玉米秸稈還田結合不同耕作方式的種植技術實踐

針對玉來秸稈資源化利用與耕作方式優(yōu)化的雙重需求，本研究通過田間試驗與理論分析，系統(tǒng)探討了秸稈還田與不同耕作方式的協(xié)同作用機制及其對土壤質量、作物產量和生態(tài)效益的影響。本研究提出的技術適配方案為不同生態(tài)區(qū)玉米可持續(xù)生產提供了理論依據(jù)與實踐參考，未來需進一步結合智能化農機裝備與長期定位試驗，完善技術標準化體系。

玉米作為我國第一大糧食作物，其年產量占全球總產量的20% 以上，而秸稈資源量亦高達2.8億噸/年。傳統(tǒng)處理方式中，秸稈焚燒不僅造成資源浪費，更引發(fā)嚴重的大氣污染問題；而直接還田若缺乏科學配套技術，易導致土壤病菌累積、養(yǎng)分失衡及出苗率下降。與此同時，長期單一耕作模式引發(fā)的土壤結構破壞、有機質下降及水土流失問題日益凸顯，嚴重威脅農業(yè)可持續(xù)發(fā)展。在此背景下，探索秸稈還田與耕作方式的協(xié)同優(yōu)化技術，成為實現(xiàn)玉米生產“藏糧于地、藏糧于技”戰(zhàn)略的關鍵路徑。

一、玉米秸稈還田技術原理與模式

1、秸稈還田的生態(tài)效應

玉米秸稈還田是改善農田生態(tài)系統(tǒng)功能的重要途徑，其生態(tài)效應體現(xiàn)在土壤結構、肥力及微生物活性等多個層面。首先，從物理結構看，秸稈還田能夠顯著優(yōu)化土壤孔隙度與團聚體穩(wěn)定性。秸稈分解過程中形成的腐殖質可包裹土壤顆粒，促進微團聚體向大團聚體轉化，使土壤容重降低 0.1-0.3g/cm³ ，總孔隙度增加。這種結構改善不僅增強了土壤通氣透水性，還為根系生長提供了疏松環(huán)境，尤其在黏重土壤中效果更為顯著。其次，在養(yǎng)分循環(huán)方面，秸稈富含的碳、氮、磷、鉀等元素通過礦化作用逐步釋放。研究表明，每噸玉米秸稈(干基)含氮約8— 12kg 磷2-4kg、鉀 15-20kg ，還田后第1年可釋放 30%-40% 的氮素，滿足玉米生長前期需求。同時，秸稈分解產生的有機酸能活化土壤中的難溶性養(yǎng)分，將無效態(tài)磷轉化為有效磷，提高磷素利用率。長期還田還可提升土壤陽離子交換量(CEC)，增強保肥能力。此外，微生物群落是秸稈還田生態(tài)效應的核心驅動者。秸稈中的纖維素、半纖維素為真菌、細菌等微生物提供碳源，刺激其繁殖與代謝。研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田后土壤細菌數(shù)量可增加1—2個數(shù)量級，放線菌與真菌比例趨于平衡。這些微生物通過分泌胞外酶加速秸稈分解，同時形成穩(wěn)定的土壤微生物一有機質復合體，促進

碳的長期固存。

2、秸稈還田關鍵技術參數(shù)

秸稈還田效果受還田量、粉碎程度、還田時間及配套措施等多重因素影響，需科學調控以實現(xiàn)最佳效益。還田量需根據(jù)土壤質地與種植制度確定。一般推薦全量還田用于地力基礎較好的田塊，而黏重土壤或新墾耕地宜采用半量還田，避免碳氮比失衡導致微生物與作物爭氮。過量還田可能引發(fā)土壤通氣不良，影響種子發(fā)芽與幼苗生長。粉碎程度直接影響秸稈分解速率。研究表明，秸稈長度控制在5— 10cm 時，分解效率比未粉碎秸稈提高40% 一 60% 。粉碎過細雖能加速腐解，但可能增加機械能耗與王壤壓實風險。還田時間需與耕作制度銜接，北方旱作區(qū)宜在玉米收獲后立即還田，利用秋冬季低溫前的窗口期促進微生物活動；而水田或雨季還田需防范秸稈漂浮或厭氧發(fā)酵產生的有害氣體。

配套措施是保障還田效果的關鍵。氮肥調控尤為重要，建議每噸秸稈增施純氮 5-8kg ，以平衡碳氮比(C:N)至25:1，緩解微生物分解秸稈時的氮素競爭。添加秸稈腐熟劑可縮短腐解周期15—20天，但需注意菌種與土壤環(huán)境的適配性。此外，深松或旋耕等耕作措施有助于秸稈與土壤充分混合，避免表層富集導致的保能力下降。

