秸秆还田的作用与途径

农业生产的过程是一个能量转换的过程。作物在生长过程中要不断消耗能量，也需要不断补充能量，需要不断调节土壤中水、肥、气、热等的含量。但是，就我国目前的土地耕作情况看，近乎掠夺式的过度耕作经营，以及片地单一大量使用化肥，追求短期效益，造成了土壤有机质含量和肥力下降、土层板结、农业后劲严重不足。以我区为例，经测试，大部分地区土壤有机质含量只有0.5%~0.7%，土壤有机质含量和肥力低，已成为制约农业可持续发展的一个重要因素。
秸秆还田是保护性耕作技术的关键技术措施之一，它促进了农业节水、节本、增产、增效、环保和可持续发展。农四师秸秆还田面积年年增加，效果显著。2003年秸秆还田73010hm2，平均提高粮食产量10％~15％，降低生产成本100~150元／hm2，有效地防止了农作物秸秆焚烧，改善了生态环境，增加了农民收益。
1．实施秸秆还田作用
(1)秸秆还田补充了土壤养分。作物秸秆含有一定养分和纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质和灰分元素，既含有较多有机质，还有氮、磷、钾等营养元素。如果全部籽粒和秸秆被从田间运走，那么残留在土壤中的有机物一般说来仅有10％左右，造成土壤肥力下降，因此，只有通过施肥或秸秆还田等多种途径才能得以补充。
(2)秸秆还田促进了微生物活动。土壤微生物在整个农业生态系统中具有分解土壤有机质和净化土壤的重要作用。有机物的合成由植物叶绿素完成，有机物的分解则由微生物来完成。如果只有有机物的合成而没有有机物的分解，绿色植物就得不到足够数量的无机养分，农业生产就难以进行。秸秆还田给土壤微生物增添了大量能源物质，随之各类微生物数量和酶活性也相应增加；实行秸秆还田一般可增加微生物总数的18.9％，接触酶活性可增加33%，转化酶活性可增加47%，尿酶活性可增加17%，。这就加速了对有机物质的分解和矿物质养分的转化，使土壤中的氮、磷、钾等元素增加，土壤养分的有效性也有所提高。经微生物分解转化后产生的纤维素、木质素、多糖和腐殖酸等黑色胶体物，具有粘结土粒的能力，同粘土矿物形成有机与无机的复合体，促进土壤形成团粒结构，使土壤容量减轻，一般下降0.10~0.15g/cm3，孔隙度增加3%~6%，含水量提高1.5%。这样就增加了土壤中水、肥、气、热的协调能力，提高了土壤保水、保肥、供肥的能力，改善了土壤理化性状。
(3)秸秆还田可减少化肥使用量：化肥对于农业获得高产的作用是明显的，但长期过量使用．导致土壤板结、肥力破坏、环境污染。我国化肥使用量大大超过世界化肥使用量的平均水平。在国际上，农业发达国家都很注重施肥结构，如美国化肥的施用量一直控制在总施肥量的1／3以内，加拿大、美国大部分玉米。小麦秸秆都还田。作物所吸收的氮主要来自土壤中的原有氮素。来自化肥的仅占23％~24％。这说明即使施用化贮，土壤有机物对作物生长仍然是最重要的。所以秸秆还田是弥补化肥长期使用缺陷的极好办法。
(4)秸秆还田可改善农业生态环境。前几年，农四师80％的秸秆主要采取燃烧处理，污染空气、影响交通、土壤表土焦化，有时还引起火灾：即使没有焚烧，又不采取秸秆综合利用，秸秆随意处置仍会影响农业生态环境。因此，农四师提出在“十五”期间基本实现农业废弃物的综合利用。
2.秸秆还田的途径
秸秆还田的途径有直接还田和间接还田。就地焚烧秸秆是不可取的。被焚烧的秸秆中含有的大量氮素飘入大气中造成污染，只留下田间一些灰分。同时焚烧时还影响交通，易造成火灾烧坏树木。
(1)间接还田。①过腹还田。秸秆先作饲料，经禽畜消化吸收后变成粪、尿还田。我国民间素有秸秆作粗饲料养畜的传统：目前约。有20％经过处理用作饲料，大部分仅经切碎至3~5cm后直接饲喂家畜。随着秸秆处理技术的提高和推广，青贮、氨化等技术已明显加快，1990~2000年间全国累计青贮饲料850Mt，年递增14.24%；氨化秸秆饲料0.28亿，年递增36.96%。秸秆过腹还田，不仅可以增加禽畜产品，还可为农业增加大量的有机肥，降低农业成本，促进农业生态良性环。②堆沤发酵还田。其形式有厌氧发酵和好氧发酵2种。厌氧发酵是把秸秆堆后、封闭不通风；好氧发酵是把秸秆堆后，在堆底或堆内设有通风沟。经发酵的秸秆可加速腐殖质分解制成质量较好的有机肥，作为基肥还田：近几年各地研制试用了一批高效快速不受农时限制的堆沤肥新技术成果，受到农民的欢迎。③秸秆气化，废渣还田：“秸秆气化、废渣还团”是一种生物质热能气化技术：秸秆气化后，其生成的可燃性气体(沼气)可作为农村生活能源集中供气，气化后形成的废渣经处理作为肥料还田：秸秆炭化、草灰还田，秸秆经不完全燃烧后，变成保留养分的草木灰作肥料还田。
