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江苏省机械化秸秆还田技术的应用及其展望
2007-6-8农作物秸秆综合利用的背景
江苏是农业大省，全省秸秆资源非常丰富，年产量约3700多万吨。据初步计算：我省年产3700多万吨秸秆，有1000多万吨作为农村生活燃料和能源，占30%左右；500多万吨被用来还田，占15%；550万吨作为饲料，占16%左右；120多万吨作为食用菌基料，占3%；秸秆发电、秸秆编织及其它利用180万吨，占4%；还有30%左右的秸秆被废弃或在田间直接焚烧掉。
近年来，农作物秸秆并未得到有效的利用，焚烧现象时有发生。据国家卫星气象中心的定时监测，江苏省2005年夏熟作物就有1512个秸秆焚烧火点，单位面积（千公顷）有0.802个火点。
秸秆焚烧后，会散发大量的有害物质（见下表），造成了资源的浪费，使生态失衡，污染了环境，引发火灾，机场、高速公路被迫关闭，造成交通事故，引发人类多种疾病，不利于和谐社会的建设。
造成农作物大量焚烧原因，主要有以下几个方面：
(1)农业保持持续稳产、高产，农作物秸秆总量在增加，但综合利用，特别是工业化的利用滞后，秸秆出现过剩；
(2)随着农民收入的增加，生活水平和生活质量的提高，农民增加使用化肥和燃煤（气），减少使用秸秆作肥料和燃料；
(3)受农业机械性能和作业效率的影响，秸秆留茬过高，灭茬耕整地机械和免（少）耕播种机械在部分地区尚未得到大面积推广，迫使农民一方面为赶农时，一方面秸秆用处不大而焚烧。国外农作物秸秆综合利用的发展趋势
秸秆的综合利用是一个世界性的课题，世界各国特别是发达国家已作了大量研究，取得了相当的进展，它的应用主要包括四个领域:饲料、燃料、肥料和工业原料。而饲料和燃料的利用及其转化技术，是工业化综合利用的主要领域。
2.1 畜牧业发达国家早已利用秸秆饲料进行养殖，取得了良好的效果。如美国的饲喂秸秆的肉食转化率达73%，澳洲达90%。他们采用先进的冷压成型技术，将秸秆切碎、搓揉，进行钠化或氨化调质处理，添加微量元素和粘合剂，压制成块或颗料，便于贮藏和运输。这是秸秆饲料处理的发展方向。
2.2 以秸秆为主要原料的生物质能的利用，是当前技术创新的热点之一，目前在秸秆发电、沼气、成型燃料等方面已有一定的应用。美国和西欧已将秸秆气化技术广泛用于区域取暖、餐饮等民用设施。丹麦是研究秸秆发电较早的国家，1988年诞生了世界上第一座秸秆生物燃烧发电厂，如今有130座秸秆发电厂遍及全国，丹麦靠新兴替代能源由石油进口国成为石油出口国。
在工业用途方面，除传统的纸浆生产外，又在其它领域，如乙醇的制取、建筑材料等得到一定的应用。秸秆还田的效果
秸秆还田可以改善农作物的农田生态环境即作物生长环境，提高农作物的产量，秸秆还田的增产机理主要表现在二个主面：养分效应和改土效应。
3.1秸秆还田的养分效应
秸秆还田后土壤中氮磷钾养分含量都有提高。根据全国部分农业科研单位的试验表明，全氮平均提高0.0014%,速效磷平均提高3.76mg/kg，速效钾平均提高31.2mg/kg。
3.2 秸秆还田的改土效应
实行秸秆还田后，随着有机质进入土壤，逐步分解矿化，部分残留于土壤中形成稳定的腐殖质，能够增加土壤有机质含量，降低土壤容重，增加土壤孔隙度。
3.3 秸秆还田的增产效果
秸秆还田是一项有效的增产措施，据有关资料统计，一般都在10%以上。而且坚持常年秸秆还田，不但在培肥阶段有明显的增产作用，而且后效十分明显，有持续的增产作用。江苏省秸秆还田机械的技术特点
我省秸秆还田机械可分为三类：
第一类——秸秆粉碎还田机。主要用于直立和铺放的玉米、高梁、棉花秸秆的粉碎，兼用于稻麦秸秆的粉碎，配套动力36.7kw～73.5kw
第一类机型的技术特点：
秸秆粉碎机原设计专用于玉米、高梁、棉花等高大、硬秸秆的粉碎，经实践，生产厂家对秸秆粉碎部件——锤爪进行了较大的改进，由整体锤爪换成动定刀组合的5片“Y”型刀片，利用动、定刀的速度差更能有效地将秸秆粉碎，刀片的表面焊合耐磨合金，大大提高了刀片的使用寿命，秸秆的粉碎长度，硬秸秆在100mm以下，小软秸秆在150mm以下。在生产率方面，50马力的中拖配150cm幅宽的机型，每天可作业3～5公顷，65马力中拖配170cm幅宽机型，每天可作业4～6公顷。
