水稻机械化秸秆还田作业模式应用研究

张岩松，栾 峰，康丽梅

（1.盘锦市兴隆台区农机局，辽宁 盘锦 124010；2.盘锦市农机技术推广站，辽宁 盘锦 124211；3.巴彦淖尔市农牧机产品技术监督控诉中心，内蒙古 巴彦淖尔 015000）

秸秆全面禁烧后，水稻秸秆综合利用问题成为当前我国水稻主产区农业生产中亟需研究的重要课题。从当前各地水稻秸秆综合利用推进程度看，秸秆还田占比较大，主要有以下原因：一是秸秆还田在秸秆综合利用各种方式中成本最低、可操作性最强、见效最快；二是秸秆还田可避免秸秆焚烧，减少雾霾，改善环境；三是秸秆还田能够提高土壤有机质含量，减少化肥利用，符合我国化肥使用零增长长远规划。盘锦市是水稻生产大市，年产水稻超过100万t，水稻秸秆70万t以上。受品种、气温、产量、种植习惯等客观因素影响，以盘锦市为代表的北方单季稻稻区水稻秸秆还田相较于南方稻区更为困难。2016年以来，盘锦市农机技术推广站联合有关单位开展水稻机械化秸秆还田作业模式应用研究，提出3种水稻机械化秸秆还田作业技术模式，用以满足当前水稻生产阶段秸秆还田不同作业需求。

1 盘锦市水稻机械化秸秆还田作业技术模式

1.1 翻地作业技术模式

1.1.1 技术路线 机械化收割、秸秆切碎均匀抛洒—秋翻地秸秆深埋—春季埋茬整平—机插秧。

1.1.2 关键机具 带有秸秆切碎装置的水稻联合收割机；95.55 kW以上轮式拖拉机，如常州东风1354拖拉机；牵引铧式犁如德州宝丰527铧式犁，或驱动圆盘犁如山东大地机械的9盘斜置双驱圆盘犁；具有埋茬整平功能的浅旋耙浆平地机，如韩国雄进WJCB-300埋茬平地机。

1.1.3 经济效益

1）与传统旋耕作业成本对比

水田秋季翻地作业模式与传统春季旋耕作业模式相比，经济成本见表1。

表1 水田翻地作业模式与传统旋耕作业模式成本对比Table1 Cost comparison of plowing in paddy field mode and traditional rotary tillage mode 元/hm2

从表1可知，就作业成本而言，水田机械化秋翻比春旋节约成本120元/hm2，主要原因在于春旋作业和秸秆处理两项费用较高，拉高了春旋作业成本。

2）与传统旋耕产量对比

水田翻耕后较传统旋耕地每公顷增产5%以上，按盘锦地区水稻常规产量1.05万kg/hm2计算，可增产 525 kg/hm2。若按水稻价格 3.0 元 /kg 计算，实现增收达 1 575 元 /hm2。

以上2项对比可见，秋翻实现节本增效1 695元 /hm2左右。

1.1.4 关键技术

1）严格控制收割割茬。全喂入收割机割茬应控制在20 cm以内，半喂入收割机控制在15 cm以内。收割机要安装秸秆抛洒器，段长小于8 cm并确保抛洒均匀、无秸秆打堆现象。

2）使用大功率拖拉机秋翻。铧式犁作业应在土壤含水率25%以内方可进行，单向斜置双驱圆盘犁应在土壤含水率30%以内进行，以确保扣筏和秸秆覆盖达到理想的效果

3）大力推广耙浆平地机。配合秋翻地块春季整平作业，确保有效掩埋残茬和平整土地。

1.2 旱地深旋模式

1.2.1 技术路线 机械化收割、秸秆切碎抛洒—春季正反转双轴旋耕机旱地深旋—水埋茬整平—机插秧。

1.2.2 关键机具 带有秸秆切碎且均匀抛洒装置的水稻联合收割机，如苏州久保田888半喂入联合收割机；正反转双轴旋耕机，如江苏沃扬1GKNM-250型旋双轴耕机；具有埋茬整平功能的浅旋耙浆平地机，如长春中大1BPSQ-300型双驱耙浆平地机。

1.2.3 经济效益

旱地深旋模式与传统作业模式作业成本对比见表2。

表2 旱地深旋模式与传统旋耕作业模式作业成本对比Table 1 Cost comparison of deep rotation on dry ground mode with traditional rotary tillage operation mode 元/hm2

