吴小伟,钟志堂 (江苏省农业机械技术推广站,南京 210017)

第一篇：吴小伟,钟志堂 (江苏省农业机械技术推广站,南京 210017)

玉米秸秆机械化还田技术浅析

吴小伟，钟志堂

（江苏省农业机械技术推广站，南京 210017）

摘要：随着大众对焚烧玉米秸秆所带来危害的认识不断加深以及玉米收获机械化技术的普及，玉米秸秆粉碎还田技术逐步得到了快速推广。采用玉米机械化秸秆还田可以及时补充土壤的有效成分，而且有效地改善了因大量施用化肥导致的土壤板结、地力衰退等突出问题。玉米秸秆还田主要技术参数如下：玉米秸秆粉碎长度在3~5cm；秸秆翻耕入土深度在20~30cm；增施尿素150~200kg/hm2，再适量增加秸秆腐熟剂，既可加快秸秆腐解，使其尽快变为有效养分，又可解决麦苗缺氮、缺磷问题。发展玉米秸秆还田技术是增加土壤有机质、培肥地力、减少环境污染、提高粮食产量和品质的重要措施，推广潜力巨大。

关键词：农业机械化；玉米秸秆；还田技术；粉碎长度；翻耕深度；增氮；还田量

0前言

随着我国玉米种植面积不断扩大，玉米秸秆产量也持续增加，但我国玉米秸秆的有效利用率较低，仅达到40％～60％[1]，甚至一些地方直接将玉米秸秆作为废料弃之，造成玉米秸秆资源的大量浪费。我国玉米秸秆分布呈现北多南少的基本布局，东北区最多，其中黑龙江、吉林和山东是我国玉米秸秆产量最大的三个省份，其玉米秸秆产量分别占全国的 13.1%，11.3% 和 10.9%。2010年我国玉米产量达到17725万t，其中东北区、华北区玉米秸秆产量分别达6849万t、6566万t，占全国的31%和30%，以1.25 的草谷比系数计算(即每1kg玉米可获得1.25kg秸秆)，当年全国玉米秸秆产量达到2215万t，约占我国农作物秸秆总产量的28.57%，据估计，2010 年我国约有3899万t玉米秸秆被直接还田，占玉米秸秆资源总量的17.6%，其中华北地区、长江中下游地区玉米秸秆直接还田比例分别为31%和18%[2]。据2011国家玉米产业体系对全国100多个县的问卷调查结果估算，玉米秸秆被用于农基金项目：江苏省农机三项工程项目（NJ2012-30、NJ2013-33）作者简介：吴小伟（1985-），江苏省农业机械技术推广站，工程师，研究方向为农机自动化技术及装备，南京市南湖路97号210017，02586468729，Email：wxw0920@163.com。

※通讯作者：钟志堂（1964-），江苏省农业机械技术推广站，研究员，主要研究方向为农业机械化技术推广，南京市南湖路97号210017，02586468720，（Email）Zhongzhitang64@sina.com。

村生活能源、饲料、工业用途的比例分别为29.5%、26.4%、3.1%。

为探索出不同玉米秸秆用量粉碎还田后对小麦产量的影响，兰守格[3]进行了不同玉米秸秆用量粉碎还田效果对比试验，试验结果表明：玉米秸秆粉碎还田，对后季作物有显著增产效果，从不同秸秆用量来看，处理100%全田鲜玉米秸秆还田+常规施肥管理小麦产量最高，其次为处理150%全田鲜玉米秸秆还田+常规施肥管理，再次为处理50%全田鲜玉米秸秆还田+常规施肥管理。倪永静[4]等人以周麦22 为试验材料，研究玉米秸秆还田与氮肥配施对周麦22 产量及其构成因素的影响，结果表明：在100%玉米秸秆粉碎还田+氮肥240kg/hm2的处理下可以实现二者的高效配合。胡喜巧[5]等人研究了玉米秸秆还田对土壤养分变化，结果表明：苗期、返青期、拔节期、抽穗期、灌浆期、成熟期的土壤有机质和养分测定结果显示出差异，秸秆还田后有机质平均增加2.908g/kg，有效氮平均增加7.163mg/kg，有效磷平均增加2.635 mg/kg，有效钾平均增加15.485 mg/kg，土壤pH值基本不变，秸秆还田处理对冬小麦产量影响较大，增产7.91%。郑百超[6]通过试验表明，若每亩地有500 kg 玉米秸秆还田，相当于施入土壤中40.5 kg 的复合肥，相当于每亩减少化肥投入费用97.2 元，还田地块与未还田地块相比，每亩可增产玉