3、典型還田模式對比

當前玉米秸稈還田模式主要包括粉碎翻埋、覆蓋還田與生物炭化還田，其適用性與效果差異顯著。粉碎翻埋還田通過機械作業(yè)將秸稈均勻混入 10-20cm 王層，適合地力中等、耕作條件較好的區(qū)域。該模式能快速提升土壤有機質含量，但翻耕可能破壞土壤團聚體結構，增加水土流失風險。

覆蓋還田分為地表覆蓋與溝埋兩種形式。地表覆蓋可減少土壤水分蒸發(fā)，抑制雜草生長，但低溫季節(jié)可能影響地溫回升，導致出苗延遲。溝埋還田將秸稈集中填埋于播種帶兩側，既保留覆蓋優(yōu)勢，又避免秸稈直接接觸種子。該模式可降低土壤侵蝕，但需配套免耕播種機以避免機械擁堵。

生物炭化還田是將秸稈熱解為生物炭后還田的新興模式。生物炭具有多孔結構與高穩(wěn)定性，可提升土壤碳庫容量與保水能力。然而，該技術需額外投入熱解設備，成本較高，目前多用于高附加值作物產區(qū)或污染土壤修復。

綜合來看，不同還田模式需根據(jù)區(qū)域氣候、土壤條件及生產目標選擇。例如，干旱區(qū)宜優(yōu)先采用覆蓋還田以保，而地力提升需求迫切的區(qū)域可結合粉碎翻埋與有機肥配施。

二、不同耕作方式的技術特征

1、傳統(tǒng)耕作方式分析

傳統(tǒng)耕作方式，長期以來在農業(yè)生產中占據(jù)主導地位，以鏵式犁翻耕和旋耕為典型代表，其核心目標在于通過機械作用對土壤結構進行重塑，從而為作物播種創(chuàng)造出一個疏松且適宜的種床環(huán)境。

首先，鏵式犁翻耕，作為一種深度耕作方式，其工作原理主要依賴于犁鏵的特殊設計。犁鏵在牽引力的作用下切入土壤，將表層土壤翻轉至下層，這一過程中，耕作深度通常可達20—30cm 這種深度翻耕具有顯著的優(yōu)勢，它能夠有效地將秸稈殘茬和雜草種子掩埋于土壤深層，從而減少病蟲害的滋生源頭，降低農作物受病蟲害侵襲的風險。然而，長期連續(xù)的翻耕作業(yè)會對土壤結構產生不利影響。土壤團聚體，作為土壤結構的基本單元，在翻耕過程中極易遭到破壞，導致土壤顆粒分散，進而使得表層有機質加速礦化分解，土壤肥力下降。特別是在坡地或風蝕區(qū)，翻耕后疏松的土壤由于缺乏植被覆蓋和土壤結構的保護，更易發(fā)生水土流失現(xiàn)象，造成土壤資源的嚴重損失。其次，旋耕則是利用旋耕刀片的高速旋轉切割作用，將土壤切碎并充分混合。其耕作深度一般為 10-15cm ，相較于翻耕，旋耕作業(yè)效率更高，能夠在短時間內完成大面積的土壤耕作任務。而且，旋耕后形成的田面較為平整，有利于后續(xù)機械化播種作業(yè)的順利進行，提高了農業(yè)生產的效率和精準度。但旋耕的淺層擾動特性也限制了其對深層土壤的改良效果。長期旋耕會導致犁底層逐漸加厚，一般可達 12-15cm ，這層緊實的犁底層會阻礙作物根系的下扎和水分的下滲，影響作物對土壤深層水分和養(yǎng)分的吸收利用。在黏重土壤中，旋耕還可能形成更為緊實的犁底層界面，進一步增加土壤板結的風險，降低土壤的透氣性和透水性，不利于作物的生長。

傳統(tǒng)耕作方式的適應性在很大程度上受到氣候與土壤條件的制約。在冬春季節(jié)，頻繁的翻耕作業(yè)會破壞土壤表面覆蓋，使土壤暴露在外，易導致土壤風蝕，造成土壤肥力下降和生態(tài)環(huán)境惡化。

2、保護性耕作技術

保護性耕作作為一種先進的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展技術體系，其核心在于最小化土壤擾動并維持地表覆蓋，旨在通過科學手段實現(xiàn)土壤保護、生態(tài)修復與農業(yè)生產的協(xié)同共進。該技術體系主要涵蓋免耕與深松兩種關鍵耕作方式，每種方式均蘊含著深厚的專業(yè)內涵與技術精髓。

