秸稈肥料化利用研究進展

摘要：秸稈作為一種重要的可再生資源，科學合理利用秸稈可在保護農村環境、增加農民收入、促進資源循環利用和農業可持續發展方面起重要作用。秸稈產地分散、種類不一、成分各異，對肥料化過程所需條件不同，增加了肥料化過程的技術復雜性。主要用于還田的作物秸稈有玉米秸稈、小麥秸稈、水稻秸稈和油菜秸稈。目前秸稈肥料化的主要方式有直接還田、間接還田2種方式，直接還田是最簡單、最直接的肥料化利用方式，可以增加土壤肥力、改善土壤結構、提高作物產量和品質，但容易引出病蟲害和出苗率低等問題，后續需要合適的農技配套措施作補充。間接還田方式主要包括堆漚還田和過腹還田等方式等。本文就秸稈肥料化利用現狀、技術方法和應用情況進行闡述，并提出相關建議，以期為后續研究提供參考。

關鍵詞：秸稈；肥料化；秸稈還田；玉米；小麥；油菜

秸稈是作物收獲籽粒后剩余部分，含有豐富的有機和無機物，是農業生產過程中的副產品，作物吸收的養分幾乎有一半儲存在秸稈中。我國作為農業大國，每年都有大量的秸稈產生，根據農業農村部發布的《全國農作物秸稈綜合利用情況報告》顯示，2021年

全國秸稈產量達9.65億t，分布總體表現為“東高西低、北高南低”，以玉米、水稻、小麥為主，占中國秸稈資源總量的 84.8%，其次為棉花、油菜、豆類、薯類等，主要分布在東北、華北和長江中下游。秸稈作為一種重要的可再生生物資源，雖然綜合利用率在穩步提升，但還是有大量秸稈被丟棄、焚燒，不僅造成資源浪費，還會引起農村環境污染，秸稈合理化利用保護環境、促進農業可持續發展和提升農民收入。目前我國秸稈主要的利用方式為肥料化、飼料化、燃料化、原料化、基料化，利用率分別為 47.20％、17.99％、11.79％、2.47％、２.23％，形成了以肥料化和飼料化為主的利用方式，秸稈肥料化的利用率最高，有直接還田、間接還田2種模式，間接還田常用的方式有堆肥還田。日本秸稈肥料化利用率約是55%，韓國秸稈肥料化利用率是45.7%，我國肥料化利用率43.2%，相比其他國家，中國秸稈肥料化利用還有一定提升空間[1]。

1 秸稈利用現狀

1.1 國外秸稈肥料化利用現狀

秸稈肥料化利用就是將農作物收獲籽粒后的秸稈通過物理、化學和生物的技術方法處理后，使得秸稈在微生物的作用下，分解轉化，形成容易被植物吸收的形式，實現資源循環利用，實現增加土壤有機質、改善土壤結構、提升土壤肥力等目的。秸稈作為肥料還田，有直接還田和間接還田，直接還田是利用農機對沒有腐熟的作物秸稈進行粉碎、整稈碾壓、深耕或耙壓等方式將其直接覆蓋于土壤表層或深埋，間接還田通過一定技術手段，對秸稈進行處理后還田。美國秸稈直接還田量占秸稈總產量的 68%，研究發現這種還田方式能夠增加土壤有機質含量，改善土壤結構，經過多年秸稈直接還田，土壤的保水保肥能力顯著提高，土壤微生物活性增強。英國則多采用深耕的方式將秸稈深埋于土壤中，這種方式有利于秸稈在土壤中的分解，減少病蟲害滋生的風險，同時深耕結合秸稈還田能夠打破犁底層，增加土壤通氣性，秸稈還田量占秸稈總產量的 73%，日本在秸稈堆肥方面研究比較深入，利用微生物菌劑來加速秸稈的堆肥過程，通過篩選高效的纖維素分解菌、固氮菌等復合微生物菌劑，秸稈在較短時間內轉化為高質量的有機肥料，提高了秸稈的肥效轉化效率，日本有2/3的秸稈用于還田[2]。

1.2 中國秸稈肥料化利用現狀

秸稈作為一種重要有機肥資源，含有大量的有機質和礦質元素，秸稈還田作肥料不但可以補充一部分化肥，同時也提高了農田養分的循環利用效率。在傳統農業中，秸稈大量用作燃料，極大的浪費了有機資源，近年來，隨著農業補貼力度的加大和政策的引導，極大的推動了秸稈還田技術的應用以及秸稈還田機械的推廣，并且配合秸稈禁燒和綜合利用取得了明顯的成效，2006 年中國秸稈還田比例接近 25%，

