秸秆肥料化利用研究进展

摘要：秸秆作为一种重要的可再生资源，科学合理利用秸秆可在保护农村环境、增加农民收入、促进资源循环利用和农业可持续发展方面起重要作用。秸秆产地分散、种类不一、成分各异，对肥料化过程所需条件不同，增加了肥料化过程的技术复杂性。主要用于还田的作物秸秆有玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆和油菜秸秆。目前秸秆肥料化的主要方式有直接还田、间接还田2种方式，直接还田是最简单、最直接的肥料化利用方式，可以增加土壤肥力、改善土壤结构、提高作物产量和品质，但容易引出病虫害和出苗率低等问题，后续需要合适的农技配套措施作补充。间接还田方式主要包括堆沤还田和过腹还田等方式等。本文就秸秆肥料化利用现状、技术方法和应用情况进行阐述，并提出相关建议，以期为后续研究提供参考。

关键词：秸秆；肥料化；秸秆还田；玉米；小麦；油菜

秸秆是作物收获籽粒后剩余部分，含有丰富的有机和无机物，是农业生产过程中的副产品，作物吸收的养分几乎有一半储存在秸秆中。我国作为农业大国，每年都有大量的秸秆产生，根据农业农村部发布的《全国农作物秸秆综合利用情况报告》显示，2021年

全国秸秆产量达9.65亿t，分布总体表现为“东高西低、北高南低”，以玉米、水稻、小麦为主，占中国秸秆资源总量的 84.8%，其次为棉花、油菜、豆类、薯类等，主要分布在东北、华北和长江中下游。秸秆作为一种重要的可再生生物资源，虽然综合利用率在稳步提升，但还是有大量秸秆被丢弃、焚烧，不仅造成资源浪费，还会引起农村环境污染，秸秆合理化利用保护环境、促进农业可持续发展和提升农民收入。目前我国秸秆主要的利用方式为肥料化、饲料化、燃料化、原料化、基料化，利用率分别为 47.20％、17.99％、11.79％、2.47％、２.23％，形成了以肥料化和饲料化为主的利用方式，秸秆肥料化的利用率最高，有直接还田、间接还田2种模式，间接还田常用的方式有堆肥还田。日本秸秆肥料化利用率约是55%，韩国秸秆肥料化利用率是45.7%，我国肥料化利用率43.2%，相比其他国家，中国秸秆肥料化利用还有一定提升空间[1]。

1 秸秆利用现状

1.1 国外秸秆肥料化利用现状

秸秆肥料化利用就是将农作物收获籽粒后的秸秆通过物理、化学和生物的技术方法处理后，使得秸秆在微生物的作用下，分解转化，形成容易被植物吸收的形式，实现资源循环利用，实现增加土壤有机质、改善土壤结构、提升土壤肥力等目的。秸秆作为肥料还田，有直接还田和间接还田，直接还田是利用农机对没有腐熟的作物秸秆进行粉碎、整秆碾压、深耕或耙压等方式将其直接覆盖于土壤表层或深埋，间接还田通过一定技术手段，对秸秆进行处理后还田。美国秸秆直接还田量占秸秆总产量的 68%，研究发现这种还田方式能够增加土壤有机质含量，改善土壤结构，经过多年秸秆直接还田，土壤的保水保肥能力显著提高，土壤微生物活性增强。英国则多采用深耕的方式将秸秆深埋于土壤中，这种方式有利于秸秆在土壤中的分解，减少病虫害滋生的风险，同时深耕结合秸秆还田能够打破犁底层，增加土壤通气性，秸秆还田量占秸秆总产量的 73%，日本在秸秆堆肥方面研究比较深入，利用微生物菌剂来加速秸秆的堆肥过程，通过筛选高效的纤维素分解菌、固氮菌等复合微生物菌剂，秸秆在较短时间内转化为高质量的有机肥料，提高了秸秆的肥效转化效率，日本有2/3的秸秆用于还田[2]。

1.2 中国秸秆肥料化利用现状

秸秆作为一种重要有机肥资源，含有大量的有机质和矿质元素，秸秆还田作肥料不但可以补充一部分化肥，同时也提高了农田养分的循环利用效率。在传统农业中，秸秆大量用作燃料，极大的浪费了有机资源，近年来，随着农业补贴力度的加大和政策的引导，极大的推动了秸秆还田技术的应用以及秸秆还田机械的推广，并且配合秸秆禁烧和综合利用取得了明显的成效，2006 年中国秸秆还田比例接近 25%，