由表2可知，旱地深旋模式与传统旋耕作业模式节省作业成本750元/hm2，主因在于常规旋耕作业后，农民要求秸秆必须运走，这样就增加了碎秆、搂秆、打包、运输等多道工序，增加了作业成本。

1.2.4 旱地深旋模式优点

在春季干旱少雨的情况下，使用双轴深旋机作业效果明显：一是秸秆掩埋理想，耙地后水面漂浮少，稻茬打捞时间短，较常规做法节省2/3的打捞时间；二是增加了作业深度，大多数地块达到18 cm，比常规旋耕整地平均深度增加5 cm左右，有利于改善土壤团粒结构，为水稻增产打下基础；三是大大降低了传统旋耕作业模式所需的秸秆处理成本。

1.3 水旋埋茬模式

1.3.1 技术路线 机械化收割、秸秆切碎抛洒—春季高刀埋茬起浆机水旋埋茬—机械耙平—机插秧。

1.3.2 关键机具 带有秸秆切碎且均匀抛洒装置的水稻联合收割机；高刀埋草类深旋机，如宁波拿地Z6/D235单轴变速旋耕机，作业深度15～20 cm；具有高效耙平轧草功能的水田轧耙，如盘锦本地生产的轧耙。

1.3.3 作业效果

水旋埋茬作业后，稻茬几乎全部被埋入泥浆，深度0～18 cm范围内均有分布，集中打团现象基本没有；稻茬漂浮率非常低，只有1%～3%的稻茬外露在田面；稻茬埋深最大值22 cm，不同深度稻茬分布比例为：50%～60%分布于表层0～8 cm内，30%分布在深度8～12 cm范围内，其余10%～20%分布在12 cm深度以下。

2 秸秆还田后水稻长势及土壤成分变化

2.1 秸秆还田与不还田水稻长势对比

拿地机、沃扬双轴机秸秆还田作业及普通旋耕机秸秆不还田作业水稻长势情况见表3。

表3 秸秆还田作业及普通秸秆不还田作业水稻长势情况Table 3 Growing situation of straw returning to field and ordinary straw not return to the field

由表3可知，拿地高刀水旋埋茬机水灭茬整地作业效果和沃扬双轴机旋耕整地秸秆100%还田作业模式与普通旋耕秸秆焚烧还田作业模式相比，水稻分蘖和长势较好。沃扬双轴机旋耕整地秸秆100%还田作业模式效果较为突出，利于水稻生长。

2.2 生育调查分析

拿地高刀水旋埋茬机水灭茬整地作业后，可达到“平”、“净”、“软”的水稻机插秧要求，插后秸秆漂浮率低于1%。水灭茬试验地是扣蟹养殖田，插后一直保持深水层管理，深度一般在6～10 cm，造成分蘖速度相对较低。但成穗率较高，达到85%，田间总穗数达到33万穗以上。沃扬双轴机旋耕整地秸秆100%还田基本达到水灭茬整地效果，田面无秸秆和根茬，插后采用浅水层管理，返青和分蘖速度较快，6月末就达到了田间群体茎数要求，田间总穗数35.6万穗，成率79.4%。传统旋耕整地无秸秆还田的稻田有效穗数为31.14万穗，成穗率为 68.8%，与秸秆还田相比较低，这说明无效分蘖较多，原因在于水稻拔节期养分供应不足导致分蘖所需养分无法满足生长发育的需要，同时也证明秸秆能够释放养分，促进水稻分蘖生长，提高有效穗数。

2.3 水稻秸秆还田对土壤的影响

从泡田整地开始，还田的秸秆处于泥水埋没的厌氧环境中，经过1周左右时间，厌氧细菌就会对秸秆产生作用，表现为接触界面变黑、有异味。随着时间的延长和温度的升高，厌氧细菌分解活动加剧。地插试验表明：整地泡田后30d左右秸秆可被分解15%～20%，60 d被分解 55%～65%，90 d可被分解 85%～90%。通常条件下，浅层分布的秸秆当年被分解程度可达95%，10 cm深度以下的秸秆分解较慢，甚至保留至下一年。这部分秸秆所占比例较少，占秸秆总量的5%左右。

