秸稈還田機械與腐解影響因素

王 慧，唐慶剛，李 瑛

(佳木斯市潛興農(nóng)業(yè)機械研發(fā)有限公司，黑龍江 佳木斯 154000)

0 引言

秸稈是糧食生產(chǎn)過程中的必然產(chǎn)物，也被稱為農(nóng)業(yè)廢棄物，是固體廢棄物的一種。但秸稈分解后可以釋放大量的植物生長必需元素，如氮、磷、鉀、碳及有機物等，可以促進作物生長和提高土壤有機質含量，又被稱為利用價值極高的可再生生物資源。中國是產(chǎn)糧大國，因此每年糧食收獲后，田地中也會殘留非常多的作物秸稈，但是秸稈的利用率并不高，其中機械還田約占總量的30%，加工用作牲畜飼料約占總量的18.5%，轉化為工業(yè)生產(chǎn)原料約占總量的15.4%，用作其他約占總量的36.1%。隨著新技術的出現(xiàn)及應用，作為燃料、飼料、建筑材料的秸稈使用量越來越少，造成每年會有大量的秸稈被作為農(nóng)業(yè)垃圾進行處理。許多地區(qū)將秸稈就地焚燒、亂堆亂放等簡單的處理方式，造成環(huán)境污染、影響村容村貌等社會問題。

秸稈還田主要可分為直接和間接兩種方式，直接還田方式按機械對秸稈作用可分為整稈(高留茬)、粉碎和覆蓋(翻壓)還田等；間接還田方式主要有碳化、堆漚和過腹。直接還田方式操作簡單、節(jié)省人力物力、成本低、見效快，適合用于大面積的土地，但是容易出現(xiàn)病蟲害，需要增加防治病蟲害的投入[1]。間接還田操作復雜、成本高，不適合大面積田塊。

秸稈通過機械裝置還田后，在土壤自身微生物及人為添加劑作用下進行腐解，腐解過程中會釋放出大量的氮、磷、鉀等作物所需生長元素，土壤養(yǎng)分增多，其物理、化學性質得到有效改善，蓄水保墑和固碳的能力得到大幅提高。環(huán)境中多種因素都會對秸稈的腐解進程產(chǎn)生不同程度的影響。

1 秸稈利用情況

國外許多國家都有明確且嚴格的法律禁止焚燒秸稈，各個國家也都在探索不同方式、方法來解決秸稈問題。如英國在1993年6月頒布了史上第一部最嚴厲的作物秸稈焚燒法規(guī)，通過法規(guī)限制秸稈焚燒現(xiàn)象，而后同大多數(shù)國家一樣使用秸稈粉碎還田機械將作物秸稈收割、打碎后翻埋進土壤就地還田的方法消化秸稈，將大量秸稈摻入土壤，以此來增加土壤中的有機質含量。美國等農(nóng)業(yè)大國采用的是將種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)有效結合的有機農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，種植業(yè)產(chǎn)生的大量秸稈加工處理后直接用于畜牧業(yè)，既解決了秸稈處理問題，也解決了牲畜飼料問題，秸稈使用率很高，使農(nóng)作物秸稈幾乎都被消耗。

國內的秸稈粉碎還田技術開始于20世紀90年代，相對于國外發(fā)展較晚。早期，我國的秸稈資源一直處于“浪費”狀態(tài)，即就地堆放棄置一旁，或者就地直接焚燒，僅有少量的秸稈用于造肥還田、畜牧飼料和生活能源消耗。近年來，糧食產(chǎn)量逐年增加，秸稈產(chǎn)量也連年激增，但是秸稈的利用率、使用量并不高。可見，中國農(nóng)作物秸稈資源利用存在很大空間。秸稈還田作為秸稈資源利用的方式之一，是實現(xiàn)秸稈肥料化、減少化肥使用和維持糧食安全的重要措施。

2 秸稈還田機械

國外的秸稈還田技術應用早，秸稈還田機械發(fā)展也較先進。意大利FORIGO生產(chǎn)的秸稈枝條粉碎還田機，如圖1所示。該機具有專用于切碎雜草、秸稈及樹枝等農(nóng)業(yè)“垃圾”性能，碎屑大小適合自然腐爛分解，可前置懸掛也可以側懸掛，并且?guī)в幸簤赫郫B功能，方便田間行走與運輸。挪威格蘭公司生產(chǎn)的格蘭FXZ400型秸稈還田機，如圖2所示。該機器具有調節(jié)方便、可靠性高和田間適用能力強的特點，其還田作業(yè)效果好，可用于各種農(nóng)業(yè)作物秸稈的機械翻壓還田作業(yè)。荷蘭AWON牌秸稈還田機，如圖3所示。其具有高效率、低油耗的特點，刀頭被設計成Y型結構，使用壽命更長、粉碎更徹底，刀具呈螺旋狀分布，使機具受力更均勻、振動小。

