作物秸杆还田技术

第一节作物秸杆还田技术一、秸杆还田的目的意义秸秆还田顾名思义就是把植物秸秆、茎叶、根茬等直接或间接归还到土壤中的一种方法，近年来特别指秸杆直接还田技术。我国运用这项技术历史悠久，远在春秋时代就有“刈草沤肥，可以粪田、美土”的记载。农业生产本身就是农田生态系统中物质循环往复的过程。植物从土壤中摄取营养物质，消耗降低了土壤肥力，通过耕作、施肥、浇水、秸秆还田等措施向土壤归还物质，增加各种营养元素，使地力得到不断维持和提高。党的十一届三中全会以来，随着科技进步和社会发展，农民收入增加，生活水平提高,秸杆利用方式发生了很大的变化。据统计，2006年我国粮食播种面积0.105亿公顷,生产各种作物秸秆6亿多吨，其中小麦、玉米、稻谷三种作物秸秆就达5亿多吨。调查发现：约有2.2亿吨秸秆被用作肥料（包括秸杆直接还田）,占总量的36.6％；1.42亿吨用作燃料和工业原料，占总量的23.7％；1.35亿吨用作饲料，占总量的22.6％；尚有1.02亿吨左右的秸秆被焚烧和弃置乱堆,约占总量的17％。出现大量秸杆被弃置焚烧的现象，主要有三个方面的原因：一是农业丰收之后，作物秸秆越来越多，而综合利用滞后，秸秆出现过剩；二是随着农民收入增加和生活水平不断提高，农民宁愿增用化肥和燃煤，而少用秸秆作肥料和燃料；三是由于作物复种指数提高，特别是近几年小麦机收面积扩大，麦秸留茬过高，灭茬机械和免耕播种技术推广没有跟上，造成农时紧张。农民要在一周左右的时间内完成收获和下茬播种，不得不采取最省事的办法，将前茬收获后的秸秆就地焚烧。焚烧秸秆现象在一些地区愈演愈烈，不仅造成资源浪费，而且引发了严重的社会问题：一是污染空气环境，危害人体健康。有数据表明，焚烧秸秆时，大气中二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物等三项污染指数达到高峰值。二是引发火灾，威胁群众的生命财产安全。三是引发交通事故，影响道路交通和航空安全。四是破坏土壤结构，造成耕地质量下降。焚烧秸秆使地面温度急剧升高，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。五是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。总之，研究开发秸杆综合利用技术是眼下农业发展的当务之急。尽管秸杆综合利用的方法多种多样,但实践表明秸秆还田技术是最经济有效的方式之一。实行秸杆还田具有如下优点：第一增加土壤有机质，培肥地力。据测定，作物秸秆除80％为有机物质外，还含有丰富的氮、磷、钾、钙、镁、硅和各种微量元素。稻草、麦秸、玉米等秸秆中，平均含氮素0.58％、五氧化二磷0.52％、氧化钾0.84％。每还田300公斤秸杆，相当于向土壤中增加新鲜有机物质240公斤，氮素1.74公斤，五氧化二磷1.56公斤，钾素2.52公斤。其培肥改土、增产提质的效果十分显著。第二改善土壤环境，改造中低产田。秸秆中含有大量的能源物质，还田后生物激增，土壤生物活性强度提高，接触酶活性可增加47%。随着微生物繁殖力的增强，生物固氮增加，碱性降低，促进了土壤的酸碱平衡，养分结构趋于合理。此外，秸秆还田可使土壤容重降低，土质疏松，通气性提高，犁耕比阻减小，土壤结构明显改善。1.还田为土壤微生物的生长繁殖提供了丰富的营养和能量，使微生物数量猛增，在高肥土上约增加50%，在瘦土上更明显约增加2倍。由于土壤中微生物数量的增加，土壤的呼吸强度亦大大增加，在肥沃土壤上秸秆还田后CO2释放量增加8.3-43.7%，在瘦瘠土壤上增加81.5-117.8%。秸秆还田也提高了土壤的酶活性，碱性磷酸酶、转化酶、脲酶、过氧化氢酶都有不同程度的增加。2.秸秆还田改善了土壤理化性状。经两年秸秆还田后土壤有机质提高0.1-0.27%，容重下降0.032-0.062g/cm3，土壤总孔隙度增加1.25-2.04%。