秸秆还田解读及江西棉区棉秆还田实践

熊新民;伍琦;曾小林;夏修贵;陈洪梁;伍志国

【摘 要】随着我国农业生产水平的不断提高,作物秸秆的产量也会越来越高,提高秸秆的综合利用率,不仅能减少资源的浪费和环境污染,减少农业用工争抢农时季节,还可以提高整个农业生产系统的产出水平.2011 ～ 2012年在江西丘陵棉区的永修、瑞昌及九江县开展了连续两年的棉秸秆机耕还田实践,通过旋耕机直接破秆与耕地,在耕地的过程中将棉秆直接截断并埋入土中.节约了大量用于拔棉秆的人工,省工节本,也避免了棉秆野外燃烧产生烟尘对大气环境的污染.棉秸秆在土壤中约3个月就会腐烂,对后茬棉花直播或移栽没有影响,且有培肥地力作用,有助于棉花增产. 【期刊名称】《棉花科学》 【年(卷),期】2013(035)006 【总页数】7页(P8-14)

【关键词】秸秆还田;解读;江西棉区;耕作实践 【作 者】熊新民;伍琦;曾小林;夏修贵;陈洪梁;伍志国

【作者单位】江西省通用工程技术学校,江西永修330306;江西省棉花研究所,江西九江332105;江西省棉花研究所,江西九江332105;江西省瑞昌市农业局,江西瑞昌332200;江西省瑞昌市农业局,江西瑞昌332200;江西省瑞昌市农业局,江西瑞昌332200

【正文语种】中 文 【中图分类】S562.09

农作物秸秆还田技术主要是以粉碎、破茬、深耕和耙压等机械化作业方式，将农作物秸秆粉碎后直接还到土壤中去，增加土壤有机质，培肥地力，提高作物产量，减少环境污染，省工节本的一项综合配套技术［1］。

世界上农业发达的国家大都非常重视土地的用养结合和发展生态农业，一般把化肥施用量控制在施肥总量的1/3左右，秸秆还田和农家肥施用量占施肥总量的2/3［1］。目前中国农作物秸秆用于还田的仅占1.7％，大部分地区由于没有采取有效的还田措施，致使耕地连年种植得不到休养，土壤有效成分得不到及时补充，土壤有机质含量逐年下降，中国土壤有机质含量全国平均只有1.5％，只是美国全国平均的一半，农业生产处于重用轻养的掠夺式经营状态［1］。同时由于化肥施用量逐年增大 （中国耕地占世界的7％，化肥用量占世界化肥总用量的27％），致使土壤板结，地力衰退，造成农作物营养不良和病虫害多的严重后果，因此，秸秆还田技术具有很大的发展潜力和空间［1－6］。

国家发展改革委员会于2011年12月19日发布公告称，按照与农业部、财政部联合制定的“十二五”农作物秸秆综合利用实施方案，要求到2013年秸秆综合利用率达到75％，到2015年超过80％，秸秆机械化还田面积达到40000000 hm2，基本建立较完善的秸秆田间处理、收集、储运体系，形成布局合理、多元化综合利用的产业化格局［3］。

随着中国农业生产水平的不断提高，作物秸秆的产量也会越来越高，提高秸秆的综合利用率，不仅能减少资源的浪费和环境污染，减少农业用工争抢农时季节，还可以提高整个农业生产系统的产出水平，是实现农业可持续发展的重要内容，同时，机械化还田技术具有显著的经济效益和社会效益［1，4］。

秸秆是成熟农作物茎叶部分的总称，农作物秸秆通常指小麦、水稻、玉米、薯类、油料、棉花、甘蔗和其他农作物在收获经济部分后的剩余部分，农作物光合作用的产物有一半以上存在于秸秆中，秸秆富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等，是一种

具有多用途的可再生的生物资源［5］。农作物秸秆过去多用作燃料，现在有用作培养食用菌的原料，也有作木质纤维板材料，也是一种粗饲料。特点是粗纤维含量高 （30％～40％），并含有木质素等。木质素虽不能为猪、鸡所利用，但却能被反刍动物牛、羊等牲畜吸收和利用。

中国农民对作物秸秆的利用有悠久的历史，只是由于从前农业生产水平低、产量低，秸秆数量少，秸秆除少量用于垫圈、喂养牲畜，部分用于堆沤肥外，大部分作为民用及工业燃料烧掉。随着农业生产的发展，自20世纪80年代以来，农作物种植面积进一步扩大，产量大幅提高，秸秆数量也随之增多，加之省柴节煤技术的推广，燃煤、液化气和节电技术的普及，使农村中有大量富余秸秆［3，6］。 1.1 利用秸秆直接还田或堆制有机肥