首先，免耕技術，作為保護性耕作的重要組成部分，其本質在于徹底摒棄傳統(tǒng)的鏵式犁翻耕作業(yè)，轉而采用直接在前茬作物殘茬上播種的創(chuàng)新模式。這一轉變不僅極大地減少了土壤的物理擾動，更使得地表秸稈覆蓋率得以穩(wěn)定維持在 30% 以上，形成了一層天然的土壤保護屏障。從土壤侵蝕控制的角度來看，免耕技術通過減少雨滴直接擊打土壤表面和降低地表徑流速度，顯著降低了水蝕和風蝕的風險。同時，由于減少了機械壓實作用，土壤容重相較于傳統(tǒng)翻耕方式可降低 0.05-0.1g/cm³ ，這一變化直接促進了土壤孔隙度的增加，為作物根系提供了更加疏松、透氣的生長環(huán)境，有利于根系的深扎與擴展，進而增強了作物的水分吸收能力和抗逆性。其次，深松技術，則是通過特制的深松鏟深入土壤，以非翻轉的方式打破長期形成的犁底層，其作業(yè)深度可達 30-40cm 。這一深度范圍的選擇，是基于對土壤結構和作物根系生長需求的深入考量。深松作業(yè)能夠顯著改善土壤的通透性，促進空氣、水分和養(yǎng)分在土壤中的垂直遷移，為作物根系的下扎和深層土壤水分的有效利用創(chuàng)造了有利條件。華北平原的對比試驗數(shù)據(jù)表明，深松后玉米根系分布深度可增加15— 20cm ，土層水分含量顯著提高，這對于提升作物抗旱能力和產量具有重要意義。此外，深松作業(yè)還加速了秸稈腐解產物的垂直遷移，使得深層土壤有機質含量得到有效提升，進一步改善了王壤肥力。然而，深松作業(yè)的實施需配套重型機械，且深松間隔需根據(jù)土壤類型進行精細調整。對于黏重土壤，建議每2—3年進行1次深松作業(yè)；而對于砂壤土，則可適當延長至4一5年，以確保土壤結構的穩(wěn)定性和可持續(xù)性。

盡管保護性耕作技術帶來了顯著的生態(tài)效益，但在實際應用過程中也面臨著一系列挑戰(zhàn)。免耕初期，由于地表覆蓋物的存在，可能會產生低溫效應，導致種子發(fā)芽延遲。特別是在春季低溫地區(qū)，這一問題尤為突出。因此，需選擇耐低溫品種或調整播種期以應對這一挑戰(zhàn)。深松后，表層土壤變得疏松，若遇暴雨天氣，易引發(fā)地表徑流和土壤侵蝕。為此，需結合秸稈覆蓋或等高種植等輔助措施，以減少雨水對土壤的沖刷作用。

3、復合耕作模式

復合耕作模式作為現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展的重要創(chuàng)新，通過科學整合旋耕、深松、免耕等多種耕作技術，實現(xiàn)了土壤改良與生產效率的有機統(tǒng)一。首先，旋耕一深松聯(lián)合作業(yè)作為該模式的典型代表，其技術原理在于先利用旋耕機刀片的高速旋轉，將表層土壤破碎成細小顆粒，有效改善土壤團粒結構，增強土壤透氣性和保水性。隨后，深松鏟以較大的工作深度插入土壤，打破長期耕作

46|農民致富友

形成的堅硬犁底層，促進土壤深層的水分、養(yǎng)分和空氣交換，為作物根系向深層生長創(chuàng)造有利條件。這種模式在黃淮海平原應用廣泛，旋耕深度 12-15cm 配合深松 35-40cm ，使玉米根系分布更均勻。其次，條帶耕作則是一種基于空間分區(qū)的優(yōu)化耕作方式。它根據(jù)作物生長需求和土壤特性，將農田劃分為播種帶和非播種帶。在播種帶進行 8-10cm 的淺旋耕，為種子發(fā)芽和幼苗生長提供疏松、肥沃的種床；非播種帶則保持免耕或深松狀態(tài)，減少土壤擾動，保護土壤結構和微生物群落。條帶耕作結合秸稈覆蓋技術，免耕帶的秸稈能夠有效減少風蝕和水蝕，保持土壤肥力；旋耕帶則為玉米生長提供了良好的土壤環(huán)境，促進了玉米根系的發(fā)育和養(yǎng)分的吸收，從而顯著提高了玉米產量。

復合耕作模式的優(yōu)勢不僅體現(xiàn)在其技術整合上，更在于其靈活性和適應性。針對不同氣候條件和土壤類型，可以靈活調整耕作技術的組合方式。例如，在干旱區(qū)可采用\"深松 ⁺ 秸稈覆蓋 _?+ 免耕播種\"組合，通過深松打破犁底層、秸稈覆蓋減少水分蒸發(fā)、免耕播種保護土壤結構，實現(xiàn)節(jié)水保和增產增收；而在多雨區(qū)則適用“旋耕 + 條帶深松\"模式，通過旋耕改善土壤透氣性、條帶深松促進排水和根系發(fā)育，提高作物的抗?jié)衬芰彤a量穩(wěn)定性。