圖1 意大利FORIGO秸稈還田機

圖2 挪威FXZ400秸稈還田機

圖3 荷蘭AWON牌秸稈還田機

國內的秸稈還田機械相較于國外起步較晚，但是發(fā)展速度相對較快，目前，國內田間生產(chǎn)作業(yè)時可以看到有許多企業(yè)自行研發(fā)秸稈粉碎還田設備已經(jīng)投入使用。常州漢森機械股份有限公司生產(chǎn)的4JH-200型秸稈還田機，如圖4所示。其傳動可靠性高，可調節(jié)側向移動結構，方便調整作業(yè)范圍，刀具由多組Y型刀和直刀的組合排布使用，使粉碎效果更好，作業(yè)效率更高[2]。河北中農(nóng)博遠農(nóng)業(yè)裝備有限公司生產(chǎn)的博遠3ZF-165型秸稈粉碎還田機，如圖5所示。該機作業(yè)時懸掛在農(nóng)用拖拉機后方，傳動方式為齒輪變速箱和側邊三角帶傳動，農(nóng)戶使用反饋表明：該機具秸稈粉碎還田性能良好。江蘇沃德農(nóng)業(yè)機械股份有限公司生產(chǎn)的沃德1JH系列秸稈還田機，如圖6所示。該機具有結構合理、經(jīng)久耐用和性能穩(wěn)定等優(yōu)點，懸掛方式采用液壓三點連接，轉彎靈活。

圖4 4JH-200型秸稈還田機

圖5 3ZF-165型秸稈還田機

圖6 沃德1JH系列秸稈還田機

3 秸稈還田腐解影響因素

評價秸稈還田效果重要因素之一是秸稈腐解情況。秸稈還田后腐解是一個相對復雜且緩慢的過程。秸稈在還田后腐解規(guī)律表現(xiàn)為先快后慢，一般秸稈可在土壤中存留2～3年甚至更長時間都無法被土壤中的微生物完全分解。影響秸稈腐解的因素很多，如土壤的理化性質、耕作方式和不同秸稈的性質等都會對秸稈腐解速率產(chǎn)生不同程度的影響。

土壤的理化性質對秸稈腐解的影響較大。東北農(nóng)業(yè)大學于舒函[3]探究了秸稈還田時施加氮對土壤速效氮的影響。研究結果表明，秸稈最適合腐解土壤pH為5～8，酸性或堿性過強都會導致土壤中的微生物物理活性不同程度改變，從而影響秸稈腐解效果。Li X G等[4]通過對秸稈在鹽漬土中的腐解研究表明，土壤鹽堿含量不同對微生物的影響程度不同間接影響秸稈腐解的速度，鹽堿度與秸稈腐解速率呈負相關。

在秸稈還田耕作過程中，由于還田量不同、還田深度不同都會對秸稈腐解產(chǎn)生不同程度的影響。東北農(nóng)業(yè)大學王蕾等[5]通過直接還田方式，對黑龍江省玉米秸稈在5～25 cm的秸稈長度、5～25 cm的還田深度范圍內還田腐解的規(guī)律進行了深入研究。研究結果表明，黑龍江省玉米秸稈的腐解效率隨其長度和翻埋深度的增加而降低。南京信息工程大學江曉東等[6]通過少耕免耕方式對小麥、玉米秸稈還田腐解的規(guī)律探究表明，少耕免耕耕作模式下秸稈腐解率低于旋耕、耙耕等傳統(tǒng)耕作方式。山西農(nóng)業(yè)大學王娜等[7]揭示了旋耕和覆蓋免耕兩種還田方式下對北方旱田小麥秸稈腐解影響規(guī)律，結果表明，經(jīng)過375天的試驗，旋耕方式小麥秸稈腐解率為50%，覆蓋免耕方式下小麥秸稈腐解率為31%，但覆蓋免耕方式固碳能力顯著增強。

外界因素對秸稈還田腐解也會產(chǎn)生較大影響，如溫度、添加生物菌等。吉林市農(nóng)業(yè)科學院曲曉晶等[8]探討了在秸稈還田時添加尿素、生物菌劑和微量元素調理劑3種方式對吉林省玉米秸稈的影響規(guī)律。結果表明，在秸稈還田時增加添加劑能夠有效加速秸稈的腐解，添加生物菌劑在還田深度為15 cm時秸稈腐解率效果較好，添加尿素在還田深度為30 cm時秸稈腐解率效果較好。Stanford等[9]研究發(fā)現(xiàn)，秸稈腐解的最適溫度為5～35 ℃，每升高10 ℃，會使易于礦化的物質腐解速率加倍。周桂香等[10]研究表明，不僅隨著溫度的升高秸稈的腐解會加快，田間持水量對秸稈的腐解也有一定的影響，研究表明70%的持水量最適合秸稈腐解，降低到40%的持水量或升高到90%的持水量，均不利于秸稈的腐解。

4 結語

基于我國農(nóng)業(yè)機械化水平，秸稈粉碎快速腐解還田機械的發(fā)展受到一定程度的影響。機具整體田間適應性較差、功率、噪音及振動大、消耗大，功能結構單一。部分工作部件在高速旋轉下易損壞，說明其可靠性較差，存在一定的安全隱患。1)國家應加大對農(nóng)業(yè)機械研制的投入，加快新型且適合我國實際情況的秸稈快腐還田機械的研制。2)持續(xù)加大對秸稈快腐還田研究人員的培養(yǎng)力度，提高我國研發(fā)農(nóng)業(yè)機械的科技人員的技術水平。3)提高對秸稈快腐還田機械的購買補貼，提高農(nóng)民購買秸稈快腐還田機械的積極性。4)如何提高秸稈利用率，如何快速腐解秸稈，如何減少秸稈還田成本，將會是未來秸稈綜合利用及快速腐解還田機械的研究發(fā)展方向。