(2)秸秆直接还田。秸秆直接还田是最经济、最有效、最现实的一条途径，它不需收集、运输、加工、抛撤等，同时还可以防止秸秆腐烂过程N、K等养分的损失，促进维生素B和作物生长激素的积累。英国洛桑实验，从1934~1951年连续18年对比试验结果表明，直接还田比堆沤还田产量高。秸秆直接还田采用机械作业，农四师2001、2002年机械化秸秆还田面积分别为68170hm2和65920hm2，2003年达到73010hm：，平均提高粮食产量10％~15％，降低生产成本100~150元／hm2，有效地防止了农作物秸秆焚烧，改善了生态环境，减轻了农民负担，增加了农民收益。
3.秸秆还田与保护性耕作技术路线
农4师农作物秸秆主要是水稻、小麦、油菜、玉米、棉花等秸秆，还田的主要程序是切碎、抛撒、翻压。
(1)小麦秸秆还田。小麦秸秆还田因有2种收获机具，故有2种技术路线。一是用全喂入联合收割机收获，其技术路线：收获→秸秆切碎→抛撒→施肥→反转灭茬旋耕机耕作埋压→灌水→人工摊平→播种。用带秸秆切碎装置的联合收割机收获，其技术路线：收获→施肥→反转灭茬旋耕机耕作埋压→灌水→摊平→播种。
(2)水稻秸秆还田。水稻用带秸秆切碎装置的半喂入联合收割机收获，其技术路线：收获→施肥→反转灭茬旋社机耕作埋压→播种→开沟机开沟覆土。
(3)油莱秸秆还田。用油莱收割机收获，其技术路线：收获→秸秆切碎、抛撒→施肥→驱动圆盘犁耕翻埋压或反转灭茬旋耕机耕作埋压。
4．秸秆覆盖还田的作用与作业要求
(1)秸秆覆盖还田的作用。①能够有效地遮挡阳光直射地表，减少土壤水分蒸发和地表风蚀(较地表裸露减少水分损失30％~40％)，提高水分利用率，增强农作物抗旱的能力。②防止大雨对地表直接冲击造成的土壤渗水毛细管封闭、渗水能力下降、水土流失和环境恶化，减少地表雨水径流(较传统土地耕翻地表大雨径流减少80％以上，雨水利用率提高15％~18％)，最大限度地蓄存雨水。③秸秆内寄生有大量虫卵和病菌，覆盖地表通过长时间阳光紫外线辐射和伏天高温、冬天严寒灭杀，可有效地抑制病虫害的发生。④秸秆分解腐烂，可增加土壤有机肥力，改善土壤结构；减少化肥用量，提高粮食产量和品质。连年秸秆覆盖还田，土壤有机质含量年递增0.04％~0.06％，粮食增产10％~15％，干旱年份增产效果更为显著。⑤可抑制杂草生长和冬天提高地温，促进小麦分蘖和安全越冬。⑥可防止秸秆焚烧造成的资源浪费和环境污染。
(2)作业要求。秸秆覆盖率大于30％，覆盖均匀，播种机能够顺利地完成播种，保证种子正常发芽和出苗。
5.秸秆覆盖种类与效果
(1)直茬覆盖。主要应用于小麦联合收割机收获后，小麦高茬覆盖地表面。秸秆直茬覆盖和免耕播种相结合，蓄水、保墒、增产效果明显，生产工序少，生产成本低，便于抢农时播种，但作业技术要求高，直茬容易失火。该技术大多用于水浇地小麦直茬复播玉米和干旱山区小麦生产。与传统生产相比：旱地小麦生产减少工序2~3道，降低生产成本300~375元／hm2，提高粮食产量20％~25％；水浇地2茬减少生产工序3~4道，降低生产成本300~525元／hm2，提高粮食产量10％~15％，节约用水25％~30％。
(2)粉碎覆盖。主要用秸秆还田机对农作物秸秆直接粉碎后覆盖。秸秆粉碎覆盖地表效果好，农民易接受。秸秆碎，易播种，适应性强。与深松、免耕播种技术相结合，形成高质量的保护性耕作技术，大多用于土壤肥沃、地块平整、交通便利的干旱地区小麦生产；与浅耕播种技术相结合，应用面积大，适应范围广，大多用于玉米秸秆粉碎浅旋耕播种小麦和一年一作小麦高产区生产。与传统生产相比，早地小麦生产减少工序1~2道，降低生产成本225~300元／hm2，提高粮食产量15％~20％；水浇地2茬作物减少工序2~3道，降低生产成本300~375元／hm2，提高粮食产量10％~15％，节约用水15％~20％。
(3)带状免耕覆盖。用带状免耕播种机在秸秆直立状态下直接播种。这是新型示范推广的保护性耕作技术。作业内容是带状免耕、秸秆集垄覆盖、垄际耕作播种，该技术适应性强，生产工序少，生产成本低，应用效果好。大多用于玉米收获后直立秸秆状态下直接播种小麦。与传统生产相比：旱地小麦生产减少工序2~3道，降低生产成本375~450元／hm2，提高粮食产量10％~15％；水浇地2茬作物减少生产工序3~4道，降低生产成本525~600元／hm2，提高粮食产量8％~12％，节约用水10％~15％。
(4)浅耕覆盖。用旋耕机或旋播机对秸秆覆盖地进行浅耕地表处理，以达到其他处理方式的效果。属于保护性耕作发展中的过渡技术，将逐步被免耕覆盖取代。