吉林省秸稈覆蓋還田耕作制度下播種技術(shù)應(yīng)用

趙文罡，李洪剛，韓國靖，王 瑩，劉志巖，顧耀權(quán)，于洪斌

(吉林省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院，長春 130022)

0 引言

秸稈是黑土地的天然肥料，具有節(jié)肥增效的作用。秸稈覆蓋還田是減輕風(fēng)蝕、水蝕、培肥地力和保墑抗旱的重要手段，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益。秸稈還田保護(hù)性耕作技術(shù)，是目前最有效的綠色生態(tài)技術(shù)，在國內(nèi)外受到廣泛的應(yīng)用和推廣。該技術(shù)不僅可以解決秸稈產(chǎn)量過剩的現(xiàn)狀，還可以解決秸稈焚燒造成污染環(huán)境的生態(tài)難題，同時以綠色肥料形式來增加土壤有機(jī)質(zhì)，改良土壤環(huán)境、培肥地力、防風(fēng)固土，為秸稈綜合利用提供新的方式。2020年2月25日，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、財政部印發(fā)《東北黑土地保護(hù)性耕作行動計劃(2020—2025年)》，將東北地區(qū)(吉林省、遼寧省、黑龍江省和內(nèi)蒙古自治區(qū)的赤峰市、通遼市、興安盟、呼倫貝爾市)玉米生產(chǎn)作為推廣應(yīng)用重點，應(yīng)盡量增加秸稈覆蓋還田比例，增強(qiáng)土壤蓄水保墑能力，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，培肥地力；采用高性能免耕播種機(jī)械，確保播種質(zhì)量。因此秸稈覆蓋條件下的機(jī)械化保護(hù)性耕作種植技術(shù)是保護(hù)性耕作技術(shù)發(fā)展的瓶頸，也是綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)未來的發(fā)展趨勢。

1 吉林省秸稈覆蓋還田耕作技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

吉林省地處東北地區(qū)中部，作為農(nóng)業(yè)大省同時也是國家重要的糧食生產(chǎn)基地，是世界級“黃金玉米帶”之一，耕地面積553.78萬hm2。產(chǎn)糧同時也產(chǎn)出大量玉米秸稈資源，豐富的玉米秸稈資源如何高效率處理是多年來吉林省遇到的難題之一。隨著秸稈覆蓋耕作技術(shù)快速發(fā)展，秸稈覆蓋還田保護(hù)性耕作成為最有效的綠色生態(tài)技術(shù)，可以解決玉米秸稈利用的難題。2018年10月，吉林省農(nóng)委、省財政廳聯(lián)合下發(fā)《關(guān)于加快推廣秸稈覆蓋還田保護(hù)性耕作技術(shù)，推進(jìn)耕地質(zhì)量耕作生態(tài)耕作效益“綠色增長”的實施意見》，決定從2019—2025年全省推廣秸稈覆蓋還田保護(hù)性耕作技術(shù)，并下發(fā)實施意見書。2019年，實現(xiàn)秸稈覆蓋還田面積66.67萬hm2，全省力爭到2025年，秸稈覆蓋還田保護(hù)性耕作面積達(dá)玉米播種面積45%左右[1]。目前基本形成以下四種適合吉林省農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)的秸稈覆蓋還田耕作技術(shù)模式[2-6]。

1.1 秸稈全量覆蓋還田均勻行免耕播種技術(shù)模式

玉米秋季收獲并采用秸稈還田機(jī)粉碎全量覆蓋還田地表，第二年春季播種期采用重型免耕播種機(jī)直接均勻行播種的技術(shù)模式。實施的技術(shù)路線為玉米收獲機(jī)機(jī)械收獲、秸稈覆蓋還田、免耕施肥播種、化學(xué)除草、病蟲害防治。目前，該項技術(shù)模式吉林省推廣效果較好，得到了吉林省委省政府和農(nóng)民的關(guān)注。該模式可適用于玉米秸稈覆蓋量較小的吉林省西部白城、松原等風(fēng)沙干旱區(qū)域。

