鲁西北地区棉花秸秆还田现状及潜力分析

李凤瑞　史加亮　徐晓莹　张东楼　董灵艳　贾立洪　杨秀凤

摘要：通过对秸秆还田方面发表论文的了解，阐述了国内外棉花秸秆还田的现状，分析了鲁西北地区棉花秸秆还田的潜力和推广价值，展示了该技术广阔的发展前景，以期为鲁西北地区棉花秸秆还田的实践提供借鉴。

关键词：鲁西北棉区；棉花秸秆；还田现状；土壤；潜力分析

中图分类号： S562.09 文献标识码： A 文章编号：2095-3143（2015）06-0020-04

Abstract： Through the understanding of the paper on the straw returning， this paper elaborated the present situation of cotton straw returning at home and abroad， analyzed the potentiality and promotional value in northwest Shandong Province，and showed the vast development prospects of the technology， hoping to provide reference for the practice of cotton straw returning in northwest Shandong Province.

Key words： Cotton area of northwest Shandong province； Cotton straw； Returning situation； Soil； Potentiality analysis

0 引言

在鲁西北棉区，棉花秸秆资源十分丰富。随着棉花秸秆还田机械的不断研究和改进，棉花秸秆还田利用已成为可能[1]。实践证明，棉花秸秆还田可以实现土壤养分的循环利用，改善土壤肥力状况，提高棉花的产量。是实现农业可持续发展的重要内容，具有显著的经济效益和社会效益。

本文将综合已有研究，分析目前鲁西北地区棉花秸秆还田利用现状、棉花秸秆还田的潜力、旨在提高棉花秸秆的还田利用率，对棉花秸秆还田的大面积推广应用提供理论依据。

1 国内外棉花秸秆还田技术应用现状

国外十分重视采用棉花秸秆还田技术培肥地力。20世纪中叶以来，美国通过多种农艺措施和政策措施组合（禁止秸秆焚烧，强制秸秆还田）来控制作物残留物的随意排放。截至目前美国的棉花秸秆还田率达到近90%，土壤有机质逐年增加[2]。印度、乌兹别克斯坦、澳大利亚及俄罗斯等产棉大国在棉花秸秆还田方面均做出了成效[3]。

棉花秸秆还田在国内已有不少尝试，新疆棉区自20 世纪90 年代率先开展棉秆还田试验，其后开始大面积推广，到2012年，全疆要求棉秆还田量达到 100%，国内其他省市如河南、山东、江苏、浙江、湖北等棉花面积较大地区，也相应开展了棉秆机耕还田实践[4]。随着棉花秸秆还田机械的不断研究和改进，鲁西北棉区棉花秸秆还田利用已可顺利进行。

2 棉花秸秆还田的潜力分析

2.1减轻劳动强度，利于发展机械化生产

由于目前农村年轻劳动力大量转移，棉农的年龄越来越大，且劳动力价格高昂，秋季和冬季将数量巨大的棉花秸秆全部砍伐运出棉田，确保秋冬季节及时施肥和秋翻，并使来年棉花适时早播，确实存在许多困难。因此，发展机械化生产，实现棉秆直接还田意义深远。

2.2增加有机质含量，培肥棉田地力

传统的观点认为，非腐解态的有机质不宜直接施入土壤。但近年来的大量研究证明，土壤的生物活性是评价土壤肥力的综合指标，而非腐解态的有机物比腐解态的有机物对土壤生物活性有明显优势[5]。

土壤有机质作为土壤养分的载体，它提供给作物和微生物所需的生活物质，同时还可以促进土壤团粒结构的形成，改善土壤结构。试验表明，作物产量与土壤有机质含量存在极显著正相关关系，它是一项重要的肥力指标[6-7]。因此，提高土壤有机质是提高棉花单产的一项重要的措施。

棉花秸秆富含纤维素，木质素等富碳物质，它是土壤有机质积累的主要碳源。土壤碳氮比值（C/N）是衡量土壤C、N营养平衡状况的指标，该值正常应在（20～25）︰1，由于秸秆还田率较低，鲁西北棉区土壤的C/N较低。多数试验证明，C/N较低可导致土壤中有机N转化为无机N，引起N流失；还可导致土壤中有机质分解加快，破坏土壤团粒结构。秸秆直接还田有利于更新和增加土壤有机质，在它腐解过程中，能产生较多的五碳糖和六碳糖，增强土壤微粒的团聚作用，提高土壤肥效。

2.3改善土壤理化性质，提高抗灾能力

土壤团聚体作为土壤结构最基本的物质基础，是土壤养分的贮存库和各种土壤微生物的生存库，其稳定性是土壤生物、化学和物理过程综合作用的结果，包括机械稳定性和水稳定性[8]。

