新疆膜下滴灌棉田棉稈高效還田技術

朱倩倩 許詠梅 謝香文 張曄山

（1.新疆農業科學院土壤肥料與農業節水研究所 新疆 烏魯木齊 830091；2.新疆農業科學院拜城農業試驗站 新疆 拜城 842300）

據統計資料顯示，2022 年新疆棉花種植面積已超過254.05 萬hm2，棉花產量約512.9 萬t，而棉花棉稈年產量在2 000 萬t 以上[1]。 棉稈中含有大量的新鮮有機物料，是一種重要的生物質資源。 棉稈還田是替代焚燒措施與飼料化對棉稈實現有效利用的重要方式[2]。 棉稈還田不僅是改善長期連作棉田土壤結構、培肥地力、蓄水保濕的有效措施，還能有效提高棉花的光合能力，增加籽棉產量[3]。 棉稈中含有大量的纖維素、半纖維素和木質素，還含有單寧、果膠素、樹脂、脂肪、蠟、色素和灰分等少量組分[4-5]，是一種寶貴的可再生有機肥資源存量。 但新疆氣候干旱，棉稈密度大，周年秋收后將棉花秸稈直接翻耕還田，還田量大，棉稈腐解不徹底，不僅造成翌年棉花播種覆膜時容易扎破地膜，降低覆膜的質量，又破壞了土壤的墑情。 棉花秸稈粗、硬、木質素含量高，直接還田后不能及時釋放養分，且周年將棉稈翻耕入土壤，更增加了土壤的負擔，使土壤的肥效降低。 有效提高棉稈還田的腐解率及養分釋放效率已成為棉稈高效還田的重要研究方向。 因此，加快推進棉稈高效健康還田技術應用對提升連作棉田耕作質量具有重要意義。 本文作者通過多年開展不同棉稈粉碎度、 腐熟劑添加量與還田深度等試驗和大面積推廣示范， 總結了棉花棉稈高效健康還田關鍵技術， 以期為該地區棉稈還田規模化應用提供技術參考。

1 技術原理

棉稈直接還田，是指棉稈直接粉碎后結合翻耕、旋耕和深松等耕作方式進行還田， 直接還田后的棉稈作為一種新鮮的有機物料在微生物的作用下在土壤中礦化分解，轉化成有機質和速效養分。 其腐解過程中的中間產物，如纖維素、半纖維素、木質素，是棉稈轉化為有機質的關鍵物質， 這些中間產物含量的高低直接影響有機質的轉化量。 而中間產物多糖能將土壤礦物質顆粒聚集為團聚體， 增加土壤大團聚體數量和孔隙度，降低土壤容重，改善土壤結構，提高耕層土壤蓄水保墑的能力[6-7]。

棉稈機械化直接還田技術是利用具有殘膜分離回收的棉稈粉碎機械，在田間將棉稈直接物理粉碎，并將殘膜分離出來，再配合深耕機械翻耕施入土壤。這種還田技術操作簡單便捷且具有極強的機械性，降低了人工成本和勞動強度， 縮短了棉稈處理的時間，使得棉稈在土壤中的腐解周期較長，實現棉稈高效肥料化。?

2 作業前準備

2.1 田塊準備

確保棉田滴灌帶與地膜已回收， 并清除田間棉花病殘體。 作業前應清除通向田間道路上的障礙物，不能清除的障礙物應加以標記。

2.2 機具選擇與使用

根據棉花種植模式、棉稈硬度、含水量、棉稈粉碎后的含雜率、邊膜收凈率等收獲要求，推薦使用具有殘膜分離回收的棉稈粉碎機械。 棉稈粉碎還田機械 應 符 合GB 15369-2004、NY/T 742-2003、NY/T 500-2015、GB/T 24675.6-2021 的有關規定。

2.3 粉碎還田機械工作前調整

在進行棉稈還田作業前先對棉稈粉碎還田機械進行相應的調整。 在空地上將粉碎機稍離開地面，查看粉碎機左右是否水平，隨后將粉碎機進行試作業，在預定留茬高度的情況下觀看粉碎機是否與地面水平，確保轉動軸處于正常的工作狀態。

2.4 留茬高度的調整

為盡可能保證一致的留茬高度， 應進行留茬高度的調節。 保證最低留茬高度以刀刃口水平緊貼地面且不入土為宜，否則將加速刀刃口磨損，降低粉碎效果并增大拖拉機的負荷。

棉花收獲后棉稈內的水分、糖類較多，棉稈相對較容易切碎，粉碎度易達到作業要求，有利于提高粉碎效率，故棉花收獲后應立即進行棉稈粉碎，機械作業時間不宜晚于10 月中旬。

2.5 棉稈粉碎時間的確定

2.6 棉稈機械粉碎覆蓋作業

2.6.1 作業條件 土壤含水率應適中， 不宜超過30%，以不陷車為適度，也不宜過低，土壤含水率≤15%時土壤中有效菌的活性、后茬作物的萌發率及生長速度均降低，從而影響棉稈的分解速率。 作業機組要有足夠的承載能力， 作業時要控制留茬高度和行走速度，保證粉碎質量。

2.6.2 作業要求 棉花收獲后利用棉稈粉碎機械直接將棉稈就地粉碎拋撒至地表。 在棉稈粉碎還田作業的過程中要及時檢查粉碎后的棉稈長度， 粉碎長度應≤10 cm，粉碎長度合格率應≥90%，盡量避免連片漏粉和棉稈堆積現象的發生。 棉稈留茬以低留茬為宜， 留茬高度≤10 cm， 拋撒均需率≥80%， 漏切率≤0.5%。 對覆蓋不均的棉稈進行必要的人為輔助處理，使棉稈覆蓋均勻。 作業中隨時觀察作業質量，如果發現作業質量或機具出現問題， 必須先將發動機熄火后方可進行調整和排除故障操作。

