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摘 要：随着农村经济的发展和农民生活水平的提高,农作物秸秆出现大量剩余。尤其是夏秋两季,农作物秸秆无组织地焚烧,不仅造成资源的极大浪费,而且严重污染环境。秸秆还田可以以草养田、培肥地力、改善土壤理化性状、促进土壤养分的生物有效性。秸秆还田技术,在现代可持续农业、生态农业及有机农业的发展中,具有举足轻重的作用。本文以山东省曹县农作物秸秆还田工作为依据，对农作物秸秆还田工作进行探讨，供参考。
关键词：农作物;秸秆还田;模式;存在问题;技术应用
随着农村经济发展,农机化水平提高,作物秸秆用作燃料比例下降,用作饲料比重降低,丢弃、焚烧秸秆较为普遍,秸秆利用率不高。据调查, 曹县种植作物有小麦、玉米、大豆、棉花、马铃薯、红芋、花生、蔬菜、中药材等,作物秸秆总量约100多万吨。全县作物秸秆用于饲料占15.4%、燃料20.4%、食用菌2.8%、秸秆还田27.8%、焚烧18.3%、丢弃15.3%。利用率较高的有棉秸、豆秸和部分玉米秸,主要用于燃柴;利用率较低的是小麦秸,焚烧、丢弃较为严重,主要用于留茬还田、过腹还田、堆沤还田、覆盖还田;完全利用的有花生秸、地瓜秧,主要用于饲料。
曹县土地平坦,水热条件好,年降雨量800mm左右,降雨量有50%以上集中在6～8月,利用夏季高温多雨适宜秸秆堆沤腐熟和大田玉米、大豆、棉花等作物行间覆盖秸秆还田。但曹县人均占有耕地少,复种指数高,倒茬时间间隔短,秸秆碳氮比高,腐熟速度慢,常因秸秆还田量大,土壤水分不适,施氮肥量不够,有妨碍耕作、影响播种出苗、病虫害增加等问题。
1、秸秆还田的作用
1.1改善土壤性状,增强土壤通透性
秸秆还田后经腐烂分解形成的腐殖质[3],是土壤结构的胶结剂,有利于土壤团粒结构的形成,提高土壤团聚体和微团聚体的含量,使土壤疏松,通透性好。施用作物秸秆能够提高耕层土壤孔隙度,改善土壤通气状况,降低土壤容重,提高土壤蓄水保肥能力;有利于提高土壤温度,促进土壤中微生物的活动和养分的分解利用;有利于作物根系的生长发育,促进根系的吸收活动。
1.2增加土壤保水能力,改善热量状况
土壤含水率提高,有利于作物抗旱。土壤礦物颗粒的最高吸水量为50%~60%,腐殖质的吸水量为400%~600%。因此,施用作物秸秆可使土壤持水量提高,且随秸秆还田量的增加,土壤保水性增强。土壤保水能力增加,比热增大,传导热能力增强,颜色加深促进了吸热,改善了调温性,进而改善了土壤热量状况。
秸秆还田有优化农田生态环境的效果,其中以覆盖还田效果最为显著。覆盖秸秆,在冬天可使5 cm地温提高0.2~0.5 ℃;夏天使土温降低25~35 ℃,土壤水分提高32%~45%,杂草减少24.9%~40.6%。连续多年秸秆还田的耕地,不仅能提高磷肥利用率和补充土壤钾素的不足,地力亦可提高0.5~1.0个等级。秸秆还田后,可大幅度提高平均增产率。
1.3增加土壤有机质含量
