新疆膜下滴灌棉田棉秆高效还田技术

朱倩倩 许咏梅 谢香文 张晔山

（1.新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所 新疆 乌鲁木齐 830091；2.新疆农业科学院拜城农业试验站 新疆 拜城 842300）

据统计资料显示，2022 年新疆棉花种植面积已超过254.05 万hm2，棉花产量约512.9 万t，而棉花棉秆年产量在2 000 万t 以上[1]。 棉秆中含有大量的新鲜有机物料，是一种重要的生物质资源。 棉秆还田是替代焚烧措施与饲料化对棉秆实现有效利用的重要方式[2]。 棉秆还田不仅是改善长期连作棉田土壤结构、培肥地力、蓄水保湿的有效措施，还能有效提高棉花的光合能力，增加籽棉产量[3]。 棉秆中含有大量的纤维素、半纤维素和木质素，还含有单宁、果胶素、树脂、脂肪、蜡、色素和灰分等少量组分[4-5]，是一种宝贵的可再生有机肥资源存量。 但新疆气候干旱，棉秆密度大，周年秋收后将棉花秸秆直接翻耕还田，还田量大，棉秆腐解不彻底，不仅造成翌年棉花播种覆膜时容易扎破地膜，降低覆膜的质量，又破坏了土壤的墒情。 棉花秸秆粗、硬、木质素含量高，直接还田后不能及时释放养分，且周年将棉秆翻耕入土壤，更增加了土壤的负担，使土壤的肥效降低。 有效提高棉秆还田的腐解率及养分释放效率已成为棉秆高效还田的重要研究方向。 因此，加快推进棉秆高效健康还田技术应用对提升连作棉田耕作质量具有重要意义。 本文作者通过多年开展不同棉秆粉碎度、 腐熟剂添加量与还田深度等试验和大面积推广示范， 总结了棉花棉秆高效健康还田关键技术， 以期为该地区棉秆还田规模化应用提供技术参考。

1 技术原理

棉秆直接还田，是指棉秆直接粉碎后结合翻耕、旋耕和深松等耕作方式进行还田， 直接还田后的棉秆作为一种新鲜的有机物料在微生物的作用下在土壤中矿化分解，转化成有机质和速效养分。 其腐解过程中的中间产物，如纤维素、半纤维素、木质素，是棉秆转化为有机质的关键物质， 这些中间产物含量的高低直接影响有机质的转化量。 而中间产物多糖能将土壤矿物质颗粒聚集为团聚体， 增加土壤大团聚体数量和孔隙度，降低土壤容重，改善土壤结构，提高耕层土壤蓄水保墒的能力[6-7]。

棉秆机械化直接还田技术是利用具有残膜分离回收的棉秆粉碎机械，在田间将棉秆直接物理粉碎，并将残膜分离出来，再配合深耕机械翻耕施入土壤。这种还田技术操作简单便捷且具有极强的机械性，降低了人工成本和劳动强度， 缩短了棉秆处理的时间，使得棉秆在土壤中的腐解周期较长，实现棉秆高效肥料化。?

2 作业前准备

2.1 田块准备

确保棉田滴灌带与地膜已回收， 并清除田间棉花病残体。 作业前应清除通向田间道路上的障碍物，不能清除的障碍物应加以标记。

2.2 机具选择与使用

根据棉花种植模式、棉秆硬度、含水量、棉秆粉碎后的含杂率、边膜收净率等收获要求，推荐使用具有残膜分离回收的棉秆粉碎机械。 棉秆粉碎还田机械 应 符 合GB 15369-2004、NY/T 742-2003、NY/T 500-2015、GB/T 24675.6-2021 的有关规定。

2.3 粉碎还田机械工作前调整

在进行棉秆还田作业前先对棉秆粉碎还田机械进行相应的调整。 在空地上将粉碎机稍离开地面，查看粉碎机左右是否水平，随后将粉碎机进行试作业，在预定留茬高度的情况下观看粉碎机是否与地面水平，确保转动轴处于正常的工作状态。

2.4 留茬高度的调整

为尽可能保证一致的留茬高度， 应进行留茬高度的调节。 保证最低留茬高度以刀刃口水平紧贴地面且不入土为宜，否则将加速刀刃口磨损，降低粉碎效果并增大拖拉机的负荷。

棉花收获后棉秆内的水分、糖类较多，棉秆相对较容易切碎，粉碎度易达到作业要求，有利于提高粉碎效率，故棉花收获后应立即进行棉秆粉碎，机械作业时间不宜晚于10 月中旬。

2.5 棉秆粉碎时间的确定

2.6 棉秆机械粉碎覆盖作业

2.6.1 作业条件 土壤含水率应适中， 不宜超过30%，以不陷车为适度，也不宜过低，土壤含水率≤15%时土壤中有效菌的活性、后茬作物的萌发率及生长速度均降低，从而影响棉秆的分解速率。 作业机组要有足够的承载能力， 作业时要控制留茬高度和行走速度，保证粉碎质量。

2.6.2 作业要求 棉花收获后利用棉秆粉碎机械直接将棉秆就地粉碎抛撒至地表。 在棉秆粉碎还田作业的过程中要及时检查粉碎后的棉秆长度， 粉碎长度应≤10 cm，粉碎长度合格率应≥90%，尽量避免连片漏粉和棉秆堆积现象的发生。 棉秆留茬以低留茬为宜， 留茬高度≤10 cm， 抛撒均需率≥80%， 漏切率≤0.5%。 对覆盖不均的棉秆进行必要的人为辅助处理，使棉秆覆盖均匀。 作业中随时观察作业质量，如果发现作业质量或机具出现问题， 必须先将发动机熄火后方可进行调整和排除故障操作。

