王 慧，唐庆刚，李 瑛

(佳木斯市潜兴农业机械研发有限公司，黑龙江 佳木斯 154000)

0 引言

秸秆是粮食生产过程中的必然产物，也被称为农业废弃物，是固体废弃物的一种。但秸秆分解后可以释放大量的植物生长必需元素，如氮、磷、钾、碳及有机物等，可以促进作物生长和提高土壤有机质含量，又被称为利用价值极高的可再生生物资源。中国是产粮大国，因此每年粮食收获后，田地中也会残留非常多的作物秸秆，但是秸秆的利用率并不高，其中机械还田约占总量的30%，加工用作牲畜饲料约占总量的18.5%，转化为工业生产原料约占总量的15.4%，用作其他约占总量的36.1%。随着新技术的出现及应用，作为燃料、饲料、建筑材料的秸秆使用量越来越少，造成每年会有大量的秸秆被作为农业垃圾进行处理。许多地区将秸秆就地焚烧、乱堆乱放等简单的处理方式，造成环境污染、影响村容村貌等社会问题。

秸秆还田主要可分为直接和间接两种方式，直接还田方式按机械对秸秆作用可分为整秆(高留茬)、粉碎和覆盖(翻压)还田等；间接还田方式主要有碳化、堆沤和过腹。直接还田方式操作简单、节省人力物力、成本低、见效快，适合用于大面积的土地，但是容易出现病虫害，需要增加防治病虫害的投入[1]。间接还田操作复杂、成本高，不适合大面积田块。

秸秆通过机械装置还田后，在土壤自身微生物及人为添加剂作用下进行腐解，腐解过程中会释放出大量的氮、磷、钾等作物所需生长元素，土壤养分增多，其物理、化学性质得到有效改善，蓄水保墒和固碳的能力得到大幅提高。环境中多种因素都会对秸秆的腐解进程产生不同程度的影响。

1 秸秆利用情况

国外许多国家都有明确且严格的法律禁止焚烧秸秆，各个国家也都在探索不同方式、方法来解决秸秆问题。如英国在1993年6月颁布了史上第一部最严厉的作物秸秆焚烧法规，通过法规限制秸秆焚烧现象，而后同大多数国家一样使用秸秆粉碎还田机械将作物秸秆收割、打碎后翻埋进土壤就地还田的方法消化秸秆，将大量秸秆掺入土壤，以此来增加土壤中的有机质含量。美国等农业大国采用的是将种植业和养殖业有效结合的有机农业生产模式，种植业产生的大量秸秆加工处理后直接用于畜牧业，既解决了秸秆处理问题，也解决了牲畜饲料问题，秸秆使用率很高，使农作物秸秆几乎都被消耗。

国内的秸秆粉碎还田技术开始于20世纪90年代，相对于国外发展较晚。早期，我国的秸秆资源一直处于“浪费”状态，即就地堆放弃置一旁，或者就地直接焚烧，仅有少量的秸秆用于造肥还田、畜牧饲料和生活能源消耗。近年来，粮食产量逐年增加，秸秆产量也连年激增，但是秸秆的利用率、使用量并不高。可见，中国农作物秸秆资源利用存在很大空间。秸秆还田作为秸秆资源利用的方式之一，是实现秸秆肥料化、减少化肥使用和维持粮食安全的重要措施。

2 秸秆还田机械

国外的秸秆还田技术应用早，秸秆还田机械发展也较先进。意大利FORIGO生产的秸秆枝条粉碎还田机，如图1所示。该机具有专用于切碎杂草、秸秆及树枝等农业“垃圾”性能，碎屑大小适合自然腐烂分解，可前置悬挂也可以侧悬挂，并且带有液压折叠功能，方便田间行走与运输。挪威格兰公司生产的格兰FXZ400型秸秆还田机，如图2所示。该机器具有调节方便、可靠性高和田间适用能力强的特点，其还田作业效果好，可用于各种农业作物秸秆的机械翻压还田作业。荷兰AWON牌秸秆还田机，如图3所示。其具有高效率、低油耗的特点，刀头被设计成Y型结构，使用寿命更长、粉碎更彻底，刀具呈螺旋状分布，使机具受力更均匀、振动小。