米6%～10%，三年以后可增产10%～13%，低产地块可增产15%～30%，每亩增加收入150～300 元。

在美国玉米是农民秸秆还田作物中面积最大的作物，根据美国农业部统计[7]，2008年美国10个玉米生产州玉米秸秆还田比例约为45%，其中爱荷华、伊利诺斯、堪萨斯、内布拉斯加等主产州的比例更是远远超过50%。玉米秸秆还田后可显著提高土壤肥力，促进作物生育、提高作物产量，是农业可持续发展的有效措施。

1玉米秸秆还田方式

玉米秸秆还田技术是指在秸秆切碎机械的工作下，将摘穗后的玉米秸秆均匀撒布在农田中，使农作物秸秆直接还田或将秸秆翻入耕地中的一项农机化作业技术。玉米秸秆还田的主要方式有玉米秸秆还田机粉碎直接还田、玉米收获直接还田、青贮过腹还田、铡草机切碎青贮过腹还田、间接还田等。玉米秸秆还田能归还土壤的养分，增加土壤中的有机物质，改善土壤结构、功能和生态，是土壤保健的有效途径。

1.1玉米秸秆还田技术路线[8]

路线1：人工摘穗→人工割倒→人工喂入切碎→补氮堆沤→灭茬→铺撒→耕翻→整地→播种。该路线工序多，劳动强度大、机械化程度低，作业成本相对低廉，是玉米秸秆机械粉碎还田初期采用的技术路线，现在已经基本不用。

路线2：人工摘穗→秸秆机械粉碎→补氮→旋耕两遍→耙压→播种→苗带镇压。在玉米成熟后，趁秸秆青绿及时摘穗，连苞叶一起摘掉；玉米秸秆粉碎还田机粉碎秸秆，留茬高度<10cm，长度在10cm 以下的碎秸秆占所有碎秸秆的90%以上；按225~375kg/hm2碳铵用量补氮，将玉米秸秆碳氮比由80∶1 补到25∶1；旋耕机旋耕，要求耕深在15cm 左右。

路线3：玉米联合收获机收获果穗并进行秸秆粉碎处理→旋耕两遍→播种→苗带镇压。该技术路线有效减少了作业工序和能耗，机械化程度得到有效提高，随着农机补贴力度的加大和玉米联合收获机的不断推广应用，该技术路线正在被广泛采用。

路线4：玉米联合收获机收获果穗并进行秸秆粉碎处理→免耕播种。播种时种子一般播在覆土层下2～3cm处，播种量一般大于常规播量10%；施肥时按农艺要求进行，施在种子侧下方

5～7cm处。该技术路线机械化程度得到明显提高，大大解放了农村劳动力，随着农村规模化种植水平的提高，该技术路线在今后将得到广泛应用。

1.2直接还田

在玉米收获时，利用大型自走式玉米收获机或背负式玉米收获机将秸秆直接撒在地表上，随后用大型拖拉机配带悬挂犁或旋耕机进行深翻或旋耕作业，并随翻(旋)随镇压，达到播前状态。与传统的耕作方法相比，秸秆还田机省去了玉米掰穗、割秆、运穗、转秸秆、除根茬等工序，目前这一农业新技术普遍被群众接受。