1.2 玉米寬窄行倒茬交替休閑種植模式

該模式為改壟作為平作、改均勻壟(600～650 mm)為寬行(800～900 mm)和窄行(500～400 mm)、變低留茬為高留茬，上部其余秸稈全量覆蓋還田，隔年輪換休耕。實施的路線是將寬行改為休耕帶(將秸稈歸行處置在此區(qū)域)，窄行改為種植帶，應(yīng)用寬窄行免耕播種機(jī)在種植帶完成播種作業(yè)；下一年將寬行改為400～500 mm行距的種植帶，窄行改為800～900 mm的休耕帶；以后每年交換輪流耕作，以實現(xiàn)減少耕作面積、種養(yǎng)結(jié)合的倒茬休耕模式。該種模式適用于秸稈產(chǎn)量高、覆蓋量大的區(qū)域，如吉林省中部的長春、四平等區(qū)域。

1.3 玉米保護(hù)性耕作條帶耕技術(shù)模式

條帶耕為保護(hù)性耕作的一種新方式，目前在國內(nèi)研究中處于前沿領(lǐng)域，沒有真正意義上的定義。條帶耕技術(shù)模式是指在秸稈覆蓋地表進(jìn)行耕作，創(chuàng)建清潔的條帶上來播種作業(yè)，將秸稈殘留處理至兩條帶之間用來保護(hù)土壤的耕作技術(shù)模式。未來條帶耕技術(shù)模式將可能成為東北黑土地保護(hù)性耕作技術(shù)模式主推方式之一。條帶耕技術(shù)模式既堅持了地表有大量的秸稈覆蓋，又能創(chuàng)造出一個比較潔凈的待播種床，解決了提高播種質(zhì)量和出苗生長的問題、同時利于提高地溫。實施的路線為采用秸稈歸行機(jī)對地表秸稈進(jìn)行集行處理[7]，在計劃播種帶上應(yīng)用寬窄行免耕播種機(jī)完成播種作業(yè)。另外還可以采用苗帶淺旋少耕播種模式[8]，應(yīng)用專用的苗帶淺旋免耕、少耕播種機(jī)春季直接在秸稈全量粉碎還田均勻覆蓋地表進(jìn)行播種作業(yè)，機(jī)具滿足播種前苗帶窄幅淺旋處理，旋耕深度 <10 cm，秸稈粉碎長度≤10 cm，條耕作業(yè)方式下，不超過 1/3的土壤擾動。該技術(shù)模式主要適用玉米產(chǎn)量高、秸稈產(chǎn)量過大的吉林省中部長春、四平等區(qū)域。

1.4 玉米秸稈全量覆蓋高留茬還田技術(shù)模式

高留茬還田技術(shù)模式是指秋季玉米收獲同時保留大于40 cm以上的根茬在田地，其余秸稈直接覆蓋還田地表，春季應(yīng)用均勻行(或?qū)捳?播種進(jìn)行種植的技術(shù)模式。減少地表秸稈覆蓋量，重點解決地溫低、出苗晚等問題，主要適應(yīng)于吉林省東部吉林、白山市和延邊州等冷涼區(qū)和積溫較低的山區(qū)、半山區(qū)。

2 全量秸稈覆蓋還田“清潔區(qū)”播種技術(shù)模式

吉林省西部如白城、松原等風(fēng)沙干旱區(qū)素有西部“糧倉”之美譽(yù)，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，熱量充足，但風(fēng)沙較大，存在風(fēng)蝕嚴(yán)重、干燥少雨(年降水量不足400 mm)且時空分布不均、土壤瘠薄等問題，因此全量秸稈覆蓋保護(hù)性耕作模式適宜在該地區(qū)示范推廣。該地區(qū)可將玉米秸稈全量覆蓋地表還田，起到了防治風(fēng)蝕、保土保水、增加土壤有機(jī)質(zhì)的目的，據(jù)有關(guān)研究表明連續(xù)秸稈全量覆蓋還田5年后，耕層中土壤有機(jī)質(zhì)含量可提高15%～20%左右。秸稈還田同時也給機(jī)械化種植帶來了難題，尤其是全量秸稈覆蓋還田后，免耕播種機(jī)播種時秸稈拖堆、斷條、架種、晾種等問題，嚴(yán)重影響播種質(zhì)量，因此科研院所、各大高校、骨干農(nóng)機(jī)企業(yè)等都在進(jìn)行研究探索解決方案。

