淺談作物秸稈及農(nóng)田殘膜的無害化處理與綜合利用技術(shù)
——以新疆昌吉市相關(guān)政策實(shí)施為例

范治璇 ， 馬光福

（1.昌吉市濱湖鎮(zhèn)農(nóng)(牧)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，新疆 昌吉 831100；2.昌吉市三工鎮(zhèn)農(nóng)(牧)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，新疆 昌吉 831100）

近年來，新疆地區(qū)農(nóng)田殘膜污染造成農(nóng)作物大面積減產(chǎn)，山東秸稈還田措施不當(dāng)導(dǎo)致超過80萬公頃小麥罹患莖基腐病害，嚴(yán)重危及我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和糧食安全，引起了相關(guān)部門的高度重視。對于地膜殘留以及粗放的秸稈還田方式引發(fā)的大面積農(nóng)田減產(chǎn)、病害現(xiàn)象，有必要采取措施，大力推廣殘膜、秸稈的無害化處理與綜合利用技術(shù)。

1 秸稈傳統(tǒng)處理方式及其危害

1.1 秸稈傳統(tǒng)處理方式

農(nóng)作物收獲后留下的莖、葉等部分通稱為作物秸稈。秸稈的處理方式是隨著人類社會和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展變遷而發(fā)生改變。定居農(nóng)耕文明興起后，秸稈長期作為建筑材料、烹飪及冬季取暖燃料、牲畜飼料等使用。在生產(chǎn)上，秸稈焚燒后形成的草木灰可作為優(yōu)質(zhì)的無機(jī)肥料。近十年來，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)迅速向現(xiàn)代化、機(jī)械化方向邁進(jìn)，農(nóng)業(yè)產(chǎn)出增長導(dǎo)致作物秸稈數(shù)量猛增，秸稈作為飼料或工業(yè)原料呈現(xiàn)出供大于求的狀態(tài)。大量剩余秸稈堆積在田間地埂，焚燒成為較常規(guī)便捷的處理方式。

1.2 秸稈焚燒的危害

研究表明，露天焚燒秸稈會產(chǎn)生大量的CO2、CO、SO2、NO2等有害氣體及細(xì)顆粒物。焚燒煙霧會導(dǎo)致PM2.5顆粒物和污染物濃度嚴(yán)重超標(biāo)，造成空氣質(zhì)量急速惡化，能見度降低。大量秸稈就地焚燒使空氣質(zhì)量指數(shù)AQI（Air Quality Index）數(shù)據(jù)迅速超過500，而正常參考值為50。煙霧會誘發(fā)呼吸道疾病、引發(fā)交通事故，危及人民生命安全?，F(xiàn)今，國家已經(jīng)明令禁止秸稈直接焚燒。以昌吉為例，為應(yīng)對焚燒秸稈行為，當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門制定了嚴(yán)厲的處罰措施，采取紅外遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備實(shí)時監(jiān)測，即時通報處理煙火警情，追究處罰責(zé)任單位、人員。

2 秸稈無害化處理技術(shù)

為做好禁燒疏導(dǎo)工作，農(nóng)業(yè)部門積極推進(jìn)科學(xué)合理的秸稈無害化處理方式——秸稈機(jī)械化還田技術(shù)。因秸稈中存留豐富的氮、磷、鉀及有機(jī)質(zhì)，秸稈還田不僅可以解決焚燒帶來的環(huán)境污染問題，還可以促進(jìn)農(nóng)作物生長，因此秸稈還田對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來說，是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的處理方式。

2.1 水稻秸稈機(jī)械化還田技術(shù)

水稻秸稈的機(jī)械化還田主要有全量翻埋還田、半量還田、地表覆蓋還田、粉碎混埋還田、粉碎翻埋還田等技術(shù)模式。以全量翻埋還田為例，其主要技術(shù)路線為秋季用聯(lián)合收獲機(jī)收獲水稻/稻草粉碎還田→秋季耕翻→春季灌水泡田→耙地(埋茬起漿)→機(jī)械插秧。技術(shù)要點(diǎn)為水稻收獲機(jī)需自帶秸稈粉碎功能，稻稈粉碎后均勻拋撒覆蓋于地表，也可在秋季水稻收獲后采用雙軸水田旋耕機(jī)進(jìn)行秸稈粉碎作業(yè)，稻稈粉碎后均勻覆蓋于地表。稻稈粉碎長度≤10cm，殘茬高度＜15cm；耕翻深度18cm～22cm，收割殘茬掩埋深度＞10cm，埋茬起漿平地作業(yè)深度≥10cm。南方溫、光、水適宜的雙季稻區(qū)適用水稻秸稈粉碎混埋、粉碎翻埋還田技術(shù)模式，技術(shù)模式與東北地區(qū)略有不同。

2.2 玉米秸稈機(jī)械化還田技術(shù)