1.3过腹还田

过腹还田就是把玉米秸秆经适当处理以饲料的方式，饲养牛、羊等牲畜，经过牲畜的消化道消化分解，再以粪肥的方式还田。玉米秸秆在动物胃肠中消化吸收一部分营养物质，其余的以粪便形式排出体外，含氮量大，微生物数量多，还田增产效果明显。同时，玉米秸秆的营养物质经过动物能有效地转化为人们食用肉、奶等，促进了玉米秸秆的有效利用。

1.4间接还田[9]

带有病原菌的玉米秸秆直接还田时会使下一季作物感染病害，可以采用堆沤发酵有机肥的方法，以杀灭病菌。堆肥和沤肥都是利用作物秸秆与少量人畜粪尿共同堆积腐熟而成的有机肥。堆肥是在好气条件下堆制而成，多用于北方；沤肥是在厌气条件下沤制而成，多用于南方。玉米秸秆高温堆肥就是把玉米秸秆粉碎后洒水堆压，保持含水量70% 左右，再混入适量的腐熟的有机肥料，拌均匀后堆成堆，利用堆压产生的高温促进有机物质分解，一般堆15d左右。一般沤肥按每1000kg玉米秸秆用湿骡马粪600kg、人粪尿200kg、加入适量的水，混合后填入坑中压实，坑填满后表面用土盖严或用泥抹严，10～15d后翻动1次，沤制35～45d即可腐熟。

1.5沼渣沼液还田

把玉米秸秆放在密闭的沼气池内让厌氧微生物进行发酵，经过几天后，就有大量的沼气生成。沼气可作为农村生活能源，用于做饭和照明。在产生沼气的同时，还会产生沼液和沼渣。沼液和沼渣是很好的肥料，沼液可作为农作物的叶面喷肥，也可以施入土壤，沼渣可以直接施入农田。

玉米秸秆经沼气发酵后，腐熟程度高而使肥质好，肥效更高。沼气原料经过发酵时能产生高温，0~10cm的土层含水量可提高7~8个百分点，0~20cm土层含水量可提高2.29个百分点，在播并能杀死绝大部分寄生虫卵、植物病原物和害虫，减轻农作物病虫害的发生。

3玉米秸秆还田优势

3.1改善生产条件

由于玉米秸秆还田省去了刨、捆、运、铡、沤、送、施等多道耗费人工的工序，该技术对于提高农业生产效率、降低劳动强度、节省人力等方面有显著效果，同时运用该技术还能一次性对直立的玉米秸秆进行均匀粉碎、均匀撒布、快速作业。若大力推广此项新技术，不仅能够节省大量劳动力，还能显著改善农耕作业条件，提高农作物秸秆的再利用价值。此外，实施秸秆还田还可以防止秸秆焚烧带来的环境影响和安全隐患，能够起到有效的环境保护和促进农业生态环境发展的作用。

3.2改良土壤肥力[10-13]

据测算，玉米秸秆中含碳44.2%、氮0.62%、磷0.25%、钾1.44%及钙、镁、铁、硫、硅等微量元素，主要为纤维素、半纤维素、木质素等，有机物含量约为15%。还田玉米秸秆7.5~10.5 t/hm2，1年后土壤有机质含量相对提高

0.05%~0.15%，土壤孔隙度提高1.5%~3.0%，还能补充作物所需微量元素。研究结果表明，秸秆连续还田3年后，土壤中的速效氮含量提高

1.03%~3.08%，全氮含量提高15.96% ~29.79%，速效磷含量提高5.59%~12.85%，全磷含量提高4.95%~17.03%，速效钾含量提高2.33%~5.43%，全钾含量提高0.09%~0.18%。美国由于多年来连续实行玉米秸秆还田，土壤有机质含量一般为 3%~5%。而我国的土壤有机质含量一般为 1.5%左右，随着玉米面积的扩大，农业机械的发展以及劳动力的紧缺，玉米秸秆还田将更加普遍。