作物秸秆还田可提供植物生长必须的氮、磷、钾等大量元素及各种微量元素,使土壤养分显著增加。一方面,秸秆本身含有的元素必然增加土壤养分;另一方面,作物秸秆在转化中可释放一些小分子有机酸,可分解土壤中的矿物质,使土壤中养分有效性增加。对于耕种土壤来说,培肥的中心环节就是保持和提高土壤有机质的含量。实践证明,增加土壤有机质含量最有效的措施是秸秆还田和增施有机肥[6]。秸秆还田和单独使用有机肥均能增加土壤有机质的含量,秸秆还田更有助于土壤有机质的增加,且试验表明,长期秸秆直接还田增加土壤有机质的效果优于单施化肥的效果[7]。
1.4对土壤氮、磷、钾等元素的影响
长期施用化肥,可以提高土壤中养分的含量,但施入的无机肥很少能在土壤有机质中积累,只有同时增加有机肥(施用有机肥或秸秆还田等)时,才能提高土壤中养分的含量,并提高其矿化作用,促进作物对氮、磷、钾等的吸收利用[8]。
在中性和碱性土壤中,作物秸秆在分解过种中产生的二氧化碳,特别是在渍水条件下产生的有机酸,可提高土壤营养元素的有效性。试验表明,每增施1 500 kg/hm2小麦秸秆,可使土壤每年增加全氮0.002 0%~0.009 6%,碱解氮0.80~4.08 mg/kg,速效磷0.58~1.02 mg/kg,速效钾2.04~6.10 mg/kg。作物秸秆的施用可提高土壤的保肥能力,使营养阳离子吸附在腐殖质和土壤胶体表面,防止营养成分随水淋失或与土壤中的一些阴离子生成难溶性盐,进一步促进作物对营养成分的吸收利用。
2、秸秆还田模式
2.1堆沤还田。堆沤还田是将秸秆放入田头或地沟堆沤成堆肥或沤肥,经发酵腐熟后施入土壤。年秸秆还田量3.5万t,占秸秆总量的5%。
2.2过腹还田。秸秆经牛、羊、猪等牲畜食饲后,以排出的粪便经发酵后施入土壤,过腹的秸秆主要是花生秸、红芋秸、玉米秸、豆荚皮、麦秸等。年饲料秸秆量10万t,占秸秆总量的15%。
2.3留茬还田。留茬还田简单、方便、快捷、省工,还田面积大,是秸秆还田的主要方法,小麦留茬普遍采用[3],机械收获小麦留茬高度15cm左右,过高影响下茬播种。年秸秆还田5万t,占秸秆总量的7%。
2.4覆盖还田。用机械收获的小麦秸秆覆盖于夏季作物的行间,覆盖秸秆3.75～4.50t/hm2,还田效果好,但还田面积不大,还田量不足1万t,宣传推广潜力较大。
3、秸秆还田的操作技术
3.1水稻高留茬还田
水稻割茬高度最好不超过20 cm,在土壤含水量30%左右时结合秋翻进行还田,封冻前结束。耕翻深度一般以15 cm左右为宜。翻平盖严,深度基本一致。应注意水稻高茬收割还田要配施一定量的氮、磷肥,结合翻地深施。
3.2稻草直接还田
将稻草打碎,长度为20 cm左右,均匀地撒于田面,一般还田秸秆量为6 000 kg/hm2左右;当土壤含水量30%左右时,将稻草翻入15 cm土层中,稻草混拌于耕层中的覆盖率大于90%。翻前要施肥,一般施氮、磷肥。
3.3小麦高留茬还田
小麦收割时一般留茬30 cm左右,一般要做到边割边翻,以免养分散失,同时也利于秸秆腐烂;必须顺行耕翻,以便秸秆覆盖和整地质量提高;耕深要求在25 cm以上,做到不重、不漏、覆盖严密;耕翻后,要进行平整土地;及时追施氮、磷肥,同时灭茬除草。
4、秸秆还田应注意的问题
若秸秆还田操作不当,就会出现出苗率低、苗黄、苗弱,甚至出现死苗现象造成减产,因此需要从以下几个方面来提高秸秆还田技术。
4.1注意提高粉碎质量
