浅谈作物秸秆及农田残膜的无害化处理与综合利用技术——以新疆昌吉市相关政策实施为例

范治璇 ， 马光福

（1.昌吉市滨湖镇农(牧)业发展服务中心，新疆 昌吉 831100；2.昌吉市三工镇农(牧)业发展服务中心，新疆 昌吉 831100）

近年来，新疆地区农田残膜污染造成农作物大面积减产，山东秸秆还田措施不当导致超过80万公顷小麦罹患茎基腐病害，严重危及我国农业可持续发展和粮食安全，引起了相关部门的高度重视。对于地膜残留以及粗放的秸秆还田方式引发的大面积农田减产、病害现象，有必要采取措施，大力推广残膜、秸秆的无害化处理与综合利用技术。

1 秸秆传统处理方式及其危害

1.1 秸秆传统处理方式

农作物收获后留下的茎、叶等部分通称为作物秸秆。秸秆的处理方式是随着人类社会和农业生产的发展变迁而发生改变。定居农耕文明兴起后，秸秆长期作为建筑材料、烹饪及冬季取暖燃料、牲畜饲料等使用。在生产上，秸秆焚烧后形成的草木灰可作为优质的无机肥料。近十年来，我国农业生产迅速向现代化、机械化方向迈进，农业产出增长导致作物秸秆数量猛增，秸秆作为饲料或工业原料呈现出供大于求的状态。大量剩余秸秆堆积在田间地埂，焚烧成为较常规便捷的处理方式。

1.2 秸秆焚烧的危害

研究表明，露天焚烧秸秆会产生大量的CO2、CO、SO2、NO2等有害气体及细颗粒物。焚烧烟雾会导致PM2.5颗粒物和污染物浓度严重超标，造成空气质量急速恶化，能见度降低。大量秸秆就地焚烧使空气质量指数AQI（Air Quality Index）数据迅速超过500，而正常参考值为50。烟雾会诱发呼吸道疾病、引发交通事故，危及人民生命安全。现今，国家已经明令禁止秸秆直接焚烧。以昌吉为例，为应对焚烧秸秆行为，当地环保部门制定了严厉的处罚措施，采取红外远程监控设备实时监测，即时通报处理烟火警情，追究处罚责任单位、人员。

2 秸秆无害化处理技术

为做好禁烧疏导工作，农业部门积极推进科学合理的秸秆无害化处理方式——秸秆机械化还田技术。因秸秆中存留丰富的氮、磷、钾及有机质，秸秆还田不仅可以解决焚烧带来的环境污染问题，还可以促进农作物生长，因此秸秆还田对于农业生产来说，是一种经济实用的处理方式。

2.1 水稻秸秆机械化还田技术

水稻秸秆的机械化还田主要有全量翻埋还田、半量还田、地表覆盖还田、粉碎混埋还田、粉碎翻埋还田等技术模式。以全量翻埋还田为例，其主要技术路线为秋季用联合收获机收获水稻/稻草粉碎还田→秋季耕翻→春季灌水泡田→耙地(埋茬起浆)→机械插秧。技术要点为水稻收获机需自带秸秆粉碎功能，稻秆粉碎后均匀抛撒覆盖于地表，也可在秋季水稻收获后采用双轴水田旋耕机进行秸秆粉碎作业，稻秆粉碎后均匀覆盖于地表。稻秆粉碎长度≤10cm，残茬高度＜15cm；耕翻深度18cm～22cm，收割残茬掩埋深度＞10cm，埋茬起浆平地作业深度≥10cm。南方温、光、水适宜的双季稻区适用水稻秸秆粉碎混埋、粉碎翻埋还田技术模式，技术模式与东北地区略有不同。

2.2 玉米秸秆机械化还田技术

玉米秸秆机械化还田技术有整秆地表覆盖还田、粉碎地表覆盖还田、粉碎混埋还田、粉碎翻埋还田等模式。昌吉市属于西北一熟区，适用玉米粉碎翻埋还田技术模式。其技术路线包括机械收获→秸秆粉碎还田→秸秆翻埋→休闲→机械播种。技术要点主要有：1）秸秆粉碎还田作业后，茎秆粉碎长度≤10cm，茎秆粉碎率≥90%，碎秸秆应抛撒均匀，根茬高度≤8cm；2）割茬高度、切碎长度、抛撒均匀度可根据需求适当增减，以利于提高收获机械作业效率；3）秸秆翻埋深度20cm～25cm，为防止土壤被秸秆架空，以翻、埋、压等方式消除。配备机具主要有玉米联合收割机、秸秆还田机、秸秆翻埋设备、玉米播种机。技术特性是将秸秆翻埋到土壤深层，加速秸秆腐烂过程。该技术适用于西北一熟区秸秆量大、秋冬季风大的地区。东北一熟区、黄淮海两熟区模式与之略有不同[1-2]。

2.3 小麦秸秆机械化还田技术

小麦秸秆机械化还田主要有机械化粉碎混埋还田、粉碎翻埋还田等技术模式。以小麦秸秆机械化粉碎翻埋还田技术模式为例。其技术路线包括机械收获/秸秆粉碎还田→铧式犁翻耕还田→小麦播种机播种小麦。技术要点：小麦联合收割机自带粉碎装置，秸秆粉碎后均匀抛撒于地表；割茬高度≤15cm；麦秆切碎长度≤10cm；切长合格率≥95%；抛撒不均匀率≤20%；漏切率≤1.5%；翻耕深度≥20cm，耕深稳定性≥85%，碎土率≥80%；覆盖率≥80%。机具配备要求：小麦联合收割机动力储备能满足粉碎装置驱动需求；小麦播种机的性能满足农艺要求。其技术特性是将秸秆翻埋至土壤深层，加快秸秆腐烂，适用于西北一熟区秸秆量大、秋冬季风大的地区。