2016年秸稈肥料化利用率達47.20%，秸稈還田量有了大幅提高[3]。

2 不同秸稈利用現狀

2.1 玉米秸稈肥料化利用現狀

2020年我國玉米秸稈產量占總秸稈量的34.2%，由于玉米秸稈的有機質主要是纖維素、半纖維素和木質素，以及氮、磷、鉀等營養元素，莖稈粗壯、長度較長，一般對玉米秸稈要進行粉碎預處理以便加速分解轉化。常用還田方式一是機械粉碎還田，在玉米收獲后將秸稈粉碎成小段，通過旋耕機或犁等將粉碎后的秸稈翻耕到土壤中，使其在土壤微生物的作用下逐漸腐解，釋放出養分供農作物吸收利用。這種方式在實際生產中應用較為廣泛，具有操作簡便、成本相對較低的優點，能夠快速實現秸稈還田，增加土壤有機質含量。但由于玉米秸稈含有大量的纖維素、半纖維素和木質素，如果粉碎不達標，會導致秸稈在土壤中分解比較慢，影響下茬作物出苗以及生長發育。對質地黏重土壤，直接機械還田對土壤通氣性的改善效果一般。二是秸稈覆蓋還田，將玉米秸稈直接覆蓋在地表，起到保墑、抑制雜草生長以及調節土壤溫度等作用，同時秸稈會在自然環境下通過微生物的分解慢慢釋放養分到土壤中。玉米秸稈通過覆蓋還田，可以對耕地起到保墑作用、同時也可以抑制雜草生長，但覆蓋厚度不易控制，在風大地區易被吹散，還可能滋生害蟲，分解轉化相對要慢，不利于來年作物對養分的吸收利用。尤其在降水較多的地區會對播種等農事操作產生一定影響，需要相應的免耕播種技術或者提前做好排水等措施，以確保農作物能夠正常生長。三是堆肥還田，把玉米秸稈與牛糞、雞糞等畜禽糞便按照合適的碳氮比（一般比例是在25～30∶1左右）混合，添加適量的微生物發酵劑，堆積成一定高1.2 m左右的長方形堆垛，然后進行發酵處理，使得秸稈可以充分腐熟，制成的有機堆肥富含多種養分，施用到土壤中，可顯著提高土壤肥力。但堆肥的周期相對較長，需要占用場地來進行堆積發酵，并且對發酵過程中的溫度、濕度、通風等條件要求較高[4]。

2.2 小麥秸稈利用現狀

2021年小麥秸稈肥料化利用率占可收集量的73.7%，肥料化利用是小麥秸稈主要的利用方式，小麥秸稈含水分較高，通常在15%～20%，有機質主要包括纖維素、木質素、半纖維素，其中，纖維素含量最高，灰分含量一般在5%以下，相對較低，質地柔軟而且保水能力弱，易發生霉變，不容易儲存。小麥秸稈肥料化利用的方式一是直接翻壓還田，在小麥收割后，直接將秸稈粉碎，粉碎后的秸稈翻壓到土壤下層，讓其自然分解轉化為土壤肥力，直接翻壓還田方式在平原地區應用較廣泛，作業效率相對較高，一般翻壓深度控制在20～30 cm左右為宜，能夠充分利用田間作業的便利性，及時將秸稈還田，減少秸稈在田間的堆放時間，降低對環境的影響，同時快速補充土壤的有機質，改善土壤的團粒結構。小麥秸稈直接還田需要合適的土壤含水量和翻壓的深度，如果土壤含水量和深度達不到要求，秸稈在土壤中分解速度較慢，甚至出現與下茬作物爭奪氮素現象，進而影響作物生長初期的養分供應，對作物產量和品質產生一定影響。二是堆漚還田，把小麥秸稈集中堆放在田間地頭或者專門的堆肥場地，加入適量的水、人糞尿或者其他含氮量較高的物質來調節碳氮比，然后覆蓋塑料薄膜等進行堆漚發酵，待秸稈充分腐熟后施用到農田中，可有效改善土壤肥力。相關實踐數據顯示，連續多年采用小麥秸稈堆漚還田的農田，能夠提高土壤的疏松度。秸稈堆漚還田能使秸稈充分腐熟，肥料質量高、養分穩定，但操作較繁瑣，需占用場地，密封不好易產生異味。三是過腹還田，將小麥秸稈作為牲畜的飼料，經過牲畜采食、消化后，其糞便排出體外，再將糞便收集起來通過堆肥等方式制成肥料還田。這種方式實現了秸稈的間接肥料化，不僅能夠充分利用秸稈資源，還借助了牲畜的消化作用，更好地分解秸稈中的部分難分解物質，提高了肥料的有效性，同時牲畜糞便中含有大量的有益微生物，對改善土壤微生態環境也有著積極作用。過腹還田實現了秸稈多級利用，產優質有機肥且改善土壤微生態，但受畜牧業發展規模限制，過腹還田受到影響，同時還需做好衛生防疫工作[5]。