秸秆粉碎的长度应小于6 cm,并且要均匀撒施。对还田地块一定要用旋耕机作业一遍,使秸秆和土壤充分混合拌匀。此外,还要用铧式犁将秸秆连同化肥、农家肥翻入10 cm以下的土壤内以利播种。
4.2注意配合补施氮、磷、钾肥料
小麦秸秆还田后,秸秆腐烂过程会出现反硝化作用,微生物吸收土壤中的速效氮素,阻碍农作物对速效氮素的吸收,使幼苗发黄,生长缓慢,不利于培育壮苗。因此,在秸秆还田的同时,要配合施入氮肥,保持秸秆合理的碳氮比。研究表明,每100 kg秸秆应配施碳氨4.0~5.0 kg,过磷酸钙7.0~8.0 kg,硫酸钾2.0~3.5 kg。同时结合浇水,有利于秸秆吸水腐解。
4.3注意连年秸秆还田的影响
有大量秸秆残株连年进入土壤时,为加速秸秆有机物腐解与土壤肥水相融,以及防止秸秆残株在土壤中出现隔墒等不利影响,要求秸秆粉碎程度高,一般切割长度在10 cm以下。在秸秆还田土壤中,使用化学除草剂。特别是播前进行土壤处理的化学除草剂,其有效使用剂量应适当提高[9]。
4.4消灭病原体
带病的秸秆不能直接还田,否则易发生病害,对带有水稻叶枯病、油菜菌核病、小麦、玉米黑粉病等的秸秆最好经高温发酵腐熟后还田,以防止病害的蔓延。
5.结束语
作物秸秆是重要的农业资源,含有丰富的氮、磷、钾及多种微量元索。实施秸秆还田还可以培肥地力,改善土壤团粒结构和理化性状,促进作物增产,提高粮食产量,是发展可持续农业的有效措施。
农作物秸秆是世界上数量最多的一种农业生产副产品。由于农作物秸秆资源的利用涉及到整个农业生态系统中的土壤肥力、水土保持、环境安全以及农村能源的有效利用等问题,也涉及到农村居民的生活需求,所以引起世界各国的普遍关注。据报道,在经济发达国家,秸秆还田的数量很大[1]。我国是农业大国,也是秸秆资源最丰富的国家之一,主要的秸秆种类有近20种,而且数量巨大,每年都有6~7亿t的秸秆产生。
关键词：农作物;秸秆还田;模式;存在问题;技术应用
随着农村经济发展,农机化水平提高,作物秸秆用作燃料比例下降,用作饲料比重降低,丢弃、焚烧秸秆较为普遍,秸秆利用率不高。据调查, 曹县种植作物有小麦、玉米、大豆、棉花、马铃薯、红芋、花生、蔬菜、中药材等,作物秸秆总量约100多万吨。全县作物秸秆用于饲料占15.4%、燃料20.4%、食用菌2.8%、秸秆还田27.8%、焚烧18.3%、丢弃15.3%。利用率较高的有棉秸、豆秸和部分玉米秸,主要用于燃柴;利用率较低的是小麦秸,焚烧、丢弃较为严重,主要用于留茬还田、过腹还田、堆沤还田、覆盖还田;完全利用的有花生秸、地瓜秧,主要用于饲料。
曹县土地平坦,水热条件好,年降雨量800mm左右,降雨量有50%以上集中在6～8月,利用夏季高温多雨适宜秸秆堆沤腐熟和大田玉米、大豆、棉花等作物行间覆盖秸秆还田。但曹县人均占有耕地少,复种指数高,倒茬时间间隔短,秸秆碳氮比高,腐熟速度慢,常因秸秆还田量大,土壤水分不适,施氮肥量不够,有妨碍耕作、影响播种出苗、病虫害增加等问题。
1、秸秆还田的作用
1.1改善土壤性状,增强土壤通透性