2.4 棉花秸秆机械化还田技术

棉花秸秆机械化还田技术模式主要有粉碎翻埋还田、粉碎混埋还田等。以棉花秸秆粉碎混埋还田技术模式为例。其技术路线为机械收获→秸秆粉碎还田→机械深松→旋耕耙切整地→机械播种。技术要点包括：1）棉花机械收获后，先用机械捡拾地表残膜，再用秸秆还田机进行粉碎还田；或用秸秆还田残膜回收一体机一次性完成秸秆粉碎还田、残膜捡拾作业。地表残膜应捡拾干净，秸秆抛撒覆盖基本均匀。2）棉花秸秆粉碎还田要求割茬高度≤8cm、棉秆切长≤10cm、切长合格率≥90%、抛撒不均匀率≤20%、漏切率≤1.5%。3）秸秆粉碎还田后，进行机械深松，深度为30cm～40cm。4）耕后用联合耕整地机、圆盘耙平整地表，次年播种前再用联合整地机或圆盘耙平整一遍，做到上虚下实，利于进行机械铺膜播种。遵循专机专用原则，分别用秸秆还田机、深松机、联合整地机开展对应作业。粉碎混埋还田技术适用于新疆棉区、长江与黄河流域棉区。

3 昌吉市秸秆综合利用试点推进成果

昌吉市在2019年结合本地实际情况，制定了《作物秸秆综合利用试点县项目实施方案》，开展棉花秸秆综合利用试点，大力推广秸秆翻埋还田、碎混还田等技术，并对秸秆肥料化利用建设推出切实可行的财政补助措施。2020年，昌吉市在辖区滨湖镇两个村共完成10 000亩棉花秸秆全量还田示范点的建设工作，机械作业全部由何氏农机专业合作社完成，财政补助11万元；在滨湖镇五十户村建造了260m3秸秆堆沤池1个，财政补助5万元；秸秆堆沤池原料收集拉补助资金5万元，补助资金总额达21万元。

4 秸秆过量还田对农业的影响

虽然秸秆还田有利于环境改善，但秸秆过量还田也会对农业生产造成不利的影响。1）秸秆还田过量对土壤产生不利影响。大量秸秆粉碎后埋入土壤，分解速度减缓，春播时节来临，大量秸秆还未完全降解，不能达到作为有机肥促进农作物生长目的。而且秸秆在继续降解过程中，微生物与作物争夺氮素，致使农作物缺氮而减产。2）秸秆过量还田后，土壤结构受损，导致农作物减产。在北方干旱地区，大量非降解的秸秆碎片积存在耕作层会导致土壤结构松散，土壤毛细管作用受损，作物根系水分供应不良，影响植株生长。此外，松散的土壤结构支撑度差，使作物易倒伏，影响农作物产量。3）秸秆还田导致病虫害增加。农作物生长过程中会滋生各类病虫害，秸秆粉碎还田埋于土壤中时间短、腐熟不完全，无意中为害虫越冬提供了良好的条件。秸秆中存活的幼虫卵及病原菌易在第二年春夏季爆发，影响农作物健康生长。

5 秸秆处理前沿技术

为解决秸秆的增量问题，国内外企业、科研工作者也在积极寻找方法，探索更合理解决方案。意大利、巴西以秸秆作为原材料生产生物燃料乙醇，丹麦Avedøre发电站将稻草秸秆作为主要燃料。我国也在利用秸秆发电、造纸、用作食用菌培养的基质、作为青贮饲料原料以及发酵沼气和固态有机肥料[3-4]。

当前，秸秆过剩的解决方法还有微生物降解——酶水解工艺，它是将不同的生物方法结合，以协同降解作用提高秸秆中木质纤维素的糖化效率。微生物降解——酶水解处理工艺中所用的酶可以从废弃秸秆中提取，其实施具有可行性和经济性，为未来秸秆循环利用展现了良好的发展前景。

6 昌吉市农田残膜治理措施

为保证农业可持续发展，近年来，昌吉市利用已有基础条件，在地膜使用量大的棉花、玉米、加工番茄、西甜瓜等作物种植区，积极推动农膜污染综合治理。各职能部门切实履行农田残膜污染治理承诺，加强监管，全面禁止生产、销售和使用厚度小于0.01mm的农用地膜以满足机械化回收地膜的技术要求。鼓励农机合作社购置新型残膜回收机械，增加装备总量，提高回收效率，降低回收成本。建立残膜回收利用机制，建设废弃农膜回收贮运和综合利用网络，推广农膜利用新机械、新技术。早在2018年就完成2个农田残膜回收示范点建设，当年即实现农田地膜污染治理达到30%以上，回收率达25%以上，有效减少了农田残膜污染。

7 结语

综上所述，快速推进秸秆综合利用以及残膜回收是当前农业发展、环境保护提出的紧迫要求，但秸秆工业化处理、残膜再循环利用等因成本原因尚不具规模。当前，秸秆资源化利用仍处于规模小、产业化弱的状态。为实现秸秆无害化、资源化高效利用，政府需要结合实际对具备技术优势的企业给予政策支持，引导秸秆处理由粗放向集约化、产业化模式转型。对于残膜治理，不但需要各级政府部门鼓励相关企业的大力投入，科研机构的积极参与，必要时，政府应牵头与有关科研单位合作，开展降解膜、高强度地膜试验以及作物无膜试验，打造农膜降解、回收、减量示范区。