習(xí)近平總書記高度重視黑土地保護(hù)與利用，指示一定要采取有效措施，保護(hù)好黑土地這一“耕地中的大熊貓”。東北是全球僅有的三大黑土區(qū)之一，東北四省（區(qū)）糧食產(chǎn)量占全國的1/4，調(diào)出量占全國的1/3，是我國最重要的糧食生產(chǎn)優(yōu)勢區(qū)、最大的商品糧供給基地，是國家糧食安全的“壓艙石”。然而，由于長期高強(qiáng)度、超負(fù)荷利用黑土地，在作物產(chǎn)量增加的同時(shí)，東北黑土地出現(xiàn)日益嚴(yán)重的土地退化問題，已嚴(yán)重影響東北地區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，嚴(yán)重影響我國的糧食安全。
秸稈還田是恢復(fù)黑土地地力的最重要、最有效措施之一，是實(shí)現(xiàn)秸稈綜合利用與黑土地保護(hù)有機(jī)結(jié)合的有效途徑。農(nóng)業(yè)的春華秋實(shí)，其產(chǎn)物一半在籽實(shí)，一半在秸稈。秸稈本身就來源于土地，秸稈還田可以有效增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和理化性狀。但是傳統(tǒng)秸稈還田方式在東北地區(qū)難以被接受，無法消納每年的秸稈生產(chǎn)總量。傳統(tǒng)秸稈還田方式的癥結(jié)在哪？秸稈還田技術(shù)的出路何在？為此，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤耕作與種植制度團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了幾年的探索，希望這些探索能夠回答這些問題。
一、秸稈量多體大，“收、運(yùn)、儲”體系不完備，離田成本高，傳統(tǒng)還田方式秸稈腐解慢，作物出苗差，土壤養(yǎng)分失衡
我國每年要產(chǎn)生8億多噸秸稈，這樣一個(gè)龐大的數(shù)字是伴隨著我國糧食產(chǎn)量的連年增加而產(chǎn)生的，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的后續(xù)問題。隨著單產(chǎn)水平的提高，黑土地里的秸稈越來越多，越來越“扎手”。保守估計(jì)，黑土區(qū)的秸稈產(chǎn)量已超過2.1億噸。生產(chǎn)上廣泛采用的秸稈覆蓋還田和淺旋還田，大多存在秸稈腐解慢、土壤消納能力差、土壤有機(jī)質(zhì)提升效果不佳等問題，致使農(nóng)民面對量多體大的剩余秸稈處于“還不下、無處放、不讓燒”的尷尬處境。此外，傳統(tǒng)秸稈還田方式也會影響作物生長，尤其是旱田，秸稈還田后，土壤變的孔隙過多，導(dǎo)致跑風(fēng)漏氣，作物易“吊苗懸根”，影響保苗率，出現(xiàn)黃苗、死苗、易倒伏，造成減產(chǎn)。
秸稈“收、運(yùn)、儲”體系不完備，導(dǎo)致秸稈離田成本較高。據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部調(diào)查測算，傳統(tǒng)秸稈離田成本約為單季作物純收入的15%~30%，這造成了農(nóng)民秸稈還田離田意愿不強(qiáng)，積極性不高。現(xiàn)階段農(nóng)村勞動(dòng)力缺乏，一個(gè)勞動(dòng)力一天處理秸稈僅能收入十幾元，而一個(gè)勞動(dòng)力一天的工錢卻要上百元，比較效益差。因此，東北地區(qū)的一些農(nóng)民流傳著這樣的說法：“秸稈不燒種不了田，運(yùn)走秸稈白種田，拿走秸稈不要錢”。
秸稈淺旋還田也易導(dǎo)致土壤養(yǎng)分失衡、微生物與作物爭肥而影響產(chǎn)量等問題。土壤微生物活動(dòng)的適宜碳氮比為25~30，而玉米秸稈的碳氮比為80~100，如果土壤中氮素不足，微生物在分解秸稈時(shí)會利用土壤中的大量氮肥，這會造成土壤養(yǎng)分不足。秸稈還田時(shí)也會把病毒病菌和蟲卵一塊帶進(jìn)耕層，為來年發(fā)病埋下隱患。這個(gè)問題已大量出現(xiàn)，并呈逐年上升趨勢，比如有的地方爆發(fā)蠐螬危害，有的地方爆發(fā)玉米瘋?cè)~病等，這不能不引起我們的重視。
二、秸稈顆粒化實(shí)現(xiàn)秸稈安全還田，可快速培肥耕層，破解了傳統(tǒng)秸稈還田后土壤培肥與作物增產(chǎn)難以協(xié)調(diào)的難題