2.1 全量秸稈覆蓋還田“清潔區(qū)”播種技術(shù)模式

全量秸稈覆蓋還田“清潔區(qū)”播種技術(shù)[9-11]，是指配有秸稈粉碎還田機(jī)的玉米收獲機(jī)械秋季收獲時將秸稈全量覆蓋地表還田(或秸稈粉碎還田機(jī)單獨作業(yè))，冬季休耕養(yǎng)地。下年春季播種期采用全量秸稈覆蓋還田“清潔區(qū)”精密播種機(jī)作業(yè)，可一次完成播前秸稈撿拾粉碎，同時對表土預(yù)處理、創(chuàng)造播前“清潔區(qū)”種床，免耕精密播種完成高質(zhì)量播種作業(yè)，碎秸稈均勻拋撒覆蓋播后地表，起到秸稈覆蓋還田、防風(fēng)固沙、培肥地力、蓄水保墑的目的。解決現(xiàn)有免耕播種機(jī)在秸稈全量覆蓋條件下出現(xiàn)擁堵、拖堆、斷條、架種、晾種，播種質(zhì)量較差技術(shù)難題。

2.2 全量秸稈覆蓋還田“清潔區(qū)”精密播種機(jī)

免耕播種機(jī)作業(yè)效率及播種質(zhì)量受到秸稈覆蓋量過大影響機(jī)具作業(yè)，因此良好的防堵技術(shù)是關(guān)鍵因素之一。該機(jī)采用秸稈清理裝置與高性能免耕播種機(jī)聯(lián)合作業(yè)，基于主動式防堵技術(shù)為核心部件，由拖拉機(jī)后動力輸出作為動力源，主動驅(qū)動秸稈清理裝置對播前玉米秸稈撿拾粉碎、同時種床預(yù)處理，碎秸稈通過絞龍葉片式輸送裝置進(jìn)行“秸土分離”并推送，拋送裝置完成秸稈提升，采用短時地表凈空的方式創(chuàng)造“清潔區(qū)”，高性能免耕播種機(jī)及時完成開溝側(cè)深施肥、精密播種、覆土鎮(zhèn)壓作業(yè)，粉碎后秸稈均勻拋撒覆蓋播后地表(圖1)，起到秸稈還田、防風(fēng)固沙、培肥地力、蓄水保墑目的。

圖1 全量秸稈覆蓋還田“清潔區(qū)”精密播種機(jī)

2.3 田間試驗與分析

全量秸稈覆蓋還田“清潔區(qū)”精密播種機(jī)在吉林省農(nóng)安縣開安鎮(zhèn)石場村進(jìn)行試驗。試驗耕地為全量秸稈覆蓋還田越冬休耕，試驗土壤質(zhì)地為沙壤土，土壤含水率20%，滿足試驗耕地條件需求。試驗前，經(jīng)技術(shù)人員現(xiàn)場對試驗機(jī)具進(jìn)行調(diào)試，保證機(jī)具工作狀態(tài)正常。實驗?zāi)康氖强己苏麢C(jī)在秸稈全量覆蓋條件下作業(yè)機(jī)具的通暢性及播種質(zhì)量情況并進(jìn)行測定，試驗方法根據(jù)《免(少)耕施肥播種機(jī)》(GB/T 20865—2017)，主要考核秸稈粉碎長度、秸稈覆蓋均勻性、播種施肥質(zhì)量和出苗情況，計算秸稈粉碎長度。