2.3 油菜秸稈肥料化利用現狀

油菜是我國重要的油料作物，每年產生大量的油菜秸稈，2022年全國油菜秸稈肥料化利用量達

1591.1萬t（未統計港澳臺）。油菜秸稈富含纖維素、半纖維素、木質素等有機物質，同時還含有一定量的氮、磷、鉀等營養元素。其纖維素和半纖維素含量較高，木質素含量相對較低，這使得油菜秸稈具有較好的堆肥潛力[6]。此外，油菜秸稈的水分含量適中，一般在10%～15%左右，有利于堆肥過程的進行。油菜秸稈還田常用技術，一是傳統堆肥，傳統堆肥是將油菜秸稈與其他有機廢棄物如畜禽糞便、廚余垃圾等混合在一起，堆積成一定形狀，通過微生物的分解作用進行堆肥，這種堆肥方式操作簡單，成本較低，但堆肥時間較長，且堆肥過程中容易產生異味和病蟲害簡單易行，雖然能增加土壤有機質，但可能存在分解不完全、影響作物生長等情況。二是高溫好氧堆肥，高溫好氧堆肥是在堆肥過程中通過強制通風或翻堆等方式，提供充足的氧氣，使堆體溫度迅速升高到55℃～65℃，并保持一段時間，以殺死病原菌、蟲卵和雜草種子等有害物質。高溫好氧堆肥具有堆肥速度快、效率高、無害化程度高等優點，但對設備和操作要求較高，成本也相對較高。三是厭氧堆肥，厭氧堆肥是在無氧或缺氧的條件下，通過厭氧菌的發酵作用對油菜秸稈進行堆肥。這種堆肥方式堆肥時間較短，實現能源與肥料雙重產出，資源利用高效，但對發酵設備和技術要求較高，初期投資大[7]。

3 結論

我國秸稈能源發展有廣闊前景，一是秸稈資源豐富，具有明顯的秸稈資源優勢，為肥料化利用提供了充足且穩定的原料保障，二是作為傳統農業大國，我國農民對秸稈還田等做法有一定的認知基礎和實踐經驗，在一定程度上有利于新技術、新模式的推廣應用，同時國家政策扶持力度很大，三是國家高度重視秸稈綜合利用，出臺了諸多補貼政策、技術推廣政策等，從資金、技術等方面為秸稈肥料化利用產業發展提供了有力支持。不足之處一是技術配套不完善，部分肥料化技術缺乏完善的配套機械和農藝措施，在實際應用中受地形、土壤等條件限制較大，影響了利用效果和推廣范圍，二是我國地域遼闊，不同地區的農業種植結構、土壤類型、氣候條件等差異顯著，難以制定統一的、普適性的肥料化利用模式，增加了推廣難度。三農民意識不足：部分農民對秸稈肥料化利用的科學原理、優勢缺乏深入了解，存在顧慮，如擔心影響作物產量等，導致參與積極性不高，制約了利用效率的提升。綜上所述，秸稈肥料化利用雖已取得一定進展，但仍面臨諸多挑戰，需要各方協同合作，不斷探索創新，以充分發揮秸稈在農業生態系統中的價值。

參考文獻

[1] 嚴東權，薛穎昊，徐志宇，等.我國農作物秸稈直接還田利用現狀、技術模式及發展建議[J].中國農業資源與區劃，2023，44（4）：1-14.

[2] 于博，徐松鶴，任琴，等.秸稈還田研究進展及內蒙古玉米秸稈深翻還田現狀[J].作物雜志，2022（2）：6-15.

[3] 畢于運，高春雨，王紅彥，等.農作物秸稈綜合利用和禁燒管理國家法規綜述與立法建議[J].中國農業資源與區劃，2019，40（8）：1-10.

[4] 石祖梁，王飛，王久臣，等.我國農作物秸稈資源利用特征、技術模式及發展建議[J].中國農業科技導報，2019，21（5）：8-16.

[5] 高利偉，馬林，張衛峰，等.中國作物秸稈養分資源數量估算及其利用狀況[J].農業工程學報，2009，25（7）：173-179.

[6] 叢宏斌，姚宗路，趙立欣，等.中國農作物秸稈資源分布及其產業體系與利用路徑[J].農業工程學報，2019，35（22）：132-140.

[7] 曹國良，張小曳，王亞強，等.中國區域農田秸稈露天焚燒排放量的估算[J].科學通報，2007（15）：1826-1831.