在收获农作物主要经济部分的同时，将秸秆粉碎，均匀撒在田间，用机械翻入土内。也可利用生物化学技术加速作物秸秆腐烂，提高堆肥的温度、速度、缩短堆肥的周期。堆肥一年四季均可生产，并且操作方便、省工、省时、养分含量高。 1.2 用作生产食用菌的优质原料

农作物秸秆能为生产食用菌提供大量的优质原材料，可用麦秸生产双孢菇，用稻草生产草菇，用棉籽壳生产平菇，用锯屑及玉米棒 （芯）生产香菇、木耳等，现在还可以生产药用灵芝等等。 1.3 利用秸秆作动物饲料

作物秸秆可以直接用作食草动物的饲料，但适口性较差，采食量少；也可以粉碎成草糠，作动物辅助饲料。秸秆氨化处理后，粗蛋白由3％～4％提高到8％左右，有机物的消化率提高10～20个百分点，并含有多种氨基酸，可以代替30％～40％的精饲料，还可杀死草籽，防止霉变；因此，秸秆氨化处理后喂羊、牛等效果很好。 1.4 秸秆还可以作为工业原料

经辗磨处理后的秸秆纤维与树脂混合物在金属模中加压成型处理，可制成各种各样

的低密度纤维板材。再在其表面加压和化学处理，可用于制作装饰板材和一次成型家具，具有强度高、耐腐蚀、防火阻燃、美观大方及价格低廉等特点。这种秸秆板材的开发，对于缓解国内木材供应数量不足和供求趋紧的矛盾、节约森林资源、发展人造板产业具有十分重要的意义［7］。秸秆还可用来生产一次性卫生筷、快餐盒，使用后可自然生物降解，无毒无害不产生任何环境污染。 1.5 秸秆用作能源

秸秆能源技术包括秸秆气化制气、秸秆压块成型制炭、生活燃料等形式。其中秸秆气化目前在国内已开始得到较大规模的推广应用。秸秆气化是以农作物秸秆为原料，在缺氧状态下加热反应而实现能量转换，使秸秆中的碳、氢、氧等元素变成一氧化碳、氢气、甲烷等可燃性气体，并去除焦油、灰分等杂质，从而成为可直接供人们生活和工业生产用的优质能源［7］。

中国全国一年农作物的秸秆产量在9亿吨以上，至少有三分之一被烧在地里了，相当于白白烧掉了1亿吨标准煤［8－9］。且对生态环境和人身安全影响较大。 2.1 污染空气，危害人体健康

焚烧秸秆时会释放大量的二氧化碳，此外还会导致大气中二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物三项污染指数明显升高。秸秆焚烧产生的滚滚浓烟中二氧化硫的浓度比正常大气高出一倍，二氧化氮、可吸入颗粒物的浓度则要高出三倍，当可吸入颗粒物浓度达到一定程度时，会对人的眼睛、鼻子和咽喉等具有黏膜的器官产生较大刺激，轻则造成咳嗽、胸闷、流泪，严重时可能导致支气管炎的发生［5］。 2.2 引发火灾，威胁人们的生命财产安全

秸秆焚烧，极易引燃周围的易燃物，尤其是在村庄、树木、电线杆附近，一旦引发火灾，后果将不堪设想［］。

2.3 引发交通事故，影响道路交通和航空安全

焚烧秸秆形成的烟雾，造成空气能见度下降，可见范围降低，直接影响民航、铁路、

高速公路的正常运营，容易引发交通事故而影响人身安全。机场每逢农作物收割季节都深受秸秆露天焚烧的危害，有时机场附近的能见度低于400m，严重影响机场航班正常起飞和降落，航空公司及旅客对此反映强烈，一旦导致事故，将造成极为不良的社会影响［5］。

2.4 破坏土壤结构，造成耕地质量下降

焚烧秸秆使地面温度急剧升高，驱散水分，能直接烧死、烫死土壤中的有益微生物，影响作物对土壤养分的充分吸收，直接影响农田作物的产量和质量，影响农业收益［5］。

2.5 对地区环境的破坏

焚烧秸秆所形成的滚滚烟雾、片片焦土，对一个地区的环境形象是最大的破坏。 2.6 浪费大量的宝贵资源

中国每年产生9亿吨秸秆，按秸秆氮平均含量0.5％、磷平均含量1.17％、钾平均含量0.11％，即相当于450万吨氮肥、1000万吨钾肥、110万吨磷肥。

秸秆中含有氮、磷、钾、镁、钙及硫等元素，这些正是农作物生长所需的必要元素，据测定，秸秆中有机质含量为15％左右，如按每公顷还田秸秆15吨计算，则可增加有机质2250 kg/hm2。目前中国每年产生秸秆9亿吨，其养分含量相当于目前化肥施用总量的1/4以上［1，5，10］。 3.1 增加土壤有机质，改善土壤性状