秸秆还田后经腐烂分解形成的腐殖质[3],是土壤结构的胶结剂,有利于土壤团粒结构的形成,提高土壤团聚体和微团聚体的含量,使土壤疏松,通透性好。施用作物秸秆能够提高耕层土壤孔隙度,改善土壤通气状况,降低土壤容重,提高土壤蓄水保肥能力;有利于提高土壤温度,促进土壤中微生物的活动和养分的分解利用;有利于作物根系的生长发育,促进根系的吸收活动。
1.2增加土壤保水能力,改善热量状况
土壤含水率提高,有利于作物抗旱。土壤礦物颗粒的最高吸水量为50%~60%,腐殖质的吸水量为400%~600%。因此,施用作物秸秆可使土壤持水量提高,且随秸秆还田量的增加,土壤保水性增强。土壤保水能力增加,比热增大,传导热能力增强,颜色加深促进了吸热,改善了调温性,进而改善了土壤热量状况。
秸秆还田有优化农田生态环境的效果,其中以覆盖还田效果最为显著。覆盖秸秆,在冬天可使5 cm地温提高0.2~0.5 ℃;夏天使土温降低25~35 ℃,土壤水分提高32%~45%,杂草减少24.9%~40.6%。连续多年秸秆还田的耕地,不仅能提高磷肥利用率和补充土壤钾素的不足,地力亦可提高0.5~1.0个等级。秸秆还田后,可大幅度提高平均增产率。
1.3增加土壤有机质含量
作物秸秆还田可提供植物生长必须的氮、磷、钾等大量元素及各种微量元素,使土壤养分显著增加。一方面,秸秆本身含有的元素必然增加土壤养分;另一方面,作物秸秆在转化中可释放一些小分子有机酸,可分解土壤中的矿物质,使土壤中养分有效性增加。对于耕种土壤来说,培肥的中心环节就是保持和提高土壤有机质的含量。实践证明,增加土壤有机质含量最有效的措施是秸秆还田和增施有机肥[6]。秸秆还田和单独使用有机肥均能增加土壤有机质的含量,秸秆还田更有助于土壤有机质的增加,且试验表明,长期秸秆直接还田增加土壤有机质的效果优于单施化肥的效果[7]。
1.4对土壤氮、磷、钾等元素的影响
长期施用化肥,可以提高土壤中养分的含量,但施入的无机肥很少能在土壤有机质中积累,只有同时增加有机肥(施用有机肥或秸秆还田等)时,才能提高土壤中养分的含量,并提高其矿化作用,促进作物对氮、磷、钾等的吸收利用[8]。
在中性和碱性土壤中,作物秸秆在分解过种中产生的二氧化碳,特别是在渍水条件下产生的有机酸,可提高土壤营养元素的有效性。试验表明,每增施1 500 kg/hm2小麦秸秆,可使土壤每年增加全氮0.002 0%~0.009 6%,碱解氮0.80~4.08 mg/kg,速效磷0.58~1.02 mg/kg,速效钾2.04~6.10 mg/kg。作物秸秆的施用可提高土壤的保肥能力,使营养阳离子吸附在腐殖质和土壤胶体表面,防止营养成分随水淋失或与土壤中的一些阴离子生成难溶性盐,进一步促进作物对营养成分的吸收利用。
2、秸秆还田模式
2.1堆沤还田。堆沤还田是将秸秆放入田头或地沟堆沤成堆肥或沤肥,经发酵腐熟后施入土壤。年秸秆还田量3.5万t,占秸秆总量的5%。
2.2过腹还田。秸秆经牛、羊、猪等牲畜食饲后,以排出的粪便经发酵后施入土壤,过腹的秸秆主要是花生秸、红芋秸、玉米秸、豆荚皮、麦秸等。年饲料秸秆量10万t,占秸秆总量的15%。
2.3留茬还田。留茬还田简单、方便、快捷、省工,还田面积大,是秸秆还田的主要方法,小麦留茬普遍采用[3],机械收获小麦留茬高度15cm左右,过高影响下茬播种。年秸秆还田5万t,占秸秆总量的7%。
