利用機械化新技術提高秸桿綜合利用率

相姝楠

（農業部農業機械試驗鑒定總站，北京 100122）

農作物秸稈是重要的生物資源，中國擁有量居世界首位。據不完全統計，中國每年秸稈產量在6.5億t以上，其中直接還田的約占30%，用作飼料的占18.5%，作為工業原料的占15.4%。然而，隨著科學技術的進步和能源的日益豐富，作為燃料、飼料、建材的秸稈用量越來越少，每年剩余廢棄的秸稈約占1/3[1]，許多地區采取焚燒、亂堆放等簡單方式進行處理，造成環境污染等社會問題。探索有效的秸稈還田方法，提高秸稈利用率，對促進農業良性發展，減少環境污染具有重要意義。

1 農作物秸稈生產與利用現狀

1．1 國外農作物秸稈的生產與利用現狀

歐美等國家十分重視秸稈還田培肥地力。美國人少地多，土壤肥沃的主要原因是重視秸稈還田、深松和輪作。玉米生產，一般5月初播種，10月直接籽粒收獲，收獲時籽粒含水率在15.5%～17.5%，秸稈除部分打捆作飼料外，其余秸稈全部在收獲的同時切碎還田，冬前用重耙及深松機械盡快完成秸稈切割、深松、整地，同時還采用玉米、大豆輪作，施有機肥來培肥地力[2]。在南部大平原采用“小麥-高梁-休閑”的三年兩熟輪作，兩茬作物之間有休閑期或每兩年種植一季小麥，或采用“小麥(或玉米)-牧草-休閑”輪作制。小麥采用高茬收割，莖葉全部粉碎還田，加之牧草輪作，對改良土壤、增加土壤有機質十分有利[3,4]。

據文獻報道，美國在大平原每年還田秸稈和殘茬1.6～1.7t/hm2，8年后土壤有機質從1.79%提高到2.0%，秸稈還田比不施秸稈還田，土壤中的碳、氮、硫、磷含量分別增加47%、37%、45%、14%[5]。美國秸稈還田的特點是土地面積大、主要采用大型農業機械作業，而且秸稈還田時，重耙、深松、深耕質量高，十分重視培肥地力，所以致土壤肥沃，糧食生產效益高。

加拿大農業區以耕種玉米、小麥和養牛業為主。玉米秸稈通過收獲機切碎作為青貯飼料或還田。日本把秸稈直接還田當作農業生產中的法律去執行。英國的洛桑試驗站以每年還田玉米秸稈7～8t/hm2進行試驗，18年后土壤有機質含量提高了2.2%～2.4%。德國波恩大學試驗站研究表明，每公頃施入6.5t秸稈并補施氮肥，19年后土壤有機質含量從1.02%增加到1.48%[6]。

在美國24個農業州，每年能收集約4 500萬t秸稈用作飼料，或用來蓋房，將整捆的秸稈高強度擠壓后填充墻壁；此外，美國還積極推動再生能源事業，把秸稈作為新興的替代燃料和生物燃料，從中提取乙醇，提高秸稈綜合利用率。日本也在挖掘秸稈燃料的轉化潛力，已研制出從秸稈纖維素中提取酒精燃料的技術[7]。

1．2 我國農作物秸稈的生產與利用現狀

我國是農業大國，農作物秸稈在農民生活和農業生產中具有重要的地位，秸稈利用有著悠久的歷史，大量被用作燃料，其余用于養畜、建材、積肥還田等。但隨著社會的發展、農村生活水平的日益提高，能源結構發生了很大的變化，用于燃料、建材和養畜的秸桿量不斷減少，秸稈處理成了負擔。由于秸稈資源分散、季節性強、量大面廣及加工成本高等問題，嚴重制約了秸稈資源的綜合利用，所以形成了露天焚燒和亂堆放等問題。

2 秸稈露天焚燒和亂堆放帶來的危害

2．1 秸稈露天焚燒帶來的危害

2.1.1 污染環境

焚燒秸稈嚴重污染環境，主要是空氣懸浮顆粒數量明顯增加，造成二氧化碳、氮氧化物、硫化氫、煙塵增加，硫化物在空氣中容易形成酸雨和酸霧，導致水和土壤酸度變化，影響作物生長。秸稈焚燒使空氣中煙霧增加，甚至影響交通、航班等。

2.1.2 破環土壤結構

秸稈焚燒產生熱量，使土壤表面溫度升高，土壤水分蒸發，吸水保墑能力大幅下降，還會殺死土壤中的大量有機物，造成肥力下降、土壤板結，影響作物生長。

2.1.3 浪費資源

秸稈中含有大量的氮、磷、鉀、粗蛋白等成分，焚燒后的灰分易被水沖走，浪費資源。采用切碎還田，秸稈中的成分不僅可以得到充分利用，還會改善土壤結構，提高土壤保墑固水能力，可減少化肥用量，有利于對環境的保護，有利于促進農業的可持續發展。

有研究報道，還田玉米秸稈500kg，相當于使用傳統土雜肥2 500kg。一年后土壤有機質含量相對提高0.05%～0.23%，全磷平均提高0.03%，速效鉀增加31.2mg/kg。土壤容量下降0.13～0.16g/cm3，土壤孔隙度提高2%～4%[8]。連續多年，效果明顯。