作物秸秆富含纤维素，木质素等富碳物质 （约占40％），它是形成土壤有机质的主要来源。多数试验证明，秸秆直接还田有利于更新和增加土壤有机质，在它腐解过程中，能产生较多的五碳糖和六碳糖，促进了土壤微粒的团聚作用，其作用明显优于厩肥。秸秆还田还改善了土壤物理性状，改善了土壤通气与水分的渗透性和保水能力。麦秸连续还田10年后0～20 cm耕层土壤容重降低0.09 g/cm3，提高土壤阳离子交换量20％～70％，土壤孔隙度增加2.7％。秸秆还田腐解过程中，

促进了土壤微生物与酶的活动，它提供了微生物所需的能源，还田区0～20 cm耕层细菌数和真菌数分别比对照区增加143％与115％。调查表明，秸秆覆盖一年后土壤蚯蚓数量比对照增加11％、两年后增加1.98倍。 3.2 返还土壤养分，节省肥料用量

秸秆中含有一定数量的氮、磷、钾以及各种微量元素，在秸秆腐解过程中陆续释放出来而为作物所利用，因而可以减少肥料的施用量。山西省永济市虞乡镇屯里村刘仲祥连续27年推广小麦、玉米秸秆还田技术，试验田的全氮由1980年的1.06 g/kg提高到2007年的1.48 g/kg，提高了0.42 g/kg，年均提高0.016 g/kg；有效磷由1980年的6.8 mg/kg提高到2007年的18.4 mg/kg，提高了11.6 mg/kg，年均提高0.45 mg/kg；速效钾由1980年的170.2mg/kg提高到2007年的323.4mg/kg，提高了153.2mg/kg，年均提高5.mg/kg。 3.3 阻滞径流，减少水土流失

秸秆还田一般通过翻压与机耕进行，秸秆还田后具有拦蓄作用，比较均匀的接纳自然降水，并阻挡或缓解土壤水分的蒸发，达到有效蓄水作用，避免和减少了降水对地表的直接溅击，保护地表减少龟裂和板结。据测定，玉米秸秆覆盖径流量可降低69.5％，土壤流失量减少.5％，土壤渗水率增加40％～50％。基本可达中雨无径流，大雨不冲地，连阴不泡浆，雨后不板结。覆盖田可以有效地减少水土流失，10°左右的坡地覆盖田，其水分和土壤的流失量减少60％左右，土壤持水量可提高1.3％～1.5％，土壤有机质、氮、磷、钾流失量减少50％～60％，对旱地覆盖也可减少地表径流，水土流失量大大降低［11］。 3.4 提高作物产量

据调查，玉米秸秆粉碎还田和玉米整秆翻压还田3年的地块比未还田的对照增产玉米525 kg/hm2，增产7％～20％；还田6年比未还田的对照增产720

kg/hm2，增产10％；还田9年比未还田对照增产1215 kg/hm2，增产16.5％。

玉米整秆半耕半覆盖还田平均玉米产量达7395 kg/hm2，产值6655.5元/hm2，如山西治县1994～2009年连续实施玉米整秆半耕半覆盖技术，玉米单产由6825 kg/hm2提高到9315 kg/hm2［11］。江西省自2008年在全省开展水稻秸秆腐熟剂还田提升土壤有机质项目以来，累计推广面积达2000000 hm2，项目区稻草秸秆还田率达到95％以上，田间地头焚烧秸秆现象杜绝了，土壤理化性状明显改善，土壤有机质含量稳定提高，减少化肥施用量10％以上，平均增产稻谷261.8 kg/hm2，节本增效829元/hm2。

秸秆还田有堆沤还田，过腹还田，直接还田等多种方式。过腹还田实际是秸秆经饲喂后变为粪肥还田，堆沤还田也是秸秆与粪肥的堆沤。中国历来就有精耕细作的传统，多年形成的耕作层深度一般水田为15 cm，旱地为20 cm左右，而由于采用免耕、浅耕的耕作方法，耕层深度一般只有6～7 cm，且免耕和浅耕的方法使耕层较浅，即使部分秸秆能还田，也会造成浅表层土壤碳氮比失衡，影响农作物生长［12－14］。 4.1 水稻留茬还田