2016年秸秆肥料化利用率达47.20%，秸秆还田量有了大幅提高[3]。

2 不同秸秆利用现状

2.1 玉米秸秆肥料化利用现状

2020年我国玉米秸秆产量占总秸秆量的34.2%，由于玉米秸秆的有机质主要是纤维素、半纤维素和木质素，以及氮、磷、钾等营养元素，茎秆粗壮、长度较长，一般对玉米秸秆要进行粉碎预处理以便加速分解转化。常用还田方式一是机械粉碎还田，在玉米收获后将秸秆粉碎成小段，通过旋耕机或犁等将粉碎后的秸秆翻耕到土壤中，使其在土壤微生物的作用下逐渐腐解，释放出养分供农作物吸收利用。这种方式在实际生产中应用较为广泛，具有操作简便、成本相对较低的优点，能够快速实现秸秆还田，增加土壤有机质含量。但由于玉米秸秆含有大量的纤维素、半纤维素和木质素，如果粉碎不达标，会导致秸秆在土壤中分解比较慢，影响下茬作物出苗以及生长发育。对质地黏重土壤，直接机械还田对土壤通气性的改善效果一般。二是秸秆覆盖还田，将玉米秸秆直接覆盖在地表，起到保墒、抑制杂草生长以及调节土壤温度等作用，同时秸秆会在自然环境下通过微生物的分解慢慢释放养分到土壤中。玉米秸秆通过覆盖还田，可以对耕地起到保墒作用、同时也可以抑制杂草生长，但覆盖厚度不易控制，在风大地区易被吹散，还可能滋生害虫，分解转化相对要慢，不利于来年作物对养分的吸收利用。尤其在降水较多的地区会对播种等农事操作产生一定影响，需要相应的免耕播种技术或者提前做好排水等措施，以确保农作物能够正常生长。三是堆肥还田，把玉米秸秆与牛粪、鸡粪等畜禽粪便按照合适的碳氮比（一般比例是在25～30∶1左右）混合，添加适量的微生物发酵剂，堆积成一定高1.2 m左右的长方形堆垛，然后进行发酵处理，使得秸秆可以充分腐熟，制成的有机堆肥富含多种养分，施用到土壤中，可显著提高土壤肥力。但堆肥的周期相对较长，需要占用场地来进行堆积发酵，并且对发酵过程中的温度、湿度、通风等条件要求较高[4]。

2.2 小麦秸秆利用现状

2021年小麦秸秆肥料化利用率占可收集量的73.7%，肥料化利用是小麦秸秆主要的利用方式，小麦秸秆含水分较高，通常在15%～20%，有机质主要包括纤维素、木质素、半纤维素，其中，纤维素含量最高，灰分含量一般在5%以下，相对较低，质地柔软而且保水能力弱，易发生霉变，不容易储存。小麦秸秆肥料化利用的方式一是直接翻压还田，在小麦收割后，直接将秸秆粉碎，粉碎后的秸秆翻压到土壤下层，让其自然分解转化为土壤肥力，直接翻压还田方式在平原地区应用较广泛，作业效率相对较高，一般翻压深度控制在20～30 cm左右为宜，能够充分利用田间作业的便利性，及时将秸秆还田，减少秸秆在田间的堆放时间，降低对环境的影响，同时快速补充土壤的有机质，改善土壤的团粒结构。小麦秸秆直接还田需要合适的土壤含水量和翻压的深度，如果土壤含水量和深度达不到要求，秸秆在土壤中分解速度较慢，甚至出现与下茬作物争夺氮素现象，进而影响作物生长初期的养分供应，对作物产量和品质产生一定影响。二是堆沤还田，把小麦秸秆集中堆放在田间地头或者专门的堆肥场地，加入适量的水、人粪尿或者其他含氮量较高的物质来调节碳氮比，然后覆盖塑料薄膜等进行堆沤发酵，待秸秆充分腐熟后施用到农田中，可有效改善土壤肥力。相关实践数据显示，连续多年采用小麦秸秆堆沤还田的农田，能够提高土壤的疏松度。秸秆堆沤还田能使秸秆充分腐熟，肥料质量高、养分稳定，但操作较繁琐，需占用场地，密封不好易产生异味。三是过腹还田，将小麦秸秆作为牲畜的饲料，经过牲畜采食、消化后，其粪便排出体外，再将粪便收集起来通过堆肥等方式制成肥料还田。这种方式实现了秸秆的间接肥料化，不仅能够充分利用秸秆资源，还借助了牲畜的消化作用，更好地分解秸秆中的部分难分解物质，提高了肥料的有效性，同时牲畜粪便中含有大量的有益微生物，对改善土壤微生态环境也有着积极作用。过腹还田实现了秸秆多级利用，产优质有机肥且改善土壤微生态，但受畜牧业发展规模限制，过腹还田受到影响，同时还需做好卫生防疫工作[5]。

