秸秆还田技术研究进展

刘起丽,段长勇,张嫣紫,余晓凤

（1.河南科技学院,河南新乡453003；2.新乡市农业局经济作物站,河南新乡453003）

农作物秸秆是一种潜在的非竞争资源,具有数量大、分布广、种类多等特点.我国每年农作物秸秆产量在6亿t以上,秸秆还田是有效利用秸秆资源的途径,其还田方式大体可分为直接还田和间接还田两种[1].不同作物秸秆不同还田方式对改良土壤物理性质、化学性质及增产效果各异[2],不同还田技术其利用效率也不同.合理的农作物秸秆还田能够增加土壤有机质,改善土壤结构,培肥地力[3],是一项具有重大经济效益和社会效益的高效性技术.秸秆的有效利用和可持续发展问题,近年来已引起世界各国普遍关注,并逐步成为发展可持续农业的重要方面[4].

1 国外秸秆还田概况

世界上的农业发达国家大都十分重视土地的用养结合和发展生态农业.美国的秸秆还田十分普遍,玉米、小麦、大豆、番茄等各类秸秆都被尽量还田.据美国农业部统计,美国每年生产的作物秸秆4.5亿t,秸秆还田量占秸秆生产量的68%,对保持美国的土壤肥力起到了重要作用.英国秸秆直接还田量则略高于美国,还田秸秆占其秸秆生产量的73%.国外一些国家秸秆还田的研究与利用早已处于领先水平[5],而我国到目前为止,农作物秸秆产量还未列入国家及省有关部门统计资料的统计范围[6].

2 秸秆还田的方式

2.1 秸秆直接还田

直接还田就是将秸秆直接或者粉碎后直接放置于田间,如新疆还田模式就包括留高茬还田、粉碎还田、机械粉碎全还田、立杆还田等多种直接还田模式[7].

2.1.1 秸秆机械化直接还田 机械化秸秆还田技术,是以机械粉碎、破茬、深耕和耙压等机械化作业为主,将秸秆粉碎后直接还田,增加土壤有机质,提高作物产量,减少环境污染,争抢农时的一项综合配套技术.秸秆机械粉碎还田技术是大面积实现“以田养田”、保护环境、建立高产稳产农业的有效途径[8].实施这项技术可通过地表秸秆残茬覆盖保护土壤、提高土壤蓄水保墒能力,达到农业高效、高产、优质、低耗可持续发展.山东、陕西、河南、吉林、江苏等省均大力推广秸秆还田技术,相继出现了多种多样的还田机具,发展前景非常乐观.使用最普遍的直切式秸秆还田机在国外从20世纪80年代初开始应用,而国内则起步较晚,因此在理论和设计方面尚且不太成熟[9].

2.1.2 超高茬麦田套稻秸秆还田 超高茬麦田套稻秸秆还田是指在小麦收割前的麦田中撒播稻种,稻种发芽出苗,在小麦收割时留高茬秸秆还田,灌水后麦田直接转化为稻田.超高茬麦田套稻将轻型栽培、节水旱育、免耕及秸秆还田等栽培技术融为一体,可以培肥土壤,保护环境,省工省本（不用育秧和插秧）.扬州市从1998年开始示范推广面积达2万hm2,累计推广5万hm2,平均单产达550 kg/667m2[10].

2.1.3 小麦秸秆高茬覆盖还田 小麦秸秆高茬覆盖还田是一项从根本上杜绝焚烧小麦秸秆现象发生,切实把小麦秸秆还田、复播,实施机械化保护性耕作项目工作落到实处的机械化技术.该技术主要包括小麦高茬覆茬打碎覆盖和小麦高茬休闲覆盖两类.高茬覆茬打碎覆盖主要包括旋耕播种、硬茬播种、先撒籽后旋耕播种；高茬休闲覆盖主要包括旋耕覆盖、深松覆盖、整秆覆盖[11].