玉米秸稈機(jī)械化還田技術(shù)有整稈地表覆蓋還田、粉碎地表覆蓋還田、粉碎混埋還田、粉碎翻埋還田等模式。昌吉市屬于西北一熟區(qū)，適用玉米粉碎翻埋還田技術(shù)模式。其技術(shù)路線包括機(jī)械收獲→秸稈粉碎還田→秸稈翻埋→休閑→機(jī)械播種。技術(shù)要點(diǎn)主要有：1）秸稈粉碎還田作業(yè)后，莖稈粉碎長度≤10cm，莖稈粉碎率≥90%，碎秸稈應(yīng)拋撒均勻，根茬高度≤8cm；2）割茬高度、切碎長度、拋撒均勻度可根據(jù)需求適當(dāng)增減，以利于提高收獲機(jī)械作業(yè)效率；3）秸稈翻埋深度20cm～25cm，為防止土壤被秸稈架空，以翻、埋、壓等方式消除。配備機(jī)具主要有玉米聯(lián)合收割機(jī)、秸稈還田機(jī)、秸稈翻埋設(shè)備、玉米播種機(jī)。技術(shù)特性是將秸稈翻埋到土壤深層，加速秸稈腐爛過程。該技術(shù)適用于西北一熟區(qū)秸稈量大、秋冬季風(fēng)大的地區(qū)。東北一熟區(qū)、黃淮海兩熟區(qū)模式與之略有不同[1-2]。

2.3 小麥秸稈機(jī)械化還田技術(shù)

小麥秸稈機(jī)械化還田主要有機(jī)械化粉碎混埋還田、粉碎翻埋還田等技術(shù)模式。以小麥秸稈機(jī)械化粉碎翻埋還田技術(shù)模式為例。其技術(shù)路線包括機(jī)械收獲/秸稈粉碎還田→鏵式犁翻耕還田→小麥播種機(jī)播種小麥。技術(shù)要點(diǎn)：小麥聯(lián)合收割機(jī)自帶粉碎裝置，秸稈粉碎后均勻拋撒于地表；割茬高度≤15cm；麥稈切碎長度≤10cm；切長合格率≥95%；拋撒不均勻率≤20%；漏切率≤1.5%；翻耕深度≥20cm，耕深穩(wěn)定性≥85%，碎土率≥80%；覆蓋率≥80%。機(jī)具配備要求：小麥聯(lián)合收割機(jī)動力儲備能滿足粉碎裝置驅(qū)動需求；小麥播種機(jī)的性能滿足農(nóng)藝要求。其技術(shù)特性是將秸稈翻埋至土壤深層，加快秸稈腐爛，適用于西北一熟區(qū)秸稈量大、秋冬季風(fēng)大的地區(qū)。

2.4 棉花秸稈機(jī)械化還田技術(shù)

棉花秸稈機(jī)械化還田技術(shù)模式主要有粉碎翻埋還田、粉碎混埋還田等。以棉花秸稈粉碎混埋還田技術(shù)模式為例。其技術(shù)路線為機(jī)械收獲→秸稈粉碎還田→機(jī)械深松→旋耕耙切整地→機(jī)械播種。技術(shù)要點(diǎn)包括：1）棉花機(jī)械收獲后，先用機(jī)械撿拾地表殘膜，再用秸稈還田機(jī)進(jìn)行粉碎還田；或用秸稈還田殘膜回收一體機(jī)一次性完成秸稈粉碎還田、殘膜撿拾作業(yè)。地表殘膜應(yīng)撿拾干凈，秸稈拋撒覆蓋基本均勻。2）棉花秸稈粉碎還田要求割茬高度≤8cm、棉稈切長≤10cm、切長合格率≥90%、拋撒不均勻率≤20%、漏切率≤1.5%。3）秸稈粉碎還田后，進(jìn)行機(jī)械深松，深度為30cm～40cm。4）耕后用聯(lián)合耕整地機(jī)、圓盤耙平整地表，次年播種前再用聯(lián)合整地機(jī)或圓盤耙平整一遍，做到上虛下實(shí)，利于進(jìn)行機(jī)械鋪膜播種。遵循專機(jī)專用原則，分別用秸稈還田機(jī)、深松機(jī)、聯(lián)合整地機(jī)開展對應(yīng)作業(yè)。粉碎混埋還田技術(shù)適用于新疆棉區(qū)、長江與黃河流域棉區(qū)。

3 昌吉市秸稈綜合利用試點(diǎn)推進(jìn)成果

昌吉市在2019年結(jié)合本地實(shí)際情況，制定了《作物秸稈綜合利用試點(diǎn)縣項(xiàng)目實(shí)施方案》，開展棉花秸稈綜合利用試點(diǎn)，大力推廣秸稈翻埋還田、碎混還田等技術(shù)，并對秸稈肥料化利用建設(shè)推出切實(shí)可行的財政補(bǔ)助措施。2020年，昌吉市在轄區(qū)濱湖鎮(zhèn)兩個村共完成10 000畝棉花秸稈全量還田示范點(diǎn)的建設(shè)工作，機(jī)械作業(yè)全部由何氏農(nóng)機(jī)專業(yè)合作社完成，財政補(bǔ)助11萬元；在濱湖鎮(zhèn)五十戶村建造了260m3秸稈堆漚池1個，財政補(bǔ)助5萬元；秸稈堆漚池原料收集拉補(bǔ)助資金5萬元，補(bǔ)助資金總額達(dá)21萬元。

