水稻秸秆直接还田模式对比研究
王福义
（辽宁省农业机械化研究所，沈阳 110161）
作物秸秆是农作物生产系统中一项重要的生物质资源[1]。据不完全统计，辽宁地区每年的水稻秸秆量为618 万t，约占全省秸秆资源总产量的30%。
随着地区农业经济的快速发展，农民生活条件和农村燃料结构发生改变，但仍然存在秸秆焚烧现象，导致产生雾霾天气或引起山火等问题。
在此情况下，辽宁省不断探索秸秆综合利用方式，经实践验证秸秆直接还田措施最为经济，且可有效增加土壤中的有机质和微量元素，是一种有效的水田秸秆循环利用模式。
为验证不同秸秆还田模式的优缺点和存在问题，结合水稻土壤耕作技术和秸秆还田技术的基本要求，选用适宜配套机具对辽宁省的主要还田作业模式进行对比，为水稻秸秆直接还田技术的发展提供理论基础。
随着农业机械化的不断发展，水稻的收获作业主要由水稻收获机或谷物联合收获机完成。机械化作业在提高生产效率的同时，也存在不利于水稻秸秆回收的问题[2]。
部分收获机在收割水稻过程中会对秸秆进行粉碎处理，粉碎后的秸秆散落于田间，不利于后续的秸秆收集和打捆。部分水稻收获机能够保留秸秆主体，但割断后的秸秆往往杂乱地散布于田间，不利于机械化回收。
目前， 水稻秸秆留存状态主要有整株铺放地表、高留茬、低留茬、粉碎抛洒等。根据秸秆状态不断调整还田作业模式和配套农机具，才能获得良好的秸秆还田效果。
近年来， 辽宁省采用的主要还田技术模式见表1。为验证不同秸秆还田模式的优缺点和存在问题，选用适宜配套机具对选定的作业模式开展对比试验。
表1 辽宁省主要的水稻秸秆还田技术Table 1 Main rice straw returning technology in Liaoning Province
2.1 秸秆粉碎+旋耕埋茬
采用秸秆粉碎+旋耕埋茬模式，机械收获过程中直接将秸秆整株平铺于地表，再采用专用秸秆粉碎还田机进行粉碎，要求秸秆粉碎长度（≤10 cm）合格率达90%以上，秸秆抛撒均匀度≥80%。
对秸秆粉碎处理后的地块进行旋耕埋茬作业时，分别选用低速档位和高速档位进行，测试作业后的土壤植被覆盖率和旋耕深度， 据此分析秸秆掩埋效果。作业后的旋耕深度平均为18.3 cm，符合预期效果。秸秆在土层中分布，随着前进速度的增加，秸秆在土壤中的垂直分布质量呈现先升高后下降的趋势。这可能是因为前进速度增加导致旋耕作业碎土效果降低，从而影响秸秆入土效果， 使得各层秸秆比例发生变化，进而影响秸秆在垂直方向上的空间分布质量。
2.2 秸秆粉碎+春旋耕埋茬还田
收获机秸秆粉碎后，在春季进行旋耕埋茬还田作业。
收获时秸秆高留茬，数量约占秸秆总量的40%左右。
作业前对地块上水泡田1～2 d，保证作业时平均水深 5～10 cm。
旋耕埋茬为单次作业，作业宽度10～20 cm。
高留茬秸秆还田作业时，旋耕埋茬的同时打浆平地，为后续水稻秧苗移栽做准备。
作业后根茬绝大部分埋入泥浆中，埋茬深度10 cm 以上，稻茬漂浮现象不明显。
泡田时间增加可提高作业质量，实现旋耕、埋茬、打浆一次完成。埋茬深且均匀，起浆效果好，若配合水田轧耙联合作业，效率会大大提升。
整地时适当延长晾田时间，确保沉淀效果。
2.3 收获机秸秆粉碎+秋旋耕埋茬还田
收获机对秸秆进行粉碎后，也可在秋季进行旋耕埋茬还田。秸秆状态为高留茬（留茬高度≥30 cm），粉碎后抛洒于地表，作业前泡田24 h。
采用单轴变速水田旋耕机进行秸秆旋耕还田作业，秸秆全部被埋入泥浆中，在深度0～18 cm 范围内都有分布，基本没有集中打团现象，无稻茬漂浮，有1%～3%的根茬外露在田面，稻茬埋深最大值达到22 cm。
稻茬在不同深度的分布比例为：50%～60%分布在表层 0～8 cm 内，30%分布在深度 8～12 cm，其余 10%～20%分布在深度12 cm 以下。
此还田模式埋茬深且均匀，起浆效果好，秋收后秸秆直接还田，增加秸秆腐熟时间。
秸秆全部被埋入泥浆中，在深度范围内都有分布，降低腐熟过程对根系的影响，减轻春季作业负担。
2.4 秸秆粉碎+翻耕埋茬还田
收获机秸秆粉碎+翻耕埋茬还田一般在秋季作业，秸秆在机械收获后直接粉碎抛洒于地表，分布不均匀区域可采用秸秆粉碎机处理。翻耕埋茬还田选用圆盘犁或铧式犁进行作业。
采用圆盘犁翻耕埋压还田作业后，土壤翻耕深度平均为20 cm，秸秆埋压深度10~15 cm，未掩埋秸秆量较多，还田效果不理想。
原因是圆盘犁形成的犁垡大部分为立垡，与地表面呈90 °，无法覆盖秸秆，后续要采用旋耕埋茬作业进行补充。
采用铧式犁进行还田作业，拖拉机动力输出轴转速为540 r/min。
选用低速档位作业可增加翻耕稳定性，提高秸秆掩埋效果。
翻耕深度平均为25 cm，秸秆埋压深度15~18 cm，未掩埋秸秆量较少，秸秆还田效果较好。
收获后进行翻耕秸秆还田作业在秋季进行，相比春季作业，能有效增加秸秆腐熟时间，免除秸秆冬季污染。
通过翻耕作业增加土壤孔隙度和降低病虫害，减轻春播工作强度。
翻耕作业打破犁底层，增加土壤通透性，改善土壤团粒结构。
2.5 水稻秸秆整株还田
水稻秸秆整株还田为机械收获后将整株秸秆平铺于地表。
还田流程为：利用圆盘犁或深松机对秸秆覆盖的地块土层松土，深度15 cm，然后放水泡田，时长根据耕层含水率确定，耕层达到松软即可，待耕层充分吸水后， 采用专用机具——1JMY280 型水田秸秆埋压机将秸秆一次性压入泥浆中，深度10~15 cm。还田后的地块无碎秸秆漂浮现象，秸秆被掩埋在耕层10 cm 以下，增加腐烂时间，降低生产成本，有利于春季插秧作业。
秸秆整株还田降低作业成本，整株压入耕作层下面，降低对机械插秧的影响。
水稻秸秆机械化直接还田是秸秆综合利用的主要方向[3]，在降低生产成本、增加土壤有机质含量、提高土壤理化性能具有极大优势。
然而，秸秆直接还田还有很多技术难题需要解决， 比如专用机具缺乏、秸秆腐熟剂应用、秸秆漂浮影响机械插秧等，需要不断研究解决措施。
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