关于秸秆打捆离田对黑土保护影响问题的调研与思考

周腰华,王 瑾,张旭东

(1.辽宁省农业科学院,辽宁 沈阳 110161; 2.辽宁省农业机械化研究所,辽宁 沈阳 110161)

我国农作物秸秆资源丰富。 自我国2016 年启动秸秆综合利用项目以来,以秸秆肥料化、饲料化、燃料化、基料化、原料化“五化”利用的秸秆综合利用方式,在减少秸秆田间焚烧和随意废弃导致的环境污染、改善人居环境、增加农民收入、促进农业绿色高质量发展方面发挥着重要作用[1,2],特别是秸秆还田在改善土壤理化性质、增加土壤有机质、促进作物增产方面的生态效益逐步显现[3],东北地区秸秆还田也是黑土地保护“藏粮于地、藏粮于技”的一项重要举措。 但是,东北地区秸秆离田利用过程中的秸秆打捆离田导致黑土流失问题不容忽视,有专家测算1 hm2农田每年流失1 t 黑土[4]。 2022 年秋季～2023年春季,笔者先后在沈阳、铁岭、盘锦、朝阳、锦州等地开展玉米和水稻秸秆打捆离田导致黑土流失问题调研,深入分析了秸秆离田打捆带土量以及秸秆打捆离田存在的问题,并针对问题提出相关思路举措。

1 “十四五”以来辽宁省秸秆打捆离田基本情况

1.1 总体情况

农作物秸秆资源台账数据显示,“十四五”以来,辽宁省秸秆综合利用率稳定在90%以上。 2021 年,辽宁省秸秆产生量2 667 万t,可收集量2 387 万t,秸秆利用量2 194 万t,秸秆综合利用率91.92%,其中秸秆“五料化”利用比例分别为:肥料化20.97%、饲料化48.01%、燃料化28.03%、基料化0.72%、原料化2.27%。 2022 年,辽宁省秸秆产生量2 532 万t,可收集量2 255 万t,秸秆利用量2 098 万t,秸秆综合利用率93.03%,其中秸秆“五料化”利用比例分别为:肥料化24.41%、饲料化46.57%、燃料化26.19%、基料化0.81%、原料化2.02%。

除秸秆直接还田、间接还田的肥料化利用以及秸秆饲料化利用中的秸秆整秆离田外,其他的秸秆饲料化、燃料化、基料化、原料化利用均需秸秆打捆离田,2022 年辽宁省秸秆肥料化利用占比由2021 年的20.97%提升至24.41%,再加上考虑农户自用部分无需打捆和山区耕地秸秆无法打捆作业,因此可以估计:辽宁省秸秆打捆离田利用量占秸秆可收集量的比例2021 年约为70%,2022 年约为65%。

1.2 秸秆打捆类型

秸秆打捆类型主要分4 种:(1)大圆捆(俗称大圆包),直径1.25 m×长1.2 m,约250 kg/捆;(2)小圆捆(俗称小圆捆),直径0.7 m×长1.0 m,约30 kg/捆;(3)小方捆(俗称小方包),长0.80 m×宽0.45 m×高0.35 m,约15 kg/捆;(4)大方捆(俗称大方包),长1.80～2.00 m,宽1.20 m,高0.90 m,约500 kg/捆。 目前,这4 种秸秆打捆类型中,大圆捆较普遍,秋收后打捆置于地块中,待土地上冻后需要燃料化利用或其他用途再运输拉走;而小圆捆或小方捆因为打捆后因重量相对较小容易丢失,田间很少见,较多为秸秆饲料化利用直接田间除尘打捆,这种饲料化利用的秸秆多为小方捆;大方捆在辽宁铁岭等地区有作业但数量较少。

1.3 秸秆离田补贴政策

补贴方面,各地政策不同,一般秸秆综合利用重点县有相关离田补贴,补贴金额约20 元/667m2,也有部分地区以秸秆利用量进行补贴,补贴金额约40 元/t;其他非秸秆综合利用重点县则很少有离田补贴。