3 棉秆翻耕还田作业

3.1 棉秆翻耕还田时间

粉碎后的棉秆应立即翻耕还田，不宜晚于10 月30 日。此时棉秆的含水率较高，糖类等营养物质含量较丰富，及时翻耕不仅有利于加速棉秆腐解，保证还田的最佳效果，还能防止棉秆的风吹堆积，避免水分养分的流失。

3.2 添加菌剂

棉秆硬度高且木质素和纤维素含量较高， 还田后彻底腐解需要较长的时间， 会影响翌年棉花的播种。 因此为了加快棉秆的腐解，在棉秆粉碎后，配合喷洒棉秆腐熟剂30 kg/hm2， 将棉秆腐熟菌剂按照菌剂∶水为1∶15 000 的比例加入农用打药机， 搅匀后均匀喷洒在棉秆上。

3.3 配施氮肥

棉秆还田需补施氮肥，平衡C/N，为微生物提供氮源物质，缓解作物与微生物争夺氮素的矛盾，加快棉秆的腐化速度，提高棉秆腐解效率。 在喷洒菌剂时配施适量的氮肥，均匀喷洒在棉秆表面，推荐配施量为尿素75 kg/hm2。

3.4 翻耕还田

喷施菌剂后随即翻耕，不宜将喷洒腐熟剂的棉秆长时间暴露在空气中，以免造成水分的蒸发和微生物活性及成活度的降低。 翻耕深度为30 cm。 翻耕还田作业机械应符合JB/T 6283-2007、NY/T 742-2003 的技术要求。 深耕翻埋作业耕深≥30 cm，以能打破犁地层为佳；耕层土壤含水量≥15%。耕幅一致，耕幅误差≤5 cm，重耕率和漏耕率≤5%。 作业后地表平整，平整度误差≤5 cm，翻埋土中的粉碎棉秆≥95%。

4 病虫害防治

棉秆还田前可用药剂对棉秆进行消毒。 一般撒施3%辛硫磷颗粒剂（或3%甲·辛颗粒剂）45～60 kg/hm2和20%五氯硝基苯可湿性粉剂2～5 kg/hm2， 可有效杀死土壤中病原菌和虫卵， 以减少病原菌和虫卵残留量。 翻耕还田时还可喷施防治枯黄萎病菌剂，按照菌剂∶水为1∶15 000 的比例施用。 施用农药时按照GB/T 8321.10-2018 的规定执行。

5 注意事项

棉秆喂入量过大或棉秆切碎长度较长时， 要调整、减缓机械作业前进速度，减少作业负荷并及时排除机具故障，保障棉秆切碎和抛撒还田效果。 棉秆粉碎还田、 喷施棉秆腐解剂及补施氮肥后要立即进行翻埋作业，以保证棉秆翻压还田质量。 棉秆全量粉碎翻压还田应根据降水条件、 土壤条件和棉秆还田量综合考虑。

6 还田效果

6.1 物理特性

棉秆还田措施主要影响土壤容重、土壤孔隙度、土壤含水量、土壤团聚体等方面。 连续棉秆还田时土壤容重降低，土壤孔隙度增大，大团聚体数量增多，土壤持水能力增强，土壤蒸发量减少，土壤有效水分的流失得以抑制。 研究表明，秸秆还田后0～30 cm 土层的土壤容重降低了0.02～0.05 g/cm3，土壤孔隙度提高了5%，含水量增加了1.31%，水稳性团聚体的土壤平均质量直径、几何平均直径分别增加了0.1～0.3 mm、0.06～0.10 mm，分形维数降低了0.02～0.05；机械稳定性团聚体的土壤平均质量直径、 几何平均直径分别增加了0.38～0.67 mm、0.65～0.91 mm， 分形维数降低了0.01～0.03。

6.2 化学特性

棉秆还田对土壤pH、有机质含量、养分含量产生了一定影响。 研究表明，棉秆连续还田后0～30 cm土层的土壤pH 降低了0.03～0.05， 土壤有机质含量增加了0.12～1.30 g/kg。

6.3 土壤微生物

棉秆还田后显著提高了土壤微生物数量和酶活性，增加了土壤微生物群落多样性，降低了真菌/细菌比值，改善了土壤微生物环境。 棉秆还田后在微生物的作用下开始腐解矿化和释放养分， 不仅增加了土壤养分， 还为微生物的生长繁殖提供了适宜的环境及碳源、氮源物质。 在棉秆腐解的不同阶段，土壤微生物群落的响应存在明显差异， 前期细菌占主导地位，后期真菌占主导地位[6]。

7 还田效益

7.1 经济效益

结果显示， 棉秆直接还田后可以促进棉花增产及品质提升，实现籽棉增产256.5～349.5 kg/hm2、棉花衣分提升3.04%～4.21%。

7.2 社会效益

棉秆直接还田可以使新疆庞大的棉秆资源得到高效利用， 解决了秋季焚烧作物秸秆所造成的环境污染问题，节约了棉秆回收堆肥工作所投入的大量劳动力。

8 适宜区域

本技术适用于新疆棉花种植地区。