利用机械化新技术提高秸杆综合利用率

相姝楠

（农业部农业机械试验鉴定总站，北京 100122）

农作物秸秆是重要的生物资源，中国拥有量居世界首位。据不完全统计，中国每年秸秆产量在6.5亿t以上，其中直接还田的约占30%，用作饲料的占18.5%，作为工业原料的占15.4%。然而，随着科学技术的进步和能源的日益丰富，作为燃料、饲料、建材的秸秆用量越来越少，每年剩余废弃的秸秆约占1/3[1]，许多地区采取焚烧、乱堆放等简单方式进行处理，造成环境污染等社会问题。探索有效的秸秆还田方法，提高秸秆利用率，对促进农业良性发展，减少环境污染具有重要意义。

1 农作物秸秆生产与利用现状

1．1 国外农作物秸秆的生产与利用现状

欧美等国家十分重视秸秆还田培肥地力。美国人少地多，土壤肥沃的主要原因是重视秸秆还田、深松和轮作。玉米生产，一般5月初播种，10月直接籽粒收获，收获时籽粒含水率在15.5%～17.5%，秸秆除部分打捆作饲料外，其余秸秆全部在收获的同时切碎还田，冬前用重耙及深松机械尽快完成秸秆切割、深松、整地，同时还采用玉米、大豆轮作，施有机肥来培肥地力[2]。在南部大平原采用“小麦-高梁-休闲”的三年两熟轮作，两茬作物之间有休闲期或每两年种植一季小麦，或采用“小麦(或玉米)-牧草-休闲”轮作制。小麦采用高茬收割，茎叶全部粉碎还田，加之牧草轮作，对改良土壤、增加土壤有机质十分有利[3,4]。

据文献报道，美国在大平原每年还田秸秆和残茬1.6～1.7t/hm2，8年后土壤有机质从1.79%提高到2.0%，秸秆还田比不施秸秆还田，土壤中的碳、氮、硫、磷含量分别增加47%、37%、45%、14%[5]。美国秸秆还田的特点是土地面积大、主要采用大型农业机械作业，而且秸秆还田时，重耙、深松、深耕质量高，十分重视培肥地力，所以致土壤肥沃，粮食生产效益高。

加拿大农业区以耕种玉米、小麦和养牛业为主。玉米秸秆通过收获机切碎作为青贮饲料或还田。日本把秸秆直接还田当作农业生产中的法律去执行。英国的洛桑试验站以每年还田玉米秸秆7～8t/hm2进行试验，18年后土壤有机质含量提高了2.2%～2.4%。德国波恩大学试验站研究表明，每公顷施入6.5t秸秆并补施氮肥，19年后土壤有机质含量从1.02%增加到1.48%[6]。

在美国24个农业州，每年能收集约4 500万t秸秆用作饲料，或用来盖房，将整捆的秸秆高强度挤压后填充墙壁；此外，美国还积极推动再生能源事业，把秸秆作为新兴的替代燃料和生物燃料，从中提取乙醇，提高秸秆综合利用率。日本也在挖掘秸秆燃料的转化潜力，已研制出从秸秆纤维素中提取酒精燃料的技术[7]。

1．2 我国农作物秸秆的生产与利用现状

我国是农业大国，农作物秸秆在农民生活和农业生产中具有重要的地位，秸秆利用有着悠久的历史，大量被用作燃料，其余用于养畜、建材、积肥还田等。但随着社会的发展、农村生活水平的日益提高，能源结构发生了很大的变化，用于燃料、建材和养畜的秸杆量不断减少，秸秆处理成了负担。由于秸秆资源分散、季节性强、量大面广及加工成本高等问题，严重制约了秸秆资源的综合利用，所以形成了露天焚烧和乱堆放等问题。

2 秸秆露天焚烧和乱堆放带来的危害

2．1 秸秆露天焚烧带来的危害

2.1.1 污染环境

焚烧秸秆严重污染环境，主要是空气悬浮颗粒数量明显增加，造成二氧化碳、氮氧化物、硫化氢、烟尘增加，硫化物在空气中容易形成酸雨和酸雾，导致水和土壤酸度变化，影响作物生长。秸秆焚烧使空气中烟雾增加，甚至影响交通、航班等。

2.1.2 破环土壤结构

秸秆焚烧产生热量，使土壤表面温度升高，土壤水分蒸发，吸水保墒能力大幅下降，还会杀死土壤中的大量有机物，造成肥力下降、土壤板结，影响作物生长。

2.1.3 浪费资源

秸秆中含有大量的氮、磷、钾、粗蛋白等成分，焚烧后的灰分易被水冲走，浪费资源。采用切碎还田，秸秆中的成分不仅可以得到充分利用，还会改善土壤结构，提高土壤保墒固水能力，可减少化肥用量，有利于对环境的保护，有利于促进农业的可持续发展。

有研究报道，还田玉米秸秆500kg，相当于使用传统土杂肥2 500kg。一年后土壤有机质含量相对提高0.05%～0.23%，全磷平均提高0.03%，速效钾增加31.2mg/kg。土壤容量下降0.13～0.16g/cm3，土壤孔隙度提高2%～4%[8]。连续多年，效果明显。