第二类——双轴型旱田灭茬旋耕机。可一次完成对玉米、高梁、棉花等的破根茬和旋耕复合作业。
第二类机型的技术特点：
双轴灭茬旋耕机是近年来为秸秆还田作业而设计的新机型、它对于玉米、高梁、棉花等高大、硬秸秆的前轴破茬——后轴旋耕复合作业有独特的优越性，解决了普通单轴旋耕对高大、硬秸秆破根茬作业效果很差的问题。机器的灭茬深度达5～8cm，耕深可达16cm。在解决了轻型化设计之后，水田作业也可得到较好的效果。50马力中拖配套140cm幅宽的机型，每天可作业3～5公顷，65马力中拖配160cm幅宽的机型，每天可作业4～6公顷。
第三类——水旱两用埋茬耕整机，主要用于水田的耕整地作业，可一次完成水旋、埋茬、起浆、平整等4项作业。兼用于旱田的秸秆粉碎还田作业，配套动和21kw～100kw。第三类机型的技术特点：
水旱两用埋茬耕整机是近年来在旋耕机经结构上的改进后，为适用于水耕灭茬而发展起来的。为了适应水田作业，原旱耕一节挡泥板改进成两节弹性平土板，以增加平田功能。在原旱耕旋耕机刀轴上加装了横向压草板，这种压草板加强了埋草功能，提高了埋草率。刀的排列由于考虑到加装压草板的需要，由原螺旋排列变为均匀八等分交叉排列，这种排列方式有可能造成旋切的不稳定。另有一种“燕尾”型刀片，可使埋草性能得到进一步的提高。在此基础上，旋耕复合作业水田平整机又对平地装置进行了创新设计，这种装置具有液压控制的独立的转角、拓展和提升功能，可根据田块的高低、墒沟等情况运土平地。
另外，我省已有一定量的反旋灭茬机，其秸秆还田的性能介于旋耕机和上述三类机型之间。5 机具选型
综上所述，各机型各有特点，现就各种不同秸秆还田作业的适合推广机型、基本适用机型列表如下：
表4的选型排列基于如下考虑：
5.1 麦秸秆还田
麦秸秆还田以水耕为优选耕作工艺。水耕可以使秸秆与泥土充分搅拌，耕作阻力比旱耕小三分之一左右，水耕可以实现多道工序一条龙作业，大大提高生产效率，降低耕作成本，这一点也是使农民由被动消极实施秸秆还田转化为积极主动地实施秸秆还田的关键。
在水耕机型当中，水旱两用埋茬旋耕机的水耕平整靠两节拖泥板平整，没有将泥土从高处运往低处的功能，所以平整效果不太理想，旋耕复合作业水田平整机具有优良的运土功能和泥浆自平功能，性能上有创新点，关于机器制造成本偏高的问题，用户可在使用过程中逐步理解性价比，得出结论。
5.2 稻秸秆还田
稻秸秆的还田以切碎、深旋耕为理想耕作工艺，切碎是为了防止稻秸秆缠绕刀轴；深旋耕是为了有足够的土壤与秸秆拌和，避免耕作层中秸秆比例过高，同时深旋耕也是加厚土壤耕作层、培育土壤肥力的重要措施。双轴灭茬旋耕机的最大优点是一次作业旋耕两次，这能使得秸秆与泥土充分拌匀，所以这种机型对于稻秸秆还田具有一定优势。
5.3 玉米、高粱、棉花高大、硬秸秆还田
玉米、高粱、棉花等大、硬秸秆的还田作业以粉碎后再破根茬旋耕埋秸秆为最佳，因为玉米、高粱、棉花的根茬往往使耕作的阻力成倍增加，此外，玉米高粱的根茬尺寸很大，这使得局部垡块很大，影响下熟的播种作业，所以秸秆粉碎机+双轴灭茬旋耕机的组合为首选，秸秆粉碎+普通旋耕机作业为当前常用方式。秸秆还田的工艺路线
根据我省以麦稻轮作的农业生产布局，机械化秸秆还田技术的应用先从麦秸还田进行突破，制定合理的机械化秸秆还田工艺路线。其理由如下所述：
(１)我省的麦收季节相对集中在5月下旬～6月上旬的10天左右时间内，农民需要在短时间内抢收抢种，如机械化作业跟不上，必然会造成秸秆焚烧而稻收的时间，由于品种的不同，水稻的收割期可持续近一个月，农民有时间进行综合利用。
(２)水田秸秆还田作业的功率消耗基本上与旱用旋耕持平，我省目前广泛使用的50马力级轮式拖拉机均可配套使用，农民的经济利益未受到大的影响，重要的接受水耕作业方式。随着我省半喂入自走式联合收割机拥有量的迅速提高，水稻的收获逐步取得了低留茬、整秸秆的效果。同时，水稻秸秆还田作业机械相对动力消耗大，机具笨重，对下茬作物的生长有一定的影响。