2 秸秆打捆带土量及所带土处置

根据农业农村部2019 年不同区域主要农作物草谷比和可收集系数推荐值,辽宁省玉米草谷比0.91、收集系数0.893,辽宁省玉米单产按700 kg/667m2计算,则每667m2玉米秸秆产生量为637 kg,可收集量为568.84 kg/667m2。根据实际调研数据,每捆秸秆含土量约10%～15%,则每667m2地每年打捆损失土壤表土约56.88～85.33 kg,土壤容重1.28 g/cm3,那么每年每667m2秸秆离田打捆带走表土厚度约0.0067～0.0100 mm。 含土量10%～15%的秸秆包主要用于秸秆燃料化和秸秆饲料化,其中燃料利用一般是秸秆打捆直燃,用于电厂直燃发电或秸秆直燃锅炉取暖,秸秆中的夹带土在燃烧过程中灰烬部分有结焦现象,目前未见有还田利用处理,只是作为废弃物堆放,影响环境;饲料化利用需要进一步对秸秆除尘除杂,一般通过揉丝粉碎打捆机械除尘除杂后打捆成小方捆,秸秆打捆所带土存于除尘后的杂物中,一般饲料加工单位将其作为肥料的原料或直接用于还田,即秸秆打捆饲料化利用中的打捆带土最后还是回到农田,但除尘增加了秸秆饲料化利用成本。

根据农业农村部2019 年不同区域主要农作物草谷比和可收集系数推荐值,辽宁省水稻草谷比1.10、收集系数0.80,辽宁省水稻单产按600 kg/667m2计算,则每667m2水稻秸秆产生量为660 kg,可收集量为528 kg/667m2,根据实际调研数据,每捆秸秆含土量约5%,则每667m2损失土壤表土约26.40 kg,土壤容重1.28 g/cm3,那么每年每667m2秸秆打捆离田带走表土厚度约0.0331 mm。 由于水稻收获季节田间泥泞,作业后车辙很深,导致水稻秸秆收获方式几乎都是采用高留茬收获作业,机收作业后的秸秆抛洒田间,春季多通过泡田后打浆作业还田后再进行插秧作业。

3 秸秆打捆离田对黑土的影响

3.1 秸秆离田打捆带走表层土破坏土壤肥力

秸秆离田打捆带着表层土破坏土壤肥力主要表现在以下4 方面:(1)现有的秸秆打捆机械装置不符合农业机械设计理念,土壤接地比压严重超出农业机械标准要求;(2)秸秆打捆过程中,带走大量的表层土壤,加速黑土地“变薄、变瘦”,导致肥力明显下降;(3)尽管采用秸秆打捆作业满足畜牧养殖业牲畜食用条件,但作业时造成粉尘飞扬,致使土壤表土大量流失,导致环境污染;(4)秸秆大量离田而不能有效还田,导致土壤有机质持续下降、土壤结构逐步恶化,表现为黑土变瘦变硬变薄,黑土区普遍主要依靠大量施用化肥来维持较高产量,地力下降已经成为黑土区粮食进一步增产的瓶颈。

3.2 土壤机械压实威胁农业可持续发展

秸秆打捆离田过程中,一次田间打捆作业需要秸秆搂行、秸秆打捆、秸秆运输等不同机械机具进地作业,致使机具多次进地,特别是秸秆打捆离田农机装备重型化和密集使用更是加剧了压实土壤面积的扩大和土壤压实程度的增加,而且东北黑土土壤容重较小面临的压实风险更高[5]。 因此,秸秆离田打捆多次作业造成的土壤机械压实严重影响土壤生态,加速黑土地“变硬”,从而影响农作物产量,不仅增加秸秆综合利用成本,而且对农业可持续发展造成一定程度的威胁。

4 解决秸秆打捆离田导致黑土破坏问题的思路举措

为了更好开展秸秆综合利用,在科学合理进行秸秆还田与秸秆离田的同时,切实保护好黑土地这个“大熊猫”,推进“藏粮于地、藏粮于技”,提出以下思路举措:

4.1 加强顶层设计,科学规划区域农作物秸秆利用方式

秸秆综合利用必须遵循因地制宜的指导原则,秸秆还田与秸秆离田应统筹规划,既要做到科学还田,也要做到科学离田,尽可能减少对黑土耕层的影响。 适宜秸秆还田的地块应将秸秆留在地里,而对于离田利用的地块,则提前做好规划,可通过收割采取高留茬方式减少秸秆离田黑土夹带量,同时高留茬秸秆可推广应用保护性耕作还田,兼顾秸秆离田利用与秸秆还田需要,更重要的是减少黑土流失。

