化技术在全国范围内的应用与普及，研究结果对于我国农业机械能力的综合提升及秸秆资源的高效利用提供技术参考。