4 秸稈過量還田對農(nóng)業(yè)的影響

雖然秸稈還田有利于環(huán)境改善，但秸稈過量還田也會對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成不利的影響。1）秸稈還田過量對土壤產(chǎn)生不利影響。大量秸稈粉碎后埋入土壤，分解速度減緩，春播時節(jié)來臨，大量秸稈還未完全降解，不能達(dá)到作為有機(jī)肥促進(jìn)農(nóng)作物生長目的。而且秸稈在繼續(xù)降解過程中，微生物與作物爭奪氮素，致使農(nóng)作物缺氮而減產(chǎn)。2）秸稈過量還田后，土壤結(jié)構(gòu)受損，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)。在北方干旱地區(qū)，大量非降解的秸稈碎片積存在耕作層會導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)松散，土壤毛細(xì)管作用受損，作物根系水分供應(yīng)不良，影響植株生長。此外，松散的土壤結(jié)構(gòu)支撐度差，使作物易倒伏，影響農(nóng)作物產(chǎn)量。3）秸稈還田導(dǎo)致病蟲害增加。農(nóng)作物生長過程中會滋生各類病蟲害，秸稈粉碎還田埋于土壤中時間短、腐熟不完全，無意中為害蟲越冬提供了良好的條件。秸稈中存活的幼蟲卵及病原菌易在第二年春夏季爆發(fā)，影響農(nóng)作物健康生長。

5 秸稈處理前沿技術(shù)

為解決秸稈的增量問題，國內(nèi)外企業(yè)、科研工作者也在積極尋找方法，探索更合理解決方案。意大利、巴西以秸稈作為原材料生產(chǎn)生物燃料乙醇，丹麥Aved?re發(fā)電站將稻草秸稈作為主要燃料。我國也在利用秸稈發(fā)電、造紙、用作食用菌培養(yǎng)的基質(zhì)、作為青貯飼料原料以及發(fā)酵沼氣和固態(tài)有機(jī)肥料[3-4]。

當(dāng)前，秸稈過剩的解決方法還有微生物降解——酶水解工藝，它是將不同的生物方法結(jié)合，以協(xié)同降解作用提高秸稈中木質(zhì)纖維素的糖化效率。微生物降解——酶水解處理工藝中所用的酶可以從廢棄秸稈中提取，其實(shí)施具有可行性和經(jīng)濟(jì)性，為未來秸稈循環(huán)利用展現(xiàn)了良好的發(fā)展前景。

6 昌吉市農(nóng)田殘膜治理措施

為保證農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，近年來，昌吉市利用已有基礎(chǔ)條件，在地膜使用量大的棉花、玉米、加工番茄、西甜瓜等作物種植區(qū)，積極推動農(nóng)膜污染綜合治理。各職能部門切實(shí)履行農(nóng)田殘膜污染治理承諾，加強(qiáng)監(jiān)管，全面禁止生產(chǎn)、銷售和使用厚度小于0.01mm的農(nóng)用地膜以滿足機(jī)械化回收地膜的技術(shù)要求。鼓勵農(nóng)機(jī)合作社購置新型殘膜回收機(jī)械，增加裝備總量，提高回收效率，降低回收成本。建立殘膜回收利用機(jī)制，建設(shè)廢棄農(nóng)膜回收貯運(yùn)和綜合利用網(wǎng)絡(luò)，推廣農(nóng)膜利用新機(jī)械、新技術(shù)。早在2018年就完成2個農(nóng)田殘膜回收示范點(diǎn)建設(shè)，當(dāng)年即實(shí)現(xiàn)農(nóng)田地膜污染治理達(dá)到30%以上，回收率達(dá)25%以上，有效減少了農(nóng)田殘膜污染。

7 結(jié)語

綜上所述，快速推進(jìn)秸稈綜合利用以及殘膜回收是當(dāng)前農(nóng)業(yè)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)提出的緊迫要求，但秸稈工業(yè)化處理、殘膜再循環(huán)利用等因成本原因尚不具規(guī)模。當(dāng)前，秸稈資源化利用仍處于規(guī)模小、產(chǎn)業(yè)化弱的狀態(tài)。為實(shí)現(xiàn)秸稈無害化、資源化高效利用，政府需要結(jié)合實(shí)際對具備技術(shù)優(yōu)勢的企業(yè)給予政策支持，引導(dǎo)秸稈處理由粗放向集約化、產(chǎn)業(yè)化模式轉(zhuǎn)型。對于殘膜治理，不但需要各級政府部門鼓勵相關(guān)企業(yè)的大力投入，科研機(jī)構(gòu)的積極參與，必要時，政府應(yīng)牽頭與有關(guān)科研單位合作，開展降解膜、高強(qiáng)度地膜試驗(yàn)以及作物無膜試驗(yàn)，打造農(nóng)膜降解、回收、減量示范區(qū)。