秸秆分解的产物主要为硫化氢，也包括氮磷钾和微量元素等养分。试验表明：田间秸秆越多，秸秆分解反应就越大，田面表层越显灰黑，产生的气泡也越多。全量秸秆还田不会影响水稻插后缓苗和分蘖，后期也没有表现出不利影响。秸秆还田与无秸秆还田的插后水稻根系发育没有明显差别，均正常生长。

2.4 土壤成分的变化

辽宁省盐碱地利用研究所中心化验室对秸秆还田试验地的速效氮、速效磷、速效钾、有机质含量4个指标进行检测，以确定秸秆还田后土壤成分的影响结果。成分测试以盘锦瑞田农机专业合作社试验基地为主，秸秆还田量为常规对照（焚烧处理秸秆）、100%还田和200%还田3种形式，检测结果见图1。所谓200%秸秆还田就是在原有的秸秆还田地块中人工加入一倍量的秸秆，主要用以验证秸秆还田量对水稻生长的影响。

图1 不同秸秆还田条件不同时期耕层土壤速效氮磷钾有机质检测结果Figure 1 Investigation results of the organic matter detection of soil available nitrogen and phosphorus in different straw mulching condition at different stages

从速效氮磷钾折线图可以看到，在6月21日和9月20日速效氮磷钾含量出现2个峰值，表明是施肥的效果，与实际很相符。由于出穗后施肥不当，导致试验地200%秸秆还田与100%全量秸秆还田的水稻生长后期出现贪青和结实率、千粒重偏低的现象。试验表明，耕层土壤速效氮磷钾与秸秆还田关系不明显，主要受施肥影响。

从土壤有机质调查结果表明，秸秆还田能够补充土壤有机质的代谢消耗，200%秸秆还田与100%全量秸秆还田地块的有机质含量保持春季整地前水平；100%全量秸秆还田土壤有机质含量比年初提高5.12%，而对照焚烧处理的土壤有机质含量比春季整地前下降 8.81%。

2.5 秸秆还田对水稻秧苗返青和生长发育的影响

插秧后调查显示，200%秸秆还田与100%全量秸秆还田的秧苗返青情况与对照焚烧处理的返青情况没有明显差别，发根、叶片颜色、株高基本一致，返青到分蘖出穗期发育指标见图2和图3。

图2 不同秸秆还田处理田间茎数调查折线图Figure 2 Broken line of stem count in field in different straw mulching treatment

图3 不同秸秆还田处理水稻株高调查折线图Figure 3 Broken line of rice plant height in different straw mulching treatment investigation

从分蘖速度比较，对照焚烧处理的秧苗从6月14日至6月28日平均每日茎数增加速率为：（31.6-5.7）÷14＝1.85 株/（日·穴），同理，200%秸秆还田为1.43 株/（日·穴），100%全量秸秆还田为 1.86 株/（日·穴），这表明水稻秧苗插后分蘖长势表现为：

100%全量还田＞对照焚烧处理＞200%秸秆还田

从分蘖末期7月7日至拔节抽穗8月5日，分蘖死亡消减的速率分别为：200%秸秆还田0.175＜100%全量还田0.300＜对照焚烧处理0.457；成穗率 200%秸秆还田84.5%＞100%全量还田79.4%＞对照焚烧处理 68.8。

造成200%秸秆还田分蘖长势不强的原因之一可能是受耕层秸秆还田量大的影响，根部土壤环境不良，导致肥料养分吸收利用不充分，此外，2016年6月15日至21日进行排水打药杀稗草，可能也是不利因素。

100%全量秸秆还田处理的秧苗分蘖长势好于对照焚烧处理和200%秸秆还田，这表明100%全量秸秆还田不会对水稻的正常生长发育造成不利影响。从群体结构和生物产量上看，100%全量秸秆还田的表现优于对照焚烧处理和200%秸秆还田。

2.7 秸秆还田对当季水稻产量的影响

2016年对试验地块进行测产并对产量构成因素进行取样调查，结果见表4。

产量取样调查和测产表明，100%全量秸秆还田较为重视整地灭茬这一关键环节，能够消除秸秆还田带来的不利影响，保证整地质量、插秧质量，有利于水稻正常返青、分蘖并获得高产效果。

田间调查结果表明，还田秸秆在微生物作用下腐烂分解的同时会生成有害物质，但危害并不明显，有待更加深入地调查和检测。

表4 不同秸秆还田处理的产量构成因素调查Table 4 Yield component factors investigation in different straw mulching treatment

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