水稻割茬高度最好不超过20 cm，在土壤含水量30％左右时结合秋翻进行还田，封冻前结束，采用IGL－100型多功能灭茬机还田效果最好。耕翻深度一般以15 cm左右为宜。翻平盖严，深度基本一致。应注意水稻高茬收割还田配施一定量的氮、磷肥，结合翻地深施，用量为150～225 kg/hm2，氮、磷比为3∶1。 4.2 稻草直接还田

将稻草打碎，长度为20 cm左右，均匀的撒于田面，一般还田6000 kg/hm2，当土壤含水量30％左右时将稻草翻入15 cm土层中，稻草混拌于耕层中的混合度大于90％，翻前要施肥，一般施氮、磷肥225～300 kg/hm2，氮、磷比为3∶1。 江西永修云山垦殖场2009～2010年开展了不同腐熟剂产品水稻秸秆免耕还田耕作模式和水稻秸秆旋耕埋草还田耕作模式的使用效果评价，试验结果表明，应用水

稻秸秆还田的田块平均产量8139.9 kg/hm2，比没有秸秆还田的增加产量432 kg/hm2，增产5.％；应用腐熟剂秸秆还田的田块平均产量8527.5 kg/hm2，比没有腐熟剂秸秆还田的增加产量388.5 kg/hm2，增产4.78％。使用腐熟剂后秸秆还田效果更理想，对早稻新鲜稻草的催腐效果明显，稻草还田后的第2天进行晚稻栽插，插秧后7天观察，稻草已经软化、颜色成褐色；14天观察，稻草软腐呈黑色；21天观察，稻草完全腐烂。施用腐熟剂后，土壤容重下降0.02

g/cm3，有机质上升2.04 g/ kg，全氮增加0.14 g/kg，水解氮增加15.8mg/kg，有效磷增加7.8mg/kg，有效钾增加17mg/kg，土壤理化性状明显改善。 4.3 小麦高留茬还田

小麦收割时一般留茬30 cm左右，要做到边割边翻，以免养分散失，同时也利于秸秆腐烂，但必须顺行耕翻，以使秸秆均匀还田和整地质量提高；耕深要求在25 cm以上，做到不重、不漏、覆盖严密；耕翻后，要进行平整土地，及时追施氮、磷肥，同时灭茬除草。

有关调查数据表明，2010年中国全国秸秆理论资源量为8.4亿吨，可收集资源量约为7亿吨，以水稻、小麦、玉米等为主，其中，稻草约2.11亿吨，麦秸约1.54亿吨，玉米秸约2.73亿吨，棉秆约2600万吨，油料作物秸秆（主要为油菜和花生）约3700万吨，豆类秸秆约2800万吨，薯类秸秆约2300万吨。2010年全国秸秆综合利用率达到70.6％，利用量约5亿吨。机械化秸秆还田使秸秆中的有机质得到充分的利用，避免了长期以来农民大量焚烧秸秆而造成的环境污染，有利于生态农业和环保农业的发展［1，15－16］。

棉花秸秆还田在国内也有不少尝试，棉区自20世纪90年代率先开展棉秆还田试验，其后开始大面积推广，到2012年，全疆要求棉秆还田量达到100％，国内其他省市如河南、山东、江苏、浙江、湖北等棉花面积较大地区，也相应开展了棉秆机耕还田实践。

5.1 减轻劳动强度，有利于发展机械化生产

棉秆直接还田，省去拔除、拉运、堆放等劳动力，也可大大节约积肥运肥劳力。一般情况下，机械化秸秆还田的作业成本仅为人工还田的1/4，而工效可比人工还田高40倍［1］。

目前农村土地抛荒情况较重，年轻或中青年农业劳动力纷纷转移至城市非农产业，新生代农民弃农现象日趋突出，造成农业劳动力极为短缺，新生代农民离土地越来越远，并且普遍缺乏从事农业生产的意愿与技能，因此，劳动力短缺及劳动力价格高昂，迫使发展机械化生产。加速土地流转，大力培育发展种养大户，造就一大批职业农民是现阶段农业发展的现实需要。 5.2 增加土壤有机质含量

棉秆直接还田后，微生物种群增加，加速了有机质的分解转化，土壤供肥能力显著提高。农作物秸秆粉碎还田，既可缓解化肥施用量的不足，又能获得化肥无法达到的效果，当年即可见效。 5.3改善土壤的物理性质