試驗中分別對播前地表及播種后地表秸稈覆蓋情況進(jìn)行了測定并記錄，對比分析機(jī)具的秸稈處理能力進(jìn)行驗證，具體情況詳見表1所示。

表1 秸稈粉碎質(zhì)量參數(shù) 單位：%

試驗表明，全量覆蓋還田地表的玉米秸稈通過機(jī)具的撿拾粉碎、收集、提升拋送，可以創(chuàng)造播前“清潔區(qū)”種床，為免耕播種創(chuàng)造了有利條件，碎秸稈均勻拋撒在播后地表，試驗過程中未出現(xiàn)秸稈擁堵、拖堆、斷條等現(xiàn)象。對免耕播種機(jī)的播種質(zhì)量進(jìn)行了測定記錄，后期出苗期對出苗情況進(jìn)行跟蹤調(diào)查，具體情況詳見表2所示。

表2 播種質(zhì)量性能指標(biāo)

結(jié)果表明：基于“清潔區(qū)”種床模式下的免耕播種機(jī)的播種質(zhì)量優(yōu)良，排種性能合格指數(shù)均達(dá)到(超過)免(少)耕施肥播種機(jī)國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可以完成秸稈全量覆蓋還田條件下的播種要求。

3 結(jié)論與建議

綜上所述，吉林省位于中國黑土地核心區(qū)，是全國重要商品糧基地，黑土地保護(hù)性耕作技術(shù)研究與示范，讓吉林省的黑土地持續(xù)煥發(fā)生命力。

1)介紹吉林省秸稈覆蓋還田耕作技術(shù)模式發(fā)展現(xiàn)狀，分析吉林省基本成熟的四種秸稈覆蓋還田技術(shù)模式，總結(jié)適宜吉林省保護(hù)性耕作技術(shù)路線和發(fā)展經(jīng)驗，為東北地區(qū)黑土地保護(hù)利用，吉林省發(fā)展可持續(xù)的綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)提供參考。

2)針對吉林省西部風(fēng)沙土區(qū)風(fēng)蝕嚴(yán)重、土壤貧瘠，降雨量少且時空分布不均等問題，提出以玉米秸稈全量還田為核心，以防治風(fēng)蝕、保土保水、增加土壤有機(jī)質(zhì)為目標(biāo)，提出構(gòu)建全量秸稈覆蓋還田“清潔區(qū)”播種技術(shù)模式，研究全量秸稈覆蓋條件下精密播種技術(shù)。

3)通過對“清潔區(qū)”精密播種機(jī)試驗研究，試驗結(jié)果證明該機(jī)在全量秸稈覆蓋還田條件下，機(jī)具通暢性能良好，可以創(chuàng)造播前“清潔區(qū)”種床，為免耕播種創(chuàng)造了有利條件，未出現(xiàn)秸稈擁堵、拖堆、斷條現(xiàn)象的發(fā)生。播種質(zhì)量、性能較好地解決現(xiàn)有免耕播種機(jī)在秸稈全量覆蓋條件下?lián)矶隆⑼隙选鄺l、架種、晾種，播種質(zhì)量較差難題，為吉林省的保護(hù)性耕作技術(shù)研究與發(fā)展提供參考。

4)保護(hù)性耕作是先進(jìn)的現(xiàn)代耕作技術(shù)體系，具有區(qū)域性和復(fù)雜性。應(yīng)采取因地制宜的方式發(fā)展適合本區(qū)域特點的技術(shù)路線，針對不同地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特點，根據(jù)技術(shù)發(fā)展和農(nóng)業(yè)實際逐步改進(jìn)創(chuàng)新技術(shù)模式。在農(nóng)業(yè)農(nóng)機(jī)科技人員的不斷努力下，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平，為保證國家糧食安全，實現(xiàn)“藏糧于地、藏糧于技”戰(zhàn)略提供技術(shù)支撐。