3.3蓄水保墒、改善土壤结构

[14-15]

玉米秸秆还田后经土壤微生物的作用形成腐殖质，增加土壤有机质的含量、质量，有利于土壤团粒结构的形成。土粒内吸附养分元素而保肥，粒间通气、保水；降低土壤容重，增加土壤孔隙度，改善耕地的物理性状，犁耕比阻减小，提高土壤对水、气、热的协调能力。据测定，与不实施秸秆还田相比，秸秆还田的玉米全生育期

种期土壤含水量比传统耕作高2~4个百分点，降水利用率提高25%，土壤吸水率提高10倍，地温提高1～2 ℃，土壤容重降低6.04%~7.38%，土壤孔隙度提高7.35%~8.99%，渗水提高40%～50%，为作物生长发育提供了涵养水源，增强土壤的保水性、透气性和保温能力，有效提高了降水利用率和抗旱减灾能力。表1为玉米秸秆还田对土壤结构的影响。

表1 玉米秸秆还田对土壤结构的影响 处理 土壤容重 土壤孔隙度

g/cm3 % 单施化肥 1.49 48.72 50%秸秆+化肥 1.40 52.30 100%秸秆+化肥

1.38

53.10

3.4增产效果明显[16-17]

玉米秸秆还田后经土壤微生物分解形成的有机质、腐殖质，又为土壤微生物提供原料，较好地改善土壤结构，协调水、肥、气、热，增加土壤肥力。土壤中微生物生长活跃，为作物提供丰富的营养元素和良好的土壤生态环境，而使作物增产。据调查，若连续3年玉米秸秆还田，可使小麦、玉米平均增产10%～20%，上年度的玉米秸秆直接还田，下年度的玉米产量比没有还田平均增产幅度达5%～10%。表2为玉米秸秆还田对产量的影响。施用化肥+50%玉米秸秆粉碎翻埋处理较单施化肥增产13.94%，施用化肥+100%玉米秸秆粉碎翻埋处理较单施化肥增产25.47%。

表2 玉米秸秆还田对产量的影响

处 理 小区产量/kg 增 产/kg

增 幅/%

单施化肥 210.24--50%秸秆+13.94 化肥 239.54 29.30 100%秸秆+25.47

化肥

263.78

53.54

3.5生态效益良好

玉米秸秆还田把多余秸秆在短时间内就地

归还耕地，减少了废弃秸秆的腐烂、焚烧而造成的各种环境的污染，或由于堆放而引发的火灾等安全问题。秸秆还田使玉米秸秆中的有机质得到充分的利用，有利于生态农业和环保农业的发展。利用玉米秸秆覆盖或还田，增加了土壤有机

质含量，并能改善土壤结构、培肥地力、实现用地与养地相结合的目的。玉米秸秆还田还减少了土壤中水分的蒸发，加速雨水的渗透，减缓地表径流，提高土地吸纳雨水的能力，增加土壤中的含水量，有效地保护了农田生态环境。

3.6减轻作物病虫害发生

由于玉米秸秆还田对秸秆和根茬的粉碎而使害虫的虫体遭到破坏而死亡，地表的耕作使土壤疏松，改善了土壤的理化性能，破坏了杂草、玉米螟虫及其地下害虫的生存条件，减轻虫害的发生，一般可使玉米螟虫的危害程度下降30%左右。

4玉米秸秆还田存在问题[18]

秸秆还田作为一项可持续发展农业，在给农民带来便利的同时，由于一些机械手在生产实践中，片面追求经济利益，操作不到位，使秸秆还田没有达到预想的效果，导致玉米秸秆还田后的麦田现出苗率低、苗黄、苗弱，甚至死苗现象，究其原因，主要有以下几个方面：