图1 意大利FORIGO秸秆还田机

图2 挪威FXZ400秸秆还田机

图3 荷兰AWON牌秸秆还田机

国内的秸秆还田机械相较于国外起步较晚，但是发展速度相对较快，目前，国内田间生产作业时可以看到有许多企业自行研发秸秆粉碎还田设备已经投入使用。常州汉森机械股份有限公司生产的4JH-200型秸秆还田机，如图4所示。其传动可靠性高，可调节侧向移动结构，方便调整作业范围，刀具由多组Y型刀和直刀的组合排布使用，使粉碎效果更好，作业效率更高[2]。河北中农博远农业装备有限公司生产的博远3ZF-165型秸秆粉碎还田机，如图5所示。该机作业时悬挂在农用拖拉机后方，传动方式为齿轮变速箱和侧边三角带传动，农户使用反馈表明：该机具秸秆粉碎还田性能良好。江苏沃德农业机械股份有限公司生产的沃德1JH系列秸秆还田机，如图6所示。该机具有结构合理、经久耐用和性能稳定等优点，悬挂方式采用液压三点连接，转弯灵活。

图4 4JH-200型秸秆还田机

图5 3ZF-165型秸秆还田机

图6 沃德1JH系列秸秆还田机

3 秸秆还田腐解影响因素

评价秸秆还田效果重要因素之一是秸秆腐解情况。秸秆还田后腐解是一个相对复杂且缓慢的过程。秸秆在还田后腐解规律表现为先快后慢，一般秸秆可在土壤中存留2～3年甚至更长时间都无法被土壤中的微生物完全分解。影响秸秆腐解的因素很多，如土壤的理化性质、耕作方式和不同秸秆的性质等都会对秸秆腐解速率产生不同程度的影响。

土壤的理化性质对秸秆腐解的影响较大。东北农业大学于舒函[3]探究了秸秆还田时施加氮对土壤速效氮的影响。研究结果表明，秸秆最适合腐解土壤pH为5～8，酸性或碱性过强都会导致土壤中的微生物物理活性不同程度改变，从而影响秸秆腐解效果。Li X G等[4]通过对秸秆在盐渍土中的腐解研究表明，土壤盐碱含量不同对微生物的影响程度不同间接影响秸秆腐解的速度，盐碱度与秸秆腐解速率呈负相关。

在秸秆还田耕作过程中，由于还田量不同、还田深度不同都会对秸秆腐解产生不同程度的影响。东北农业大学王蕾等[5]通过直接还田方式，对黑龙江省玉米秸秆在5～25 cm的秸秆长度、5～25 cm的还田深度范围内还田腐解的规律进行了深入研究。研究结果表明，黑龙江省玉米秸秆的腐解效率随其长度和翻埋深度的增加而降低。南京信息工程大学江晓东等[6]通过少耕免耕方式对小麦、玉米秸秆还田腐解的规律探究表明，少耕免耕耕作模式下秸秆腐解率低于旋耕、耙耕等传统耕作方式。山西农业大学王娜等[7]揭示了旋耕和覆盖免耕两种还田方式下对北方旱田小麦秸秆腐解影响规律，结果表明，经过375天的试验，旋耕方式小麦秸秆腐解率为50%，覆盖免耕方式下小麦秸秆腐解率为31%，但覆盖免耕方式固碳能力显著增强。

外界因素对秸秆还田腐解也会产生较大影响，如温度、添加生物菌等。吉林市农业科学院曲晓晶等[8]探讨了在秸秆还田时添加尿素、生物菌剂和微量元素调理剂3种方式对吉林省玉米秸秆的影响规律。结果表明，在秸秆还田时增加添加剂能够有效加速秸秆的腐解，添加生物菌剂在还田深度为15 cm时秸秆腐解率效果较好，添加尿素在还田深度为30 cm时秸秆腐解率效果较好。Stanford等[9]研究发现，秸秆腐解的最适温度为5～35 ℃，每升高10 ℃，会使易于矿化的物质腐解速率加倍。周桂香等[10]研究表明，不仅随着温度的升高秸秆的腐解会加快，田间持水量对秸秆的腐解也有一定的影响，研究表明70%的持水量最适合秸秆腐解，降低到40%的持水量或升高到90%的持水量，均不利于秸秆的腐解。

4 结语

基于我国农业机械化水平，秸秆粉碎快速腐解还田机械的发展受到一定程度的影响。机具整体田间适应性较差、功率、噪音及振动大、消耗大，功能结构单一。部分工作部件在高速旋转下易损坏，说明其可靠性较差，存在一定的安全隐患。1)国家应加大对农业机械研制的投入，加快新型且适合我国实际情况的秸秆快腐还田机械的研制。2)持续加大对秸秆快腐还田研究人员的培养力度，提高我国研发农业机械的科技人员的技术水平。3)提高对秸秆快腐还田机械的购买补贴，提高农民购买秸秆快腐还田机械的积极性。4)如何提高秸秆利用率，如何快速腐解秸秆，如何减少秸秆还田成本，将会是未来秸秆综合利用及快速腐解还田机械的研究发展方向。