全氮、速效磷虽然略有提高，分别提高0.002-0.009%和0.4-5.3mg/kg，但是速效钾提高很大，增加8.3-105.1mg/kg，平均比不还田处理提高38.8mg/kg，相当于一亩地多施5.8kg钾(相当于一亩地多施10.9kg氯化钾)。秸秆钾很容易分解释放并被作物吸收利用，所以秸秆还田对改良土壤、平衡土壤养分，特别对补充土壤钾素的不足有重要意义，根据试验若连续三年秸秆还田可使小麦、玉米平均增产10%～20%。3.秸秆还田有优化农田生态环境的效果，其中以覆盖还田效果最为显著。具有抑制土壤水分蒸发，储存降水和提高地温等诸多优点。覆盖秸秆，冬天5cm地温提高0.5-0.2℃，夏天高温季节降低2.5-3.5℃，土壤水分提高32-45%，杂草减少40.6-24.9%。第三、降低病虫草害的发生率。能改变土壤的理化性能，破坏玉米螟虫及其它地下害虫的寄生环境，故能大大减轻虫害，一般可使玉米螟虫的危害程度下降30%。采用覆盖形式还田的话，将大大降低草害的发生。第四、优化环境、防治污染。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。因此，农作物秸秆还田是一项关系到国计民生的大事，是保证农业持续、稳定发展的重要措施，也是环保农业的系统工程。二、秸秆还田主要技术模式1、小麦留高茬免耕覆盖还田麦收前3～7天,浇水造墒。采用机械收割小麦,留高茬20～30cm,还田量约100～150公斤/亩,收割后铁茬播种玉米,播后苗前喷施除草剂一次,玉米4～5片叶时,亩追施10～15公斤氮素、5～8公斤P2O5,及时用耘锄定苗、灭茬、覆盖地表。此法不用耕翻,节约成本,能及时播种,不误农时,而且还有蓄水保墒,抑制杂草等作用,大面积推广,此法可增产3.3%～23.5%,平均增产12.4%。2、麦秸覆盖还田可用麦秸、麦糠覆盖玉米、棉花、果树行间。玉米播后25天,将麦秸均匀覆盖玉米行间,以盖严地皮不留天窗为宜,秸秆用量250公斤/亩左右。秸秆覆盖棉田宜早不宜迟,力争在6月下旬到7月上旬完成,盖草量在180～250公斤/亩。果园秸秆覆盖量较大,每株果树树盘覆盖50～80kg,每亩约覆盖1000～1200公斤。上述三种覆盖,麦秸、玉米秸、稻草或其它秸秆均可,覆盖后都有蓄水保墒、调节地温、抑制杂草等作用。对于玉米棉花行间覆盖,夏季高温季节可降低耕层温度2～6℃,湿度提高2～8℃,杂草减少70%～90%,增产5.9%～65%,平均增产约15%。果树行间覆盖,冬季有保温效果,可提高地温2～4℃,春季则需将覆盖的秸秆移开,使地下土温及时回升,待土温提高后,晚春或夏初再恢复行间覆盖,同样可起到降低夏季高温和抑制杂草作用。苹果覆盖一年可增产17.6%～85.7%,覆盖两年可增产38.3%～228.6%。3、玉米秸粉碎翻压还田用人工或机械收获玉米穗,用拖拉机牵引粉碎机将玉米秸粉碎均匀,抛撒地面,粉碎程度约10～15cm,还田量约400～600公斤/亩,最好撒施农家肥(2000～2500公斤/亩)和化肥(氮素6～8公斤/亩，,磷素6～7.5公斤/亩),用重型拖拉机耕翻约20cm以上,然后耙耱整地,机播下种。此法增产幅度在5%～31.6%,平均增产13.6%。4、玉米秸秆整株翻压还田玉米收获后采用重型拖拉机将秸秆直接深翻25cm左右入土。整秆应埋入16cm以下。其保墒、施肥、还田数量、还田时间同粉碎翻压还田。但此法一定要有马力较大的深翻机具。5、微生物快速腐熟秸秆还田技术利用微生物对作物秸秆的特殊分解功能，应用于秸杆堆肥或直接还田，加速秸秆腐烂分解速度，缩短腐烂分解时间，提高堆肥质量，确保还田效果。当前推广应用的主要产品有：“301”菌剂、催腐剂、“HEM”菌剂、酵素菌等微生物制品。微生物快速腐熟秸秆还田技术要点可概括为“水足、药匀（足）、封严、通气”几个字。水足：按秸秆干重的1.8倍加足水分，力求使秸秆湿透，确保发酵期需水，这是堆沤成败的关键。小麦、水稻、玉米秸秆不必粉碎可以直接堆沤。药足、药匀：微生物制齐一定要按使用要求加入充足、均匀，确保发酵质量。