2.2 秸秆间接还田

间接还田技术包括堆沤还田、烧灰还田、过腹还田、菇渣还田和沼渣还田.其中秸秆堆沤还田也称高温堆肥,是解决我国当前有机肥源短缺的主要途径.

2.2.1 秸秆堆沤还田 它是利用夏季高温季节把秸秆堆积,采用厌氧发酵沤制,其特点是时间长、受环境影响大,劳动强度高,但成本低廉.其关键是找到合适的降解秸秆的菌种.降解秸秆的菌种在不同的土壤和温度条件下有所不同,其中以木霉属真菌分解能力较强,秸秆降解还田后对土壤性状有明显改善作用[12-13].国家“八五”期间由中国科学院驻菏泽顾问组和菏泽科技开发中心选育出的301菌种应用到秸秆堆沤中,简便易行、腐烂效果好、省时省力,且不受季节限制,小麦长势比亩施30 kg尿素增产10%～20%,切穗大、籽粒饱满、抗倒力强,在国内居领先水平[14].

赵玉杰等[15]为了加快小麦秸秆堆肥速度,采用人工接入白腐菌（云芝）的方法,当小麦秸秆堆肥中添加10%的猪粪,料水比为2、C/P比为120、C/N比为60、pH值为6时,30℃条件下16 d内云芝对小麦秸秆木质素的降解率为56.27%,全纤维素降解率为10.41%.席北斗等[16]在堆肥过程中接种高效复合微生物菌群,可以提高有益微生物的群体数目和质量,增强微生物的降解活性,提高堆肥效率.黄继等[17]从牛粪中筛选出一株能够降解玉米秸秆纤维素的真菌（ZJ7）,其最佳产酶条件为：培养基初始pH值为7.0,培养温度为30℃,最佳氮源为花生麸.此菌在廉价的培养基上产酶能力较强,具有一定的应用潜力.

2.2.2 秸秆过腹还田 过腹还田就是以秸秆为原料,或附有其他原料加工制作成饲料喂养家畜家禽,再将其粪便还田,或将其粪便作为原料生产沼气后还田.秸秆过腹还田肥效高,还可吸收重金属、空气中的CO2等有害物质,起到净化空气、土壤中SO2的作用,具有良好的经济、社会和生态效益[18-19].

2.2.3 秸秆还田反应堆 内置式秸秆生物反应堆是一种高效的秸秆还田方式,可提高土壤有机质含量,其腐解过程中产生的CO2可供作物光合利用,产生的热量可有效提高深冬季节室内温度.研究证明秸秆反应生物堆技术是一项全新概念的农业增产、提质、增效新技术,可产生多方面的效应：定向产生CO2、增温、生物防治和改良土壤.专家在跟踪监测1 a后认为：应用秸秆生物反应堆技术的经济、生态和社会等综合效益显著,农作物产量明显提高,农产品生产成本降低,农产品质量明显改善且食用安全[20].

3 我国秸秆还田中的主要问题

秸秆富含有机物和无机离子,还田后对土壤营养、理化性状、后茬作物产量有较大改善作用,具有明显的社会效益和生态效益[21].但是,我国目前的秸秆还田方式不当、利用结构不合理、利用深度不够,无效焚烧现象仍然存在[22].因此,秸秆还田技术的研究和发展刻不容缓.

我国秸秆还田率高,但大多是秸秆机械化直接还田.机械化直接还田技术起步于上个世纪80年代,仍处于初级阶段,理论和设计方面不太成熟.今后应研制开发并推广与农艺措施相配套的还田机械,把机械还田、科学施肥和施药相结合,达到还田、施肥、灭病虫和省工节本的综合效果.

此外,利用微生物技术将秸秆转化为食用菌饲料和肥料,已成为近些年来秸秆利用的热点方向,也是规模消耗转化秸秆的有效途径[23-25].秸秆资源的开发与利用的潜力巨大,有待于我们进一步深入认识[26].秸秆还田涉及的问题很多,我国各地资源、环境和经济条件也不尽相同,今后要结合本区域资源优势和气候条件开展相关研究工作,使秸秆的利用向产业化纵深方向发展.