4.1还田质量差

玉米秸秆粉碎过长、深翻入土的深度不够、旋耕的深度不够、抛洒不均匀是玉米秸秆还田质量存在的主要问题。还田时出现秸秆长度大于10厘米的比例较高，加上二次旋耕过浅，有的仅在土壤下3~5厘米，导致耕层浅、土壤悬松，翻入土中的秸秆不能与土壤充分融合，容易造成小麦播种过深，形成深播弱苗，影响小麦分蘖的发生，造成穗数不足。此外，由于田间存在大量玉米秸秆，整地后的土壤变得过于疏松，土壤大小孔隙比例不合理，导致跑风，土壤与种子不能紧密接触，冬季冷风侵根，麦苗易受冻害，影响种子的发芽生长，使小麦扎根不牢，甚至出现吊根、死苗现象。同时，土壤养分集于土壤表层，难于保证小麦后期的养分供应，影响水分下渗，降雨后田间径流量大，土壤深层蓄水少，根系发育差，降低了小麦后期抗御干旱和干热风的能力，影响产量。

4.2播种质量差

有些地块粉碎后的秸秆长度过长，粉碎后的秸秆停留在地表下3~5厘米处，使土壤变动过松，大空隙多，导致跑风失墒，部分种子与秸秆直接接触，种子被架空，不能与土壤紧密接触，影响种子发芽率，造成出苗率低，出现弱苗，农民不得不增加播量，种子浪费严重。

4.3争氮现象

玉米秸秆还田后必须经过微生物分解，才能使秸秆中的养分被作物吸收利用。适宜土壤微生物活动的碳氮比为25：1，而玉米秸秆自身的碳氮比大约为80：1，由于土壤中氮素不足，导致微生物和小麦争氮现象突出，其后果是秸秆分解腐烂缓慢，小麦也因缺氮而生长不良，以致田间出现黄苗、弱苗现象。

4.4病虫害严重

由于玉米秸秆中部分存有病原菌和玉米螟、粘虫、棉铃虫等的卵、幼虫、蛹等，当秸秆翻入土壤中后，一些病菌和地下害虫并不能随之灭亡。如果玉米秸秆还田方法不当，会加重下茬作物或翌年玉米根部病害和虫害的发生，造成减产。

4.5焚烧秸秆的现象依然存在个别农户图省事，直接燃烧秸秆，秸秆在焚烧过程中产生浓烟，直接污染大气环境，加重雾霾天气的程度，易引发交通事故，甚至导致飞机不能起飞。秸秆焚烧后，重要的氮素养分被烧掉分解，造成秸秆养分损失。秸秆在地表焚烧产生的高温会使土壤中的有机质被破坏，土壤板结，肥力下降，造成作物减产。

5玉米秸秆还田技术要点[19-26]

在推广玉米秸秆还田时，秸秆粉碎的长度应小于10cm，且残体短、碎、散布均匀，翻耕前，要施入适量的化肥。经归纳，玉米秸秆还田主要有以下几大技术要点：

5.1时早

玉米秸秆还田时间应尽量提早，最好是边收获、边切碎、边耕翻入土，距播种时间越长越好。还田越早，秸秆中水分越多，地温也高，有利于秸秆切碎和腐熟分解，当土壤保水量在60%-70%[27-28]，温度在30℃左右时，秸秆分解率最大，可使其尽早发挥肥效。由于新鲜秸秆在腐熟过程中会产生各种有机酸，对作物根系有毒害作用，往往抑制种子发芽和前期生长。为了尽可能减轻对下茬作物的负面影响，玉米秸秆粉碎还田后，要立即旋耕或耙地灭茬，并及时深耕，耕深要求25cm左右，通过耕翻、盖压，消除因秸秆还田造成的土壤空隙过大的问题，从而起到保水的作用。

5.2秆碎均匀

在玉米完全成熟后应该及时进行玉米收获和秸秆还田，此时的玉米秸秆易粉碎，且容易腐烂。秸秆碎是“均匀、埋严”的基础，但过碎会增加成本，一般可掌握在3~6cm，最长不要超过10cm。