有研究发现，向土壤中添加粉碎秸秆类有机质能够显著改良土壤结构[9]。詹其厚等[10]、张晓文等[11]研究发现，秸秆施入土壤中能够增加土壤中有机胶结物质的含量，进而促进土壤团聚体的形成，改善土壤结构状况。

水分是土壤的重要组成部分，是作物生长发育必不可少的条件。许多研究表明，秸秆覆盖下，作物生育前期蒸散耗水比裸地少，中后期蒸散耗水比裸地多，全生育期总耗水量与裸地并无明显的差异。其意义就在于秸秆覆盖有调控土壤供水的作用，使作物苗期耗水减少，需水关键期耗水增加，农田水分供需状况趋于协调，从而提高水分利用效率。李金埔[12]研究表明鲁西北地区棉花秸秆还田提高了0～20 cm和20～40 cm土层的含水量，40～60 cm土层的含水量因月份不同变化较大。

土壤pH值是反映土壤酸碱度的指标，对作物生长有很大影响。徐国伟等[13]研究表明秸秆还田土壤pH值降低，比秸秆不还田处理低6.5个百分点，达显著性水平。韩晓君等[14]研究表明秸秆还田可调节土壤pH，使其保持在合理范围内。李金埔[12]研究表明鲁西北地区棉花秸秆还田降低了碱性土壤的pH值，使pH值趋于中性。

秸秆的施用对降低土壤容重、增加孔隙度有明显作用。王志学等 [15] 研究表明，秸秆还田后耕层土壤容重比对照降低0.07～0.12 g/cm3，土壤孔隙度增加2%～8%。许国钧 [16] 研究表明，棉花秸秆还田后土壤水稳性团粒增加2.2%，孔隙度增加1.5%，有效孔隙度增加3.7%，土壤容重降低0.07 g/cm3。李金埔[12]研究表明，鲁西北地区棉花秸秆还田降低了0～10 cm土层的容重，而未能降低更深层土壤的容重。

2.4提高土壤的生物活性，促进养分释放

土壤生物活性是指土壤无机、有机、生物复合体的代谢性能。土壤微生物作为土壤生物活性的主体，与植物根系构成土壤复杂的酶体系，参与有机质的分解、腐殖质的形成及养分循环转化的各个过程。棉花秸秆还田后为土壤微生物活动提供丰富的碳源和氮源，能够显著提高土壤耕层微生物的数量[19]。

刘建国[17]研究表明，棉花秸秆还田后使蔗糖酶、过氧化氢酶的活性均高于不还田处理。刘军[18]研究表明，棉花秸秆还田能够增加微生物数量，改善棉田土壤微生物种群结构。实践证明，棉花秸秆是土壤生物活动的有效能源，秸秆还田能激发微生物活性及各种酶的活性。从而促进了土壤中新鲜有机物质的矿化腐解和养分释放。

2.5降低病虫害的发生率

由于根茬粉碎时疏松和搅动表土，能改变土壤的理化性能，破坏地老虎及其他地下害虫的寄生环境，故能大大减轻虫害，棉花苗期可使地下害虫的危害程度下降80%或更高[4]。

3鲁西北棉花秸秆还田的发展前景

大量研究资料表明，棉花秸秆机械还田可以提高工作效率，减轻劳动强度，降低劳动成本，有效培肥地力，提高棉花产量，最终增加农民收益。因此，它是一项造福于国，还利于民的农业新技术，有广阔的发展前景[20]。目前我国尤其是鲁西北地区棉花秸秆还田技术还处在比较粗放的阶段，还需要广大科技人员进行大量的科学研究和技术开发，从根本上解决棉花秸秆还田中的各种技术问题。

3.1大力发展农业机械化，加大秸秆还田机械新产品的研制

大面积机械化作业是实现秸秆还田的有效方式之一，要研制大、中、小不同类型的机械使其适应不同类型棉田；要研制与农艺措施相配套的机械， 使科学施肥和施药及秸秆还田相结合，实现省工、节本的综合效果。

3.2加速发展生物工程技术，走农艺、生物技术与农机相结合的道路

秸秆的快速腐解是秸秆还田的关键技术。机械粉碎能改变秸秆的物理性状，扩大接触面积，在一定程度上加速腐蚀，但是秸秆中较高的C/N仍然在土壤中分解缓慢。研究表明，一些生物菌剂能够快速的腐解秸秆[21]。因此，在采用农业机械化秸秆还田的同时，实施配套的农艺栽培措施（如覆盖栽培、免耕直播等），用生物化学制剂来加速腐解，能够更有效地解决秸秆还田问题。所以，农艺、生物工程技术与农机相结合是棉花秸秆还田的必由之路。

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