2.3 油菜秸秆肥料化利用现状

油菜是我国重要的油料作物，每年产生大量的油菜秸秆，2022年全国油菜秸秆肥料化利用量达

1591.1万t（未统计港澳台）。油菜秸秆富含纤维素、半纤维素、木质素等有机物质，同时还含有一定量的氮、磷、钾等营养元素。其纤维素和半纤维素含量较高，木质素含量相对较低，这使得油菜秸秆具有较好的堆肥潜力[6]。此外，油菜秸秆的水分含量适中，一般在10%～15%左右，有利于堆肥过程的进行。油菜秸秆还田常用技术，一是传统堆肥，传统堆肥是将油菜秸秆与其他有机废弃物如畜禽粪便、厨余垃圾等混合在一起，堆积成一定形状，通过微生物的分解作用进行堆肥，这种堆肥方式操作简单，成本较低，但堆肥时间较长，且堆肥过程中容易产生异味和病虫害简单易行，虽然能增加土壤有机质，但可能存在分解不完全、影响作物生长等情况。二是高温好氧堆肥，高温好氧堆肥是在堆肥过程中通过强制通风或翻堆等方式，提供充足的氧气，使堆体温度迅速升高到55℃～65℃，并保持一段时间，以杀死病原菌、虫卵和杂草种子等有害物质。高温好氧堆肥具有堆肥速度快、效率高、无害化程度高等优点，但对设备和操作要求较高，成本也相对较高。三是厌氧堆肥，厌氧堆肥是在无氧或缺氧的条件下，通过厌氧菌的发酵作用对油菜秸秆进行堆肥。这种堆肥方式堆肥时间较短，实现能源与肥料双重产出，资源利用高效，但对发酵设备和技术要求较高，初期投资大[7]。

3 结论

我国秸秆能源发展有广阔前景，一是秸秆资源丰富，具有明显的秸秆资源优势，为肥料化利用提供了充足且稳定的原料保障，二是作为传统农业大国，我国农民对秸秆还田等做法有一定的认知基础和实践经验，在一定程度上有利于新技术、新模式的推广应用，同时国家政策扶持力度很大，三是国家高度重视秸秆综合利用，出台了诸多补贴政策、技术推广政策等，从资金、技术等方面为秸秆肥料化利用产业发展提供了有力支持。不足之处一是技术配套不完善，部分肥料化技术缺乏完善的配套机械和农艺措施，在实际应用中受地形、土壤等条件限制较大，影响了利用效果和推广范围，二是我国地域辽阔，不同地区的农业种植结构、土壤类型、气候条件等差异显著，难以制定统一的、普适性的肥料化利用模式，增加了推广难度。三农民意识不足：部分农民对秸秆肥料化利用的科学原理、优势缺乏深入了解，存在顾虑，如担心影响作物产量等，导致参与积极性不高，制约了利用效率的提升。综上所述，秸秆肥料化利用虽已取得一定进展，但仍面临诸多挑战，需要各方协同合作，不断探索创新，以充分发挥秸秆在农业生态系统中的价值。

参考文献

[1] 严东权，薛颖昊，徐志宇，等.我国农作物秸秆直接还田利用现状、技术模式及发展建议[J].中国农业资源与区划，2023，44（4）：1-14.

[2] 于博，徐松鹤，任琴，等.秸秆还田研究进展及内蒙古玉米秸秆深翻还田现状[J].作物杂志，2022（2）：6-15.

[3] 毕于运，高春雨，王红彦，等.农作物秸秆综合利用和禁烧管理国家法规综述与立法建议[J].中国农业资源与区划，2019，40（8）：1-10.

[4] 石祖梁，王飞，王久臣，等.我国农作物秸秆资源利用特征、技术模式及发展建议[J].中国农业科技导报，2019，21（5）：8-16.

[5] 高利伟，马林，张卫峰，等.中国作物秸秆养分资源数量估算及其利用状况[J].农业工程学报，2009，25（7）：173-179.

[6] 丛宏斌，姚宗路，赵立欣，等.中国农作物秸秆资源分布及其产业体系与利用路径[J].农业工程学报，2019，35（22）：132-140.

[7] 曹国良，张小曳，王亚强，等.中国区域农田秸秆露天焚烧排放量的估算[J].科学通报，2007（15）：1826-1831.