5.3增氮

玉米秸秆在土壤中的腐解过程即是微生物生命活动的过程，需要吸收土壤中原有的氮素、磷素和水分。据有关试验[29]，玉米秸秆腐解过程需要碳、氮、磷的比例为100∶4∶1，而玉米秸秆中这3 种元素的比例是100∶2∶0.3。由于微生物分解有机物的适宜碳氮比为25：1，而多数秸秆的碳氮比却高达75：1，秸秆还田后腐熟分解过程中由于碳多氮少而出现微生物与麦苗争氮的现象，导致苗黄、苗弱，且秸秆分解缓慢。玉米秸秆还田时，一般需增施尿素 75~150 kg/hm2，同时配施其他肥料，使秸秆干物质的含氮量提高到1.5~2.0%，加快秸秆腐解，使其尽快变为有效养分，又可解决麦苗缺氮、缺磷问题。

5.4埋严墒足

一般玉米秸秆翻耕深度以25cm左右为宜[30]，可以结合机械深松，每3年深松1次。通过整地将秸秆埋严，并与土肥混匀，促使土壤沉实，防止秸秆外露和跑墒，另外要适时镇压，使土壤密实，消除大孔洞，利于发芽扎根。玉米秸秆还田后，由于秸秆本身吸水和微生物分解吸水，会降低土壤含水量。秸秆还田的麦田在小麦越冬前，要适时浇灌越冬水，浇水后适时镇压，弥补土壤裂缝，防止冬季冷风侵根，保墒防冻，确保麦苗安全越冬，来年春季再适当早浇返青水，以促进秸秆腐解，保证麦苗生长发育所需的足够水分。

5.5加强病虫害防治

玉米秸秆还田时要选用生长良好的秸秆，带

病的秸秆不能直接还田，秸秆上的病原菌和玉米螟等虫卵会进入土壤中，增加越冬基数。病虫害严重的玉米秸秆需经高温堆沤才能还田，或用作饲料、燃料，以防病虫害蔓延。

5.6加快秸秆腐熟[31-32]

秸秆腐熟剂是一种能有效加快秸秆、禽畜粪便、杂草腐熟的一种含有多种微生物菌群的有机物料，使用秸秆腐熟剂是为了加速秸秆等有机物料的腐熟分解过程，充分地利用秸秆资源，使秸秆转变成可供作物吸收的肥料，从而达到培肥改土，改良土壤微生物环境、增加土壤有机质含量、促进营养元素的有效转化、提高作物产量和品质的目的。另外腐熟剂中还含有解磷解钾的功能菌，使用后能促进土壤中缓效态磷钾的释放和游离氨的转化。因此，施用腐熟剂不仅能增加土壤中的有机质含量，疏松土壤，改善土壤状况，增强作物抗病能力，还能促进氮、磷、钾及微量元素的吸收，刺激作物快速生长。一般情况下，秸秆腐熟剂的用量为15~30kg/hm2，将秸秆腐熟剂与适量湿度的细砂土混匀后均匀地撒在秸秆上，通过深翻将秸秆埋入土内，利用雨水或灌溉水使土壤保持较高的湿度，达到快速、充分腐熟分解的效果。结束语

玉米秸秆还田的目的是加大秸秆利用率，在秸秆还田中，要使还田后的作物做到一播全苗，必须注意秸秆粉碎质量、整地质量、氮肥量和腐熟剂、墒情、秸秆数量、播前土壤处理、播种质量等主要方面内容。采用玉米秸秆还田技术加快了玉米地的腾茬进度，保证玉米收获之后作物的实时耕种，同时节省了种子、化学肥料等投资成本，还能够有效的增加土壤有机质、提高土壤肥力、增强农业生产后劲，减少秸秆到处堆放和焚烧造成的环境污染，是提高粮食产量和品质的重要措施，有着良好的社会经济效益。

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