4.2 制定离田作业标准,保障秸秆科学合理离田

4.2.1 制定秸秆捡拾打捆离田作业标准

一是制定相应的秸秆离田作业规则,确保进地作业必须保护土壤;二是对秸秆打捆机械制定必要的“接地比压”约束值,做到进地不伤地,有效减缓土壤机械压实影响,保护好土壤;三是探索研究大幅度减少机具进地次数的秸秆捡拾作业机,在提高效率的同时减缓土壤机械压实造成的土壤生态影响,也减少不必要的秸秆储运场所;四是要根据秸秆青黄贮等方面的需要,采取茎穗兼收等方式可以实现玉米收获机收获时确保秸秆不落地,作为秸秆饲料、不接触土壤,保持秸秆清洁。

4.2.2 安装平台监测系统加强秸秆离田作业监管

在秸秆打捆机上安装秸秆覆盖率监测系统,并将数据进行实时上传、存储,以秸秆覆盖率进行判定,确保30%以上的秸秆覆盖率为作业达标,配合农机购置补贴进行约束。

4.2.3 加强农机手的技术培训和作业监管

农机具的运行好坏、秸秆离田打捆带走黑土的量与农机手的操作密切相关。 因此,应采取切实可行的方式,通过阳光培训、高素质农民培训等方式,提升秸秆综合利用中的农机手对保护土壤重要意义的认识和熟练操作技术,在秸秆离田打捆作业中逐步实现少带土甚至不带土。

4.3 加大保护性耕作技术推广示范力度,促进黑土地保护

以秸秆覆盖少免耕技术为核心的保护性耕作技术模式,能有效促进耕地蓄水保墒、培肥土壤、减少风蚀和水蚀、改善土壤生物性状、稳产高产、节本增效[6]。 因此,特别是东北黑土区应加大保护性耕作技术推广示范力度,确保播种前农作物秸秆覆盖率达到30%以上。 现有研究表明,只要秸秆覆盖到地表的1/3 以上,就可以防止土壤的侵蚀,降低80%的土壤侵蚀量;2/3 以上秸秆覆盖或全覆盖,会防止90%～99%的土壤侵蚀量[7];同时,保护性耕作技术能有效减少秸秆离田打捆带土量,从而减少风蚀水蚀以外因素造成的土壤流失土地退化问题,而且秸秆还田可以增加土壤有机质含量,真正做到防蚀、固沙、蓄水、保墒、稳产增产,保护黑土地。

4.4 因地适宜开展技术创新,在保护黑土地的同时促进秸秆综合利用

秸秆综合利用技术的实施使秸秆资源得到了很好利用。 现有秸秆离田打捆机械存在机型落后、打捆带土量大等不足,现有秸秆离田技术还未全面考虑秸秆打捆离田带走土壤问题等。 面对现状,应因地适宜开展技术创新,在保护黑土地的前提下促进秸秆资源化利用。 加大力度研发适宜少带土或不带土的农机具,探索新的作业方式提高作业效率减少农业机械进地次数,围绕收储运以及秸秆“五化”利用等环节开展深入研究,如秸秆离田后土壤分离还田实现黑土资源循环利用技术研究等,通过创新设备与智能化、创新秸秆综合利用技术进一步充分有效利用秸秆资源,同时还有效预防土壤机械压实和秸秆离田打捆带走表层土等问题,切实保护好黑土地这个“耕地中的大熊猫”。

4.5 加大土壤保护宣传力度

4.5.1 营造黑土保护良好社会氛围

黑土地保护与地力恢复有着重要的现实需求,我们必须切实保护好和利用好黑土地。 自然状态下形成1 cm左右的黑土地土层需要200～400 年,但现实情况是,珍贵的东北黑土地在长期以来土地利用结构不合理、常年连作以及黑土地重利用轻养护等因素影响下,黑土地面临面积减少、质量下降的挑战[8],秸秆打捆离田带走表层土壤,导致黑土流失和土壤理化性状恶化,加速黑土地耕层“变薄、变瘦”[9];秸秆离田打捆带走黑土的同时,农机具对土壤压实情况严重,造成土壤板结,影响土壤生物性状,对粮食生产也会造成不利影响。 因此,应采取多种途径,通过报纸、电视、网络等媒体加大土壤保护的宣传力度,在全社会营造土壤特别是黑土保护的良好氛围,从国家粮食安全、生态安全和可持续发展角度来保护好利用好黑土地。

4.5.2 切实贯彻落实《中华人民共和国黑土地保护法》

我国首个、也是全球目前唯一一个针对黑土地保护工作的立法《中华人民共和国黑土地保护法》已于2022年8 月1 日正式实施。 保护好好黑土地资源,稳步提升黑土地基础地力,促进资源可持续利用,维护生态平衡,须切实贯彻执行《中华人民共和国黑土地保护法》,保障国家粮食安全和生态安全。