3 棉稈翻耕還田作業

3.1 棉稈翻耕還田時間

粉碎后的棉稈應立即翻耕還田，不宜晚于10 月30 日。此時棉稈的含水率較高，糖類等營養物質含量較豐富，及時翻耕不僅有利于加速棉稈腐解，保證還田的最佳效果，還能防止棉稈的風吹堆積，避免水分養分的流失。

3.2 添加菌劑

棉稈硬度高且木質素和纖維素含量較高， 還田后徹底腐解需要較長的時間， 會影響翌年棉花的播種。 因此為了加快棉稈的腐解，在棉稈粉碎后，配合噴灑棉稈腐熟劑30 kg/hm2， 將棉稈腐熟菌劑按照菌劑∶水為1∶15 000 的比例加入農用打藥機， 攪勻后均勻噴灑在棉稈上。

3.3 配施氮肥

棉稈還田需補施氮肥，平衡C/N，為微生物提供氮源物質，緩解作物與微生物爭奪氮素的矛盾，加快棉稈的腐化速度，提高棉稈腐解效率。 在噴灑菌劑時配施適量的氮肥，均勻噴灑在棉稈表面，推薦配施量為尿素75 kg/hm2。

3.4 翻耕還田

噴施菌劑后隨即翻耕，不宜將噴灑腐熟劑的棉稈長時間暴露在空氣中，以免造成水分的蒸發和微生物活性及成活度的降低。 翻耕深度為30 cm。 翻耕還田作業機械應符合JB/T 6283-2007、NY/T 742-2003 的技術要求。 深耕翻埋作業耕深≥30 cm，以能打破犁地層為佳；耕層土壤含水量≥15%。耕幅一致，耕幅誤差≤5 cm，重耕率和漏耕率≤5%。 作業后地表平整，平整度誤差≤5 cm，翻埋土中的粉碎棉稈≥95%。

4 病蟲害防治

棉稈還田前可用藥劑對棉稈進行消毒。 一般撒施3%辛硫磷顆粒劑（或3%甲·辛顆粒劑）45～60 kg/hm2和20%五氯硝基苯可濕性粉劑2～5 kg/hm2， 可有效殺死土壤中病原菌和蟲卵， 以減少病原菌和蟲卵殘留量。 翻耕還田時還可噴施防治枯黃萎病菌劑，按照菌劑∶水為1∶15 000 的比例施用。 施用農藥時按照GB/T 8321.10-2018 的規定執行。

5 注意事項

棉稈喂入量過大或棉稈切碎長度較長時， 要調整、減緩機械作業前進速度，減少作業負荷并及時排除機具故障，保障棉稈切碎和拋撒還田效果。 棉稈粉碎還田、 噴施棉稈腐解劑及補施氮肥后要立即進行翻埋作業，以保證棉稈翻壓還田質量。 棉稈全量粉碎翻壓還田應根據降水條件、 土壤條件和棉稈還田量綜合考慮。

6 還田效果

6.1 物理特性

棉稈還田措施主要影響土壤容重、土壤孔隙度、土壤含水量、土壤團聚體等方面。 連續棉稈還田時土壤容重降低，土壤孔隙度增大，大團聚體數量增多，土壤持水能力增強，土壤蒸發量減少，土壤有效水分的流失得以抑制。 研究表明，秸稈還田后0～30 cm 土層的土壤容重降低了0.02～0.05 g/cm3，土壤孔隙度提高了5%，含水量增加了1.31%，水穩性團聚體的土壤平均質量直徑、幾何平均直徑分別增加了0.1～0.3 mm、0.06～0.10 mm，分形維數降低了0.02～0.05；機械穩定性團聚體的土壤平均質量直徑、 幾何平均直徑分別增加了0.38～0.67 mm、0.65～0.91 mm， 分形維數降低了0.01～0.03。

6.2 化學特性

棉稈還田對土壤pH、有機質含量、養分含量產生了一定影響。 研究表明，棉稈連續還田后0～30 cm土層的土壤pH 降低了0.03～0.05， 土壤有機質含量增加了0.12～1.30 g/kg。

6.3 土壤微生物

棉稈還田后顯著提高了土壤微生物數量和酶活性，增加了土壤微生物群落多樣性，降低了真菌/細菌比值，改善了土壤微生物環境。 棉稈還田后在微生物的作用下開始腐解礦化和釋放養分， 不僅增加了土壤養分， 還為微生物的生長繁殖提供了適宜的環境及碳源、氮源物質。 在棉稈腐解的不同階段，土壤微生物群落的響應存在明顯差異， 前期細菌占主導地位，后期真菌占主導地位[6]。

7 還田效益

7.1 經濟效益

結果顯示， 棉稈直接還田后可以促進棉花增產及品質提升，實現籽棉增產256.5～349.5 kg/hm2、棉花衣分提升3.04%～4.21%。

7.2 社會效益

棉稈直接還田可以使新疆龐大的棉稈資源得到高效利用， 解決了秋季焚燒作物秸稈所造成的環境污染問題，節約了棉稈回收堆肥工作所投入的大量勞動力。

8 適宜區域

本技術適用于新疆棉花種植地區。