2.1.4 引起火灾

焚烧秸秆易引起火灾，给农民带来严重的经济损失。

2．2 秸秆乱堆乱放带来的危害

由于政府“禁烧”令的实施，焚烧秸秆现象减少了，但又形成大量农村废弃秸秆在田间地头、路边、沟渠乱堆放的现象，带来阻碍交通、堵塞河道、秸秆腐烂变质污染环境、引发火灾等许多危害。

3 利用机械化新技术提高秸秆还田利用率

欧美等国家土地资源丰富，农业机械装备大型化、重型化，由于土地资源丰富，采用一年一季或轮休种植，秸秆还田培肥地力效果好。中国人多地少，要满足粮食的需求，土地无休闲时间，仅在东北、新疆和高海拔地区采用一年一熟种植，而黄淮海地区采用一年两熟种植，南方采用一年多熟种植，土地复种指数高，秸秆还田腐化期短；又由于农业机械动力小、轻便化，与欧美相比秸秆还田、土壤耕作更简便化，造成秸秆还田质量差，培肥地力效果差。为了提高产量，不得不大量使用化肥，为了抢农时采取了焚烧秸秆的办法，结果造成环境污染。

3．1 还田机的应用现状

为促进秸秆还田，政府大力推广新技术，常用的秸秆还田机按结构形式分为锤爪式、Y型甩刀式、直刀式和鞭式等类型[9]，主要将其悬挂在拖拉机和自走式收获机对秸秆进行粉碎还田。

但目前的秸秆还田机存在一些问题：一是消耗的功率大。据试验表明，在玉米秸秆含水率为79.63% ，喂入量1.91kg/s的条件下，秸秆粉碎消耗功率峰值是12.04W，约占所配拖拉机动力输出的54%[10]。二是秸秆切碎长度不符合要求。根据秸秆还田机作业质量性能指针要求玉米秸秆还田长度小于10cm[11]。但由于收获时地形、操作等原因，切碎秸秆过长。在冬小麦种植区，玉米秸秆还田后即整地播种小麦，由于气温低秸秆腐化分解慢，会加大麦苗长在秸秆上的比例，造成黄苗、死苗现象；另一方面，同样重量的玉米秸秆所占体积也大。经对秸秆切碎长度分别为秸秆未切、切断长度为10cm、5cm时所占体积的试验测定（表1），秸秆切碎长度为秸秆未切、切断长度10cm、5cm所占体积分别是秸秆切断长度3cm所占体积的5.65倍、2.17倍和1.81倍。

表1 秸秆切碎所占体积 单位：m3

切碎秸秆所占体积大会造成土壤翘空不实，不利于秸秆腐化分解，影响小麦根系生长，造成农民秸秆还田的积极性不高，甚至在秸秆粉碎还田后再进行焚烧的现象也经常发生，所以机械化秸秆还田的推广既要综合农业生产效益，又要提高农民的认识。

3．2 秸秆精细化切碎还田技术

3.2.1 小麦秸秆精细化切碎还田

小麦联合收割机上加装秸秆切碎器，在收获过程中将秸秆粉碎并均匀抛散还田，由于秸秆精细化切碎，秸秆体积大大减小，可有效改善后续夏玉米播种作业机具通过性能。不带切碎器的小麦收获机收获后秸秆覆盖在地表上厚厚一层，不能直接进行机械化播种玉米，需要将秸秆清理，增加了生产成本，导致农民直接焚烧等现象。带有切碎器的收获机收获后秸秆覆盖在地表上所占体积小，可以直接用免耕播种机进行播种。既可有效减少焚烧秸秆现象，又可改善土壤结构，增加土壤肥力。

3.2.2 玉米秸秆精细化切碎还田

玉米秸秆精细化切碎还田，主要是将玉米秸秆切碎，由一般标准要求秸秆长度小于10cm，减少到3cm。在秸秆切碎过程中不接触土壤，采用有支撑切割，切断质量好、功耗小。经试验分析，切碎后的秸秆长度小于3cm，秸秆体积小，利于播种和秸秆腐化。由于结构简单、所需机械动力小，秸秆还田后对后续播种影响小，农民易接受，从而提高秸秆还田率，减少秸秆焚烧、乱堆放带来的污染。

4 结论

综上所述，近年来随着废弃秸秆数量的增加，秸秆焚烧成为许多地区显著的环境和社会问题，其原因是秸秆利用成本过高，收益较低。解决问题的关键是不断提高秸秆还田利用率，通过有效的秸秆还田把剩余秸秆充分利用好，可从以下几个方面着手：

（1）政府要加强指导，大力宣传秸秆还田、培肥地力和减少环境污染的意义，制定相关政策和法律支持秸秆综合利用及保护环境。

（2）精细化秸秆还田功率消耗小，粉碎后的秸秆体积小，对机械化播种影响小，秸秆腐化快，符合中国农民精耕细作的传统，易接受。

（3）发展大功率、重型农业机械，提高秸秆还田、土地耕整质量，减少秸秆还田对播种质量的影响，使秸秆还田培肥地力效果明显。