棉秆还田后土壤孔隙度增加，物理性质得到改善，水、肥、气、热得以协调，抗旱抗涝的能力都得到很大提高。 5.4 增加产量降低成本

棉秆直接还田，后茬作物平均增产6％～15％，并可较好发挥化肥的肥效，氮肥利用率可提高15％～20％，磷肥利用率可提高30％左右，可减少肥料施用量20％，且能提高土壤保水保肥能力。 5.5 降低病虫害的发生率

由于根茬粉碎疏松和搅动表土，能改变土壤的理化性能，破坏蜗牛、小地老虎及其他地下害虫的寄生环境，故能大大减轻虫害，一般可使地下害虫的危害程度下降80％或更高［1］。

江西丘陵棉区自2011年来，在永修县云山、九江县永安及瑞昌市武蛟三地开展了为期两年的棉秆机耕还田小面积实践，机耕地均位于丘陵或半丘陵地区，应用面积在3～4 hm2。通过在棉花捡花结束后，于12月中下旬在不采用人工拔秆的前提下，直接机耕整地、旋耕刀片截断棉秆并埋入土中。达到机耕深度约15～20 cm，棉秆长度约6～10 cm，且机耕两遍后再开沟整地。采用的是铁牛－804型四轮驱动轮式拖拉机，动力输出轴最大功率62 kw，刀片转速2200转/分，可满足旱田、水田农业耕整需要。示范表明：棉秸秆还田具有工序简单、培肥地力、节本增效、对后茬作物生长无影响，且可有效防控地下害虫等优点。 6.1 棉秆机耕还田工序简单，比小麦及水稻等秸秆更易翻耕利用

水稻及小麦等作物茎秆柔软、韧性足，操作中不易打碎截断，在土层中腐烂速度较之棉秆要慢。棉秆通过旋耕后，可直接截成秆长约6～10 cm的秸屑，且可混入15～20 cm深的土中，并不需要添加任何腐熟剂。 6.2 棉秆还田可培肥地力

棉秆中含有的大量氮、磷、钾、镁、钙及硫等元素，还田后溶入土壤，可增加土壤养分含量，培肥地力。表1是2012年3个点均在施纯氮270 kg/hm2、五氧化二磷97.5 kg/hm2、氧化钾225 kg/hm2水平下，还田与不还田的土壤肥力检测状况，结果表明棉秆还田增加土壤有机质、氮、磷、钾养分明显。 6.3 棉秆还田对直播棉或移栽棉出苗生长无影响

2011～2012年试验，在瑞昌武蛟、永修云山采用棉花直播育苗，为保证直播后出苗成苗率高，和受到天气影响较小，直播安排在5月上旬气候温暖时进行。采用浅穴穴播，每穴播3～5粒棉籽，播后盖土，约7天出苗，且出苗正常，没有缺棵现象。在九江县永安乡点，面积6.5 hm2，机耕在清明前进行，采用营养钵育苗移栽，4月10日播种，5月12日移栽，6月10日现蕾，棉苗长势旺盛［17］。 6.4 棉秆机耕还田可有效消除棉花苗期地下害虫的为害

在九江永安乡棉区，棉花苗期长期遭受地下害虫蜗牛、蛴螬及小地老虎的严重为害，虽然有好的防治措施，造成的棉苗被害株率仍高达3.5％以上，严重的可达10％，需要大量补苗。蜗牛、蛴螬等极易在苗期阴雨天气爆发成灾，每年需要撒施密达或灭旱螺药剂进行诱杀3次，需药费540元/hm2左右；小地老虎造成子叶破碎及断头死苗，用辛硫磷或杀灭菊酯防治需农药费300元/hm2；而采用棉秆还田机耕后，地下蜗牛壳及虫蛹全被轧碎，棉花苗期蜗牛、蛴螬及小地老虎很少发生，基本不用在田间施用药剂防治蜗牛、小地老虎等。 6.5 棉秆还田是简化节本、高效增产的重要举措

通过两年三点观察结果表明 （见表2），棉秆还田是简化节本、高效增产的重要举措。农业作物种植的核心就是简约节本高效，在丘陵旱区种棉，没有灌溉设施，在天气恶劣环境下，任何通过精耕细作夺高产举措都难以实现，而2012年瑞昌武蛟、永修云山两个丘陵旱区点，采用机械化耕整地，在适宜天气条件下直播育苗，其籽棉产量均在3250 kg/hm2以上（见表2）。

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