[1]李文革,李倩,贺小香.秸秆还田研究进展[J].湖南农业科学,2006（1）：46-48.

[2]屈素斋,王艳华,徐亚萍,等.不同秸秆还田量的增产效益研究[J].中国农村小康科技,2007（1）：61,71.

[3]Liu S P,Nie X T,Zhang H C,et al.Effects of tillage and straw returning on soil fertility and grain yield in a wheat rice double cropping system[J].Transaction of the Chinese Society ofAgricultural Engineering,2006,22（7）：48-51.

[4]韩鲁佳,闫巧娟,刘向阳,等.中国农作物秸秆资源及其利用现状[J].农业工程学报,2002,18（3）：87-91.

[5]魏廷举,程乐圃,朱丽娜.秸秆还田的经济效益分析及其措施[J].农机化研究,1990（2）：48-52.

[6]朴香兰.吉林省农作物秸秆资源的现状及综合利用[J].延边大学农学学报,2003,25（1）：60-64.

[7]张国华.新疆秸秆还田模式初探[J].土壤肥料,1996（6）：31-32.

[8]夏萍,江家伍.机械化秸秆还田技术及配套机具[J].安徽农业大学学报,2001,28（1）：106-108.

[9]毛罕平,陈翠英.秸秆还田机研制现状[J].农业机械学报,1996（2）：152-154.

[10]王力扬.超高茬麦田套稻秸秆还田耕作方式的配套技术[J].耕作与栽培,2003（4）：4-5.

[11]赵永昌.机械化小麦秸秆还田高茬覆盖复播技术[J].农机推广与安全,2006（1）：40.

[12]史央,蒋爱芹,戴传超,等.秸秆降解的微生物学机理研究及应用进展[J].微生物学杂志,2002,22（1）：47-50.

[13]田朝光,马延和.真菌降解木质纤维素的功能基因组学研究进展[J].生物工程学报,2010,26（10）：1333-1339.

[14]胡玉信.秸秆快速还田改善土壤结构[J].河北农业科技,1994（3）：24.

[15]赵玉杰.小麦秸秆堆肥接种白腐菌的效果及作用条件探讨[D].成都：四川农业大学,2002.

[16]席北斗,刘鸿亮,白庆中.堆肥中纤维素和木质素的生物降解研究现状[J].环境污染治理技术与设备,2002,3（3）：19-23.

[17]黄继,彭智平,于俊红,等.降解玉米秸秆纤维素的真菌筛选及其产酶条件研究[J].广东农业科学,2009（1）：89-91.

[18]娄佑武,刘继明,吴志坚.浅谈江西养牛业的创新[J].江西畜牧兽医杂志,2006（1）：34-36.

[19]石磊,赵由才,柴晓利.我国农作物秸秆的综合利用技术进展[J].中国沼气,2005,23（2）：56-58.

[20]红星.秸秆生物反应堆技术试验成功[J].农产品加工,2009（3）：31.

[21]乔本梅,李卫国,边胤.秸秆类有机物的作用及其在生产中的应用[J].科技情报开发与经济,1995,5（5）：40-41.

[22]米志峰.秸秆还田技术的现状与发展[J].能源基地建设,2000（6）：63-64.

[23]徐勇,沈其荣,钟增涛,等.化学处理和微生物混合培养对水稻秸秆腐解和组分变化的影响[J].中国农业科学,2003,36（1）：59-65.

[24]许丽,韩友文,张淑芳,等.不同处理方法对玉米秸秆物质和粗纤维瘤胃降解率的影响[J].黑龙江畜牧兽医,2002（5）：15-16.

[25]吕小荣,努尔夏提·朱马西,吕小莲.我国秸秆还田技术现状与发展前景[J].现代化农业,2004（9）：41-42.

[26]马学良,方宪法,陈开化.我国农作物秸秆高效利用技术现状与趋势[J].农业现代研究,1995（11）：40-43.