三、秸稈還田與耕作方式的協(xié)同機制

1、土壤物理性狀響應

秸稈還田與耕作方式的協(xié)同作用對土壤物理性狀產生顯著影響，主要體現(xiàn)在土壤結構改善與水分管理優(yōu)化兩方面。秸稈還田后，其分解過程中釋放的有機物質與土壤顆粒結合，形成穩(wěn)定的團聚體結構。傳統(tǒng)翻耕雖能短期內增加土壤疏松度，但長期翻耕易破壞大團聚體，導致土壤板結。而保護性耕作結合秸稈還田，則能有效促進土壤團聚體的形成與穩(wěn)定。例如，深松打破犁底層后，秸稈腐解產物可隨水分下滲至深層土壤，增加土壤孔隙度與通氣性。

在水分管理方面，秸稈覆蓋還田能顯著減少土壤水分蒸發(fā)，提高土壤保水能力。免耕條件下，秸稈層形成天然屏障，使土壤蒸發(fā)量降低，尤其在干旱季節(jié)效果更為顯著。而深松結合秸稈還田則通過增加土壤深層儲水空間，提高土壤的水分入滲率與持水能力。

2、土壤化學性質變化

秸稈還田與耕作方式的協(xié)同作用對土壤化學性質產生深遠影響，主要體現(xiàn)在養(yǎng)分循環(huán)與酸堿平衡兩方面。秸稈富含的碳、氮、磷、鉀等元素在分解過程中逐步釋放，為作物生長提供養(yǎng)分。傳統(tǒng)翻耕雖能促進秸稈與土壤的混合，但易導致養(yǎng)分快速礦化流失。而保護性耕作結合秸稈還田，則能減緩養(yǎng)分釋放速率，提高養(yǎng)分利用率。例如，免耕條件下秸稈覆蓋層能減少養(yǎng)分隨雨水淋失，使土壤有機質逐年增加，全氮含量提高。

在酸堿平衡方面，秸稈還田能顯著降低土壤酸度，緩解土壤酸化問題。秸稈分解過程中產生的有機酸雖短期內可能降低土壤pH值，但長期還田能增加土壤陽離子交換量(CEC)，促進鈣、鎂等鹽基離子的吸附，從而中和土壤酸性。研究表明，連續(xù)5年秸稈還田使土壤 pH 值提高0.1—0.3個單位，交換性鋁含量降低，有效改善了土壤酸堿環(huán)境。此外，深松結合秸稈還田還能促進深層土壤養(yǎng)分的活化與遷移，使土壤養(yǎng)分分布更均勻，提高作物對養(yǎng)分的吸收效率。

3、土壤生物學特性

秸稈還田與耕作方式的協(xié)同作用對土壤生物學特性產生積極影響，主要體現(xiàn)在微生物群落結構與酶活性兩方面。秸稈為土壤微生物提供了豐富的碳源與能源，促進了微生物的繁殖與代謝。保護性耕作減少了土壤擾動，為微生物創(chuàng)造了穩(wěn)定的生存環(huán)境。例如，免耕結合秸稈還田使土壤細菌數(shù)量增加1—2個數(shù)量級，真菌與放線菌比例趨于平衡，微生物多樣性顯著提高。

在酶活性方面，秸稈還田能顯著提高土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶等水解酶的活性，加速有機質的分解與養(yǎng)分的釋放。深松結合秸稈還田還能促進土壤深層微生物的活性，使酶活性在垂直剖面上分布更均勻。研究表明，深松 30cm 配合秸稈還田可使土層蔗糖酶活性及脲酶活性提高，顯著增強了土壤的生物化學過程。這些酶活性的提高不僅促進了秸稈的分解與養(yǎng)分的轉化，還為作物生長提供了充足的養(yǎng)分供應。

綜上所述，本研究系統(tǒng)解析了玉米秸稈還田技術原理、耕作方式特征及其協(xié)同機制，明確了優(yōu)化路徑對農田生態(tài)系統(tǒng)功能提升的關鍵作用。結果表明，秸稈還田通過改善土壤結構、提升肥力及激活微生物活性，與保護性耕作協(xié)同可顯著提高土壤孔隙度與保水能力，促進養(yǎng)分緩慢釋放與酸堿平衡，增強微生物活性與酶活性，形成良性循環(huán)的土壤生態(tài)體系。

（作者單位：150000黑龍江省現(xiàn)代農業(yè)試驗示范中心）