2.4覆盖还田。用机械收获的小麦秸秆覆盖于夏季作物的行间,覆盖秸秆3.75～4.50t/hm2,还田效果好,但还田面积不大,还田量不足1万t,宣传推广潜力较大。
3、秸秆还田的操作技术
3.1水稻高留茬还田
水稻割茬高度最好不超过20 cm,在土壤含水量30%左右时结合秋翻进行还田,封冻前结束。耕翻深度一般以15 cm左右为宜。翻平盖严,深度基本一致。应注意水稻高茬收割还田要配施一定量的氮、磷肥,结合翻地深施。
3.2稻草直接还田
将稻草打碎,长度为20 cm左右,均匀地撒于田面,一般还田秸秆量为6 000 kg/hm2左右;当土壤含水量30%左右时,将稻草翻入15 cm土层中,稻草混拌于耕层中的覆盖率大于90%。翻前要施肥,一般施氮、磷肥。
3.3小麦高留茬还田
小麦收割时一般留茬30 cm左右,一般要做到边割边翻,以免养分散失,同时也利于秸秆腐烂;必须顺行耕翻,以便秸秆覆盖和整地质量提高;耕深要求在25 cm以上,做到不重、不漏、覆盖严密;耕翻后,要进行平整土地;及时追施氮、磷肥,同时灭茬除草。
4、秸秆还田应注意的问题
若秸秆还田操作不当,就会出现出苗率低、苗黄、苗弱,甚至出现死苗现象造成减产,因此需要从以下几个方面来提高秸秆还田技术。
4.1注意提高粉碎质量
秸秆粉碎的长度应小于6 cm,并且要均匀撒施。对还田地块一定要用旋耕机作业一遍,使秸秆和土壤充分混合拌匀。此外,还要用铧式犁将秸秆连同化肥、农家肥翻入10 cm以下的土壤内以利播种。
4.2注意配合补施氮、磷、钾肥料
小麦秸秆还田后,秸秆腐烂过程会出现反硝化作用,微生物吸收土壤中的速效氮素,阻碍农作物对速效氮素的吸收,使幼苗发黄,生长缓慢,不利于培育壮苗。因此,在秸秆还田的同时,要配合施入氮肥,保持秸秆合理的碳氮比。研究表明,每100 kg秸秆应配施碳氨4.0~5.0 kg,过磷酸钙7.0~8.0 kg,硫酸钾2.0~3.5 kg。同时结合浇水,有利于秸秆吸水腐解。
4.3注意连年秸秆还田的影响
有大量秸秆残株连年进入土壤时,为加速秸秆有机物腐解与土壤肥水相融,以及防止秸秆残株在土壤中出现隔墒等不利影响,要求秸秆粉碎程度高,一般切割长度在10 cm以下。在秸秆还田土壤中,使用化学除草剂。特别是播前进行土壤处理的化学除草剂,其有效使用剂量应适当提高[9]。
4.4消灭病原体
带病的秸秆不能直接还田,否则易发生病害,对带有水稻叶枯病、油菜菌核病、小麦、玉米黑粉病等的秸秆最好经高温发酵腐熟后还田,以防止病害的蔓延。
5.结束语
作物秸秆是重要的农业资源,含有丰富的氮、磷、钾及多种微量元索。实施秸秆还田还可以培肥地力,改善土壤团粒结构和理化性状,促进作物增产,提高粮食产量,是发展可持续农业的有效措施。
农作物秸秆是世界上数量最多的一种农业生产副产品。由于农作物秸秆资源的利用涉及到整个农业生态系统中的土壤肥力、水土保持、环境安全以及农村能源的有效利用等问题,也涉及到农村居民的生活需求,所以引起世界各国的普遍关注。据报道,在经济发达国家,秸秆还田的数量很大[1]。我国是农业大国,也是秸秆资源最丰富的国家之一,主要的秸秆种类有近20种,而且数量巨大,每年都有6~7亿t的秸秆产生。