黑土地保护性耕作在水田的应用研究

程 晋

（辽宁省农业机械化研究所，沈阳 110161）

《黑土地保护法》作为我国第一部针对黑土区黑土地资源利用与保护的国家法律，明确了保护黑土地对我国粮食安全和生态安全的重要意义。国家出台的《东北黑土地保护性耕作行动计划（2020—2025年）》已在辽宁深入实施[1]，提出2025年完成保护性耕作面积133.33 hm2的目标。辽宁省的黑土地保护性耕作任务目前只包含旱地大田种植，暂时不包含水田种植。

1 水田黑土地保护性耕作的意义

黑土地保护性耕作的提出是为了保护黑土地资源，稳步恢复提升黑土地基础地力，促进资源可持续利用，维护生态平衡，保障国家粮食安全。水稻作为辽宁省第二大粮食作物，常年种植面积在53.33 hm2以上，占全省粮食作物种植面积的15%左右。

水稻种植需要使用大量的化肥、农药，还需要大量的灌溉用水。经过多年的种植，水稻田土壤微生物活性降低、土壤容重增加，导致土壤板结、保水保肥及储热能力降低、盐碱化加重等问题，表明水田黑土地已开始退化。因此，实施黑土地保护性耕作在水田种植中也具有重要意义。

2 水田黑土地保护性耕作的方法

2.1 水稻秸秆还田的作用

辽宁省水田土壤以潮棕壤、草甸土和潮土为主。秋冬季节因水田土壤含水率较高，风蚀现象较少，秋季收获后水田可采用秸秆粉碎还田作业，以增加土壤有机质；也可隔年进行翻耕作业，以减少水田连作的虫害和草害。春季可采用秸秆还田旋耕耙地作业，以提高土壤有机质含量。

水稻秸秆还田不仅可以减少秸秆资源的浪费和焚烧秸秆带来的空气污染，还可以改善土壤的物理性状，整体增加土壤水、肥、热容量等生态效益。秸秆还田后可以大大提高土壤有机质含量，提升土壤蓄水保肥能力，加快植株根系生长，提高植株对土壤中氮素的吸收效率，增加水稻产量，对于维持水稻可持续增产具有重要作用。此外，秸秆进入土层中可以为微生物繁育提供足够的营养，提高土壤酶活性[2]，使土壤中营养成分更易被植株吸收，响应了国家“藏粮于地、藏粮于技”的粮食安全战略。

水稻秸秆还田并施化肥与秸秆不还田施化肥两种方式相比，水稻秸秆还田并施化肥方式的施肥量减少，土壤中N，P，K等营养物质含量均有所增加，土壤结构改良显著，保肥供肥能力均有所提升。

2.2 水稻秸秆还田的技术模式

2.2.1 水稻秸秆直接还田水稻秸秆直接还田是指将未经化学或生物处理过的水稻秸秆直接打碎，然后旋耕、翻耕埋入土壤中。这种模式可以去除藏在秸秆中的害虫，降低虫源数量，从而减轻虫害。

水稻秸秆直接还田的缺点是不利于水稻插秧、增加水稻病害、降低水田地温等。一是水稻秸秆腐化过程中需要吸收外部土壤中的氮、磷和水，如果田块少水少肥，水稻秸秆腐化就会与水稻生长争水争肥，不利于水稻壮苗，影响秸秆还田的效果[3]。二是水稻秸秆直接还田可能导致地温过低，不利于秸秆腐化，且会影响水稻插秧及生长。三是水稻秸秆直接还田会将水稻秸秆中的病害回归土壤，有可能加重土传病害的发生。

2.2.2 水稻秸秆腐熟还田水稻秸秆腐熟还田是一种间接还田方式，先将水稻秸秆进行腐熟，然后再与土壤混埋。这种模式与秸秆直接还田相比，水稻秸秆更易腐化，且不影响插秧。秸秆转化成生物有机肥的转化率高，肥料养分丰富，有机质和N，P，K元素及微量元素含量高。此外，水稻秸秆在腐熟中还可以升温灭活秸秆中的虫卵和杂草种子，以及多种病菌，从而降低土传病害发生的可能性。

水稻秸秆腐熟还田的缺点是腐熟时间较长，且受环境温湿度影响较大，劳动力强度及设备资金要求较高。虽然目前催腐剂、酵素剂等催化剂已经大规模推广开来，可以缩短腐熟时间，但农户在使用过程中具体问题仍时有发生，有待进一步加以解决。

在大规模集成工厂化生产下，可以先对腐化菌种进行培育，然后经高温堆腐、机械翻动、生物发酵等过程，通过现代化设备设定好温度、湿度、时间等参数，使水稻秸秆充分转化为优质的生物有机肥。但这需要较高的设备运营成本，操作难度较大。

2.2.3 生物炭还田生物炭是一种固态物质，具有炭的一些特性，如表面积比大、多孔等。生物炭可以由水稻秸秆在少氧环境中进行高温裂解而得到。水稻秸秆经过加工成为生物炭后，碳存储更稳定，可以作为碳封存的重要方法。生物炭与土壤进行混合后，可以改良土质，增加土壤团聚体，促进微生物生态发展，提高土壤水肥保持能力，且有效性长。

生物炭的烧制方法与制作工艺对产品品质有较大影响，生物炭对各种类型土壤的应用效果还缺乏长时期的观察研究。

3 水田黑土地保护性耕作的机具

目前辽宁省水稻秸秆还田作业模式主要为秸秆低留茬犁翻作业和秸秆高留茬犁翻作业。秸秆低留茬犁翻作业过程为：收获机采用低留茬，将收获后的秸秆粉碎成小段并均匀抛撒于地表，然后用铧式犁或耙地机将粉碎后的秸秆与茬子一起翻埋至地下，春季用旋耕机整地泡田。秸秆高留茬犁翻作业过程为：收获机采用高留茬，将收获后的秸秆残茬用秸秆粉碎还田机打碎还田，然后用铧式犁或耙地机将粉碎后的秸秆与茬子一起翻埋至地下，春季用旋耕机整地泡田。

水稻秸秆还田作业使用的机具包括：1）水稻秸秆粉碎机（如图1 所示）。该机具采用锤片式甩刀对地表秸秆进行粉碎还田，作业效率高。2）翻耕犁（如图2所示）。该机具作业深度大，秸秆压埋效果好，但需要配套动力较大，作业效率低。3）动力圆盘耙（如图3所示）。该机具作业速度快，效率高，但需要配套动力较大。4）旋耕整地机（如图4 所示）。该机具通过旋耕刀片对秸秆与土壤进行粉碎混合，作业效率高。

图1 水稻秸秆粉碎机Figure 1 Rice straw grinder

图2 翻耕犁Figure 2 Plowing plough

图3 动力圆盘耙Figure 3 Power disk rake

图4 旋耕整地机Figure 4 Rotary tillage and land preparation machine

4 结语

黑土地保护性耕作在辽宁省水田作业生产中应大力提倡，但在实际实施过程中也遇到一些问题。目前国内厂商研制的机具多采用传统旋耕机作为秸秆还田机，碎土效果较好，但对秸秆残茬翻埋效果的研究较为薄弱。相关机具主要存在耕深过浅、翻埋效果较差、秸秆漂浮等问题，大多处于试验阶段，应用于实际生产的较少或存在部分问题影响其推广效果及农户接受程度。今后的研究重点在于适宜水田黑土地保护性耕作的技术模式及配套机具。