2.1.4 引起火災

焚燒秸稈易引起火災，給農民帶來嚴重的經濟損失。

2．2 秸稈亂堆亂放帶來的危害

由于政府“禁燒”令的實施，焚燒秸稈現象減少了，但又形成大量農村廢棄秸稈在田間地頭、路邊、溝渠亂堆放的現象，帶來阻礙交通、堵塞河道、秸稈腐爛變質污染環境、引發火災等許多危害。

3 利用機械化新技術提高秸稈還田利用率

歐美等國家土地資源豐富，農業機械裝備大型化、重型化，由于土地資源豐富，采用一年一季或輪休種植，秸稈還田培肥地力效果好。中國人多地少，要滿足糧食的需求，土地無休閑時間，僅在東北、新疆和高海拔地區采用一年一熟種植，而黃淮海地區采用一年兩熟種植，南方采用一年多熟種植，土地復種指數高，秸稈還田腐化期短；又由于農業機械動力小、輕便化，與歐美相比秸稈還田、土壤耕作更簡便化，造成秸稈還田質量差，培肥地力效果差。為了提高產量，不得不大量使用化肥，為了搶農時采取了焚燒秸稈的辦法，結果造成環境污染。

3．1 還田機的應用現狀

為促進秸稈還田，政府大力推廣新技術，常用的秸稈還田機按結構形式分為錘爪式、Y型甩刀式、直刀式和鞭式等類型[9]，主要將其懸掛在拖拉機和自走式收獲機對秸稈進行粉碎還田。

但目前的秸稈還田機存在一些問題：一是消耗的功率大。據試驗表明，在玉米秸稈含水率為79.63% ，喂入量1.91kg/s的條件下，秸稈粉碎消耗功率峰值是12.04W，約占所配拖拉機動力輸出的54%[10]。二是秸稈切碎長度不符合要求。根據秸稈還田機作業質量性能指針要求玉米秸稈還田長度小于10cm[11]。但由于收獲時地形、操作等原因，切碎秸稈過長。在冬小麥種植區，玉米秸稈還田后即整地播種小麥，由于氣溫低秸稈腐化分解慢，會加大麥苗長在秸稈上的比例，造成黃苗、死苗現象；另一方面，同樣重量的玉米秸稈所占體積也大。經對秸稈切碎長度分別為秸稈未切、切斷長度為10cm、5cm時所占體積的試驗測定（表1），秸稈切碎長度為秸稈未切、切斷長度10cm、5cm所占體積分別是秸稈切斷長度3cm所占體積的5.65倍、2.17倍和1.81倍。

表1 秸稈切碎所占體積 單位：m3

切碎秸稈所占體積大會造成土壤翹空不實，不利于秸稈腐化分解，影響小麥根系生長，造成農民秸稈還田的積極性不高，甚至在秸稈粉碎還田后再進行焚燒的現象也經常發生，所以機械化秸稈還田的推廣既要綜合農業生產效益，又要提高農民的認識。

3．2 秸稈精細化切碎還田技術

3.2.1 小麥秸稈精細化切碎還田

小麥聯合收割機上加裝秸稈切碎器，在收獲過程中將秸稈粉碎并均勻拋散還田，由于秸稈精細化切碎，秸稈體積大大減小，可有效改善后續夏玉米播種作業機具通過性能。不帶切碎器的小麥收獲機收獲后秸稈覆蓋在地表上厚厚一層，不能直接進行機械化播種玉米，需要將秸稈清理，增加了生產成本，導致農民直接焚燒等現象。帶有切碎器的收獲機收獲后秸稈覆蓋在地表上所占體積小，可以直接用免耕播種機進行播種。既可有效減少焚燒秸稈現象，又可改善土壤結構，增加土壤肥力。

3.2.2 玉米秸稈精細化切碎還田

玉米秸稈精細化切碎還田，主要是將玉米秸稈切碎，由一般標準要求秸稈長度小于10cm，減少到3cm。在秸稈切碎過程中不接觸土壤，采用有支撐切割，切斷質量好、功耗小。經試驗分析，切碎后的秸稈長度小于3cm，秸稈體積小，利于播種和秸稈腐化。由于結構簡單、所需機械動力小，秸稈還田后對后續播種影響小，農民易接受，從而提高秸稈還田率，減少秸稈焚燒、亂堆放帶來的污染。

4 結論

綜上所述，近年來隨著廢棄秸稈數量的增加，秸稈焚燒成為許多地區顯著的環境和社會問題，其原因是秸稈利用成本過高，收益較低。解決問題的關鍵是不斷提高秸稈還田利用率，通過有效的秸稈還田把剩余秸稈充分利用好，可從以下幾個方面著手：

（1）政府要加強指導，大力宣傳秸稈還田、培肥地力和減少環境污染的意義，制定相關政策和法律支持秸稈綜合利用及保護環境。

（2）精細化秸稈還田功率消耗小，粉碎后的秸稈體積小，對機械化播種影響小，秸稈腐化快，符合中國農民精耕細作的傳統，易接受。

（3）發展大功率、重型農業機械，提高秸稈還田、土地耕整質量，減少秸稈還田對播種質量的影響，使秸稈還田培肥地力效果明顯。