(３)稻秸秆具有相对较大的利用价值，如草帘、草包等已在防汛、防寒等方面有广泛的应用。后续作业可采用捡拾打捆综合利用，少（免）耕机条播以实施旱田的保护性耕作。根据以上分析，我省机械秸秆还田可设计以下工艺路线：
水田机械化麦秸秆全量（或半量）还田—→机插秧—→半喂入联合收割机—→水稻整秸秆捡拾打捆—→免（少）耕机条播及稻秸秆的综合利用
这种一年一茬麦秸秆的全量或半量还田，是集机械收割、水、旱田后续作业、肥料运筹等综合农机农艺配套处理秸秆技术，它既保持水田机械化秸秆还田技术要求
7.1 麦秸秆还田方式：茬田浸泡1～2天后，水旋耕翻还田。机械作业后，应沉淀1～2天，以利于下茬机插秧作业。
7.2 适宜还田量：从生产实际出发，一般以本田秸秆还田。亩还田量250～300kg，一年还田一季，就可以逐年增加土壤有机质含量
7.3 作业机具的选择：选择水田作业麦秸秆还田机具，应综合作业质量符合下茬机插秧的耕整地要求，配套当地广泛使用的动力，作业成本与旱旋耕接近，并为机手农户所接受等因素，并达到以下技术指标：旋耕翻压深度：10～15cm；秸秆切碎长度：＜10cm；植被覆盖率：≥25%；田面平整度：≤3cm；作业效率：5～8亩/小时（中拖配套）。
7.4 补施速效氮肥：100公斤秸秆要加施0.5公斤纯氮。在水田埋茬机作业时可补施适量施用磷钾肥，秸秆还田可与当地平衡施肥相结合。
7.5 烤田与耘田：栽插水稻秧苗后，采用浅水灌溉的湿润灌溉法，水深不超过5厘米，在分蘖初期和盛期各耘田一次，并适时进行烤田，以增加土壤的通透性，有利于气体交换和释放有害气体。
7.6 机械作业时的水层控制：机具作业时，如果水层太浅或无水层，容易出现刀滚缠草及机具作业负荷过大等现象，水层过深，容易出现秸秆飘浮，覆盖效果差，影响机插效果。因此，作业时应将水层控制在3厘米左右。
7.7 机具作业方式：一般采用两次作业的方式，第一次机具前进速度稍慢，浅旋；第二次略快，注意要达到将麦秸压入泥中，均匀搅拌效果。发展方向
8.1 实行保护性耕作，是我国北方地区近年来大力推广的一项农机化新技术。南方稻区同样需要根据本区域的特点，推广保护性耕作农机化新技术，农业部已将这项技术列入“十一五”重点推广技术。一些专家把30%以上秸秆还田定义为保护性耕作。南方水田保护性耕作机械化技术主要由两项内容组成，一是改革铧式犁耕翻土壤的传统耕作方式，通过水田秸秆还田机的作业，实现少耕、秸秆还田、平整土地等工序一次完成。二是应用新型植保机械，采用水田机械中耕除草和高效、低耗药械相结合，有针对性地防治病虫草害，有效地减少农药的施用量，将污染减至最小。
8.2 加强对我省秸秆还田机械生产厂家的技术指导，以自愿的原则，进行资源的重新整合，以提高产品的性能和质量，降低制造成本。如果将各厂家的创新点优化组合起来，进行联合攻关设计，必将形成性能更加优越的新机型。在新的设计中，要根据水、旱田耕整地以及下茬作物农艺的不同要求，机械的结构上要有所区别。如果更换某一部件或调整某一装置，就能既满足水田作业、又适应旱田作业、甚至播种的联合作业的要求，是一种最理想的机型。
8.3 捡拾打捆机并未在我省得到广泛应用。一是因为秸秆的综合利用尚未进入商品化、工厂化生产阶段。二是由于秸秆属于低价值的农业副产物，从经济角度考虑，它的运送距离不能太大，否则昂贵的运输费用会使生产厂家不易接受。三是捡拾打捆的价格过高，也使它的推广受到一定的影响。但是，随着秸秆综合利用技术的完善成熟，捡拾打捆机的应用是不远将来的必然。因此，我省从现在起，就要进行捡拾打捆机的研发，先从简易机型入手，根据市场需求，逐步发展成系列产品。
8.4 要加强对机械秸秆还田技术应用的宣传力度，提出切实可行的补贴政策，包括对新型适用机型的目录管理和补贴，对作业田块农户的补贴，以加速秸秆还田技术的推广进度。尽快制定秸秆还田机具的操作规程，特别是水田作业机械的操作规程，形成一套全面完整的操作方法，规范作业。