一般分三层堆积，每层高40cm，在每层把腐熟材料和尿素撒均匀。封严：一般将秸秆堆成宽1.6－2m，高1.5－1.6m，长度不限，就地取泥封堆，泥厚2cm，或用塑料薄膜盖上。主要起三个作用：防水分蒸发，防温度扩散，防养分流失。通气：秸秆堆沤是在好气条件下进行的，通气状况直接影响秸秆腐烂效果，所以不要到秸秆堆上面踩，以利通气。6、机械化秸杆还田技术及主要机具机械化秸杆直接还田技术可分为粉碎还田和整秆还田两大类，粉碎还田包括各类作物的秸杆粉碎和根茬(主要指玉米、高梁等大根茬)粉碎机械化技术；整杆还田主要指玉米、水稻和小麦秸杆的整杆还田机械化技术。我国从八十年代开始研究技术和开发机具，至今，比较成熟并大面积推广应用的技术有：机械化秸杆直接粉碎还田技术，机械化根茬还田技术和机械化整杆还田技术，机械化免耕覆盖秸杆还田技术以及相应的各种配套机具。（一）机械化秸杆直接粉碎还田技术是指用秸杆粉碎机在田间将已收获后的作物(直立)茎杆就地粉碎并均匀抛撒在地表后，随即用犁耕翻深埋。所采用的秸杆粉碎还田机多为锺片式、锺爪式或甩刀式动力与定刀切割结构。北方生产使用较多，近年来玉米联合收获机也设计了秸杆粉碎装置，可在收获玉米的同时将玉米秸杆粉碎抛撒于地表。（二）根茬(主要指玉米高梁等大根茬)粉碎机械化还田技术东北地区研制生产的根茬还田机灭茬旋耕深度达10㎝，可将根茬粉碎后直接均匀混拌于0-10㎝耕层，作业质量可达到播前除茬整地的要求。（三）机械化整杆还田技术是山西省农机部门试验研究出来的一项新的机械化秸杆还田技术。适用于一年一茬旱作农业地区，包含两项技术：①秸杆机械化整杆翻埋还田技术，就是将摘穗后的直立玉米秸杆，不经粉碎，使用高柱犁（高犁柱深耕犁）直接翻进埋入土中。将摘除果穗后的直立秸杆使用整杆覆盖机编压覆盖于地表。（整杆覆盖机与小四轮拖拉机配套，拖拉机前部安装有编压覆盖秸杆装置，后部悬挂重压覆土装置。②机械化免耕覆盖秸杆还田技术，收获后的秸杆和残茬留在地表做覆盖物，播种时使用免耕（施肥）播种机进行（施肥）播种，这也是保护性耕作法的中心内容，对旱地春玉米（一般是一年一熟地区）实施保护性耕作。秸杆覆盖方式可采用粉碎、整杆压倒、整杆直立或留高茬等。三、秸杆还田应注意的问题在秸秆还田中要注意做好“两补一防”：1、要补充养分。一般的禾本科作物秸杆的碳氮比大约为80-100:1，而土壤微生物分解有机物需要的碳氮比为25-30:1，如不增施氮肥，微生物分解秸秆必然会与作物争夺土壤中的氮素与水分，影响作物正常生长。所以，当季秸秆还田的地块除了在还田的同时补施养分外，在作物生长期的施肥量也适当增加，配施一些磷肥则效果更好。2、要补充水分。土壤墒情好，水分充足是保证微生物分解秸秆的重要条件。施行秸秆还田的地块，尤其是底墒不足，要补水，为微生物活动创造一个合适的环境条件，以利于秸杆腐解，同时还可以减少秸秆分解过程中产生的有害物质（有机酸）和有毒气体。3、要搞好病虫害防治。由于作物秸秆所带的病菌很容易通过土壤传播（如玉米大、小斑病、黑穗病；小麦赤霉病；油菜的菌核病等）。所以，在作物生长期间还要注意防治病虫害，以确保农作物优质丰产。第二节秸杆生物反应堆技术一、秸杆生物反应堆技术概念秸秆生物反应堆技术是用秸秆种植大棚蔬菜的核心技术，也是山东省农业厅、科技厅正在向全省重点推广的一项新技术。它是利用作物秸秆做原料，拌上特制的菌种，使秸秆快速分解放出大量CO2、热量、抗病微生物孢子，从而使农作物特别是大棚瓜果菜大幅度提高产量、改善品质并显著提高经济效益一项高新技术。据统计：大棚应用秸秆生物反应堆技术，每亩可降低成本50%。瓜果菜平均每亩增产30%以上，增收40%以上，效益相当可观。二、秸杆生物反应堆技术基本原理大家都知道，任何绿色植物的生长及产量的形成，都是通过光合作用实现的。大棚蔬菜也不例外。所谓光合作用，就是绿色植物吸收二氧化碳和水，在光的照射下，合成有机物的过程。光、叶绿素CO2+H2OCnH2nOn+O2在这个过程中：生成有机物的能源是光，原料是二氧化碳和水。所以，要想提高大棚蔬菜的产量