秸稈還田是制約我國北方秸稈利用與耕地培肥的“卡脖子”技術(shù)，長期以來一直沒有得到根本解決。針對北方傳統(tǒng)秸稈覆蓋還田、淺旋還田技術(shù)存在的還田難、腐解難、保苗難、病蟲害多、產(chǎn)量低等弊端需要破解的重大需求，近年來土壤耕作與種植制度團(tuán)隊(duì)圍繞秸稈“如何處理、怎樣還田”等潛心研究，創(chuàng)新了“秸稈深埋、高量顆粒還田、輪耕輪還”方式，研制了田間自走式秸稈撿拾顆粒制作一體機(jī)等秸稈還田機(jī)械，能在田間將作物秸稈就地制作成體積縮小至1/10~1/15、密度提高7倍~10倍的秸稈顆粒，成功解決了離田秸稈處理加工過程中“收、運(yùn)、儲”體積大、環(huán)節(jié)多、成本高等難題。每畝秸稈顆粒體積僅7-8麻袋，秸稈處理成本（油耗+機(jī)手費(fèi)+機(jī)器損耗費(fèi)）100元以內(nèi)。在吉林省公主嶺市秸稈顆粒一次性高量深埋還田后效試驗(yàn)結(jié)果表明，還田兩年時(shí)，耕層（0-20cm）土壤有機(jī)質(zhì)由1.96%提高至2.08%，亞耕層（20-40cm）土壤有機(jī)質(zhì)由1.26%升至1.75%，平均每畝增產(chǎn)60公斤-100公斤糧食。有效解決了目前秸稈還田地方財(cái)政負(fù)擔(dān)重，完全由農(nóng)民投錢則不情愿的最大難題。
秸稈造粒后具有體積小、密度大、土壤可消納量高、施用簡易化等特點(diǎn)，其每畝還田量可達(dá)常規(guī)粉碎秸稈的3~5倍甚至更高，且還田質(zhì)量可控，培肥地力效果更好。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)大量秸稈的高質(zhì)量還田，這為秸稈還田有效提升黑土有機(jī)質(zhì)提供了可行的途徑。秸稈顆粒還可以通過秸稈顆粒施肥機(jī)施入亞耕層，由傳統(tǒng)的秸稈地表覆蓋變成秸稈顆粒土下深埋，即由“秸稈被子”變成“秸稈褥子”。這項(xiàng)技術(shù)可有效緩解長期淺耕導(dǎo)致的土壤“上肥下瘦”現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)亞耕層肥力的提高及可持續(xù)生產(chǎn)，意義重大。團(tuán)隊(duì)前期針對東北黑土區(qū)不同形態(tài)秸稈高量亞耕層培肥還田效應(yīng)的研究結(jié)果顯示，秸稈顆粒化高量亞耕層還田可實(shí)現(xiàn)顯著增產(chǎn)，春玉米產(chǎn)量增幅達(dá)7%-17%。據(jù)推算，若按照每年5噸秸稈顆粒連年還田且將秸稈顆粒翻埋到25cm土層，五年后土壤有機(jī)碳含量可望提高一個(gè)百分點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)耕層的快速培肥。此外，團(tuán)隊(duì)還在東北黑土區(qū)開展了包括秸稈顆粒高倍量還田技術(shù)的系列研究與示范，探索出既能提高土壤有機(jī)質(zhì)，又能同時(shí)增產(chǎn)的秸稈安全有效還田技術(shù)，破解了傳統(tǒng)秸稈還田后土壤培肥與作物增產(chǎn)難以協(xié)調(diào)的難題。
三、秸稈顆粒應(yīng)用范圍廣，可深加工為系列提質(zhì)增效新產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)秸稈顆粒產(chǎn)品化和產(chǎn)業(yè)化
秸稈還田難是全球性難題。比如“一帶一路”部分國家，保護(hù)性農(nóng)業(yè)占比已達(dá)60%左右，而保護(hù)性農(nóng)業(yè)一方面要求秸稈覆蓋，另一方面要求少免耕，這極易導(dǎo)致秸稈地表集聚，影響播種質(zhì)量，增加病蟲草害發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。再比如美國，即使秸稈還田已廣泛推廣，仍有32%的秸稈未能還田。秸稈顆粒化有效解決了秸稈由于量多體大的原因難以還田的難題，研發(fā)出秸稈顆粒化還田技術(shù)與產(chǎn)品在遼寧鐵嶺、吉林公主嶺、黑龍江雙城、甘肅酒泉、內(nèi)蒙古五原，以及四川西昌、阿壩，山東德州、諸城、高密、壽光、安丘等地，在糧食、經(jīng)濟(jì)、果樹、蔬菜等作物上均有應(yīng)用。如果在東北地區(qū)全面推廣秸稈顆粒還田全程機(jī)械化，通過多年連續(xù)實(shí)施，可以使東北地區(qū)黑土地的地力得到很好恢復(fù)，為全世界黑土地做出示范。
秸稈顆粒除直接還田外，還可進(jìn)一步開發(fā)成系列產(chǎn)品，如飼料、燃料等。秸稈顆粒多級產(chǎn)品在畜禽養(yǎng)殖、生物質(zhì)能源化等多個(gè)領(lǐng)域均有較好的應(yīng)用前景，其中，秸稈顆粒益生飼料預(yù)計(jì)可提高畜禽飼料消化率10個(gè)百分點(diǎn)以上，秸稈顆粒燃料的熱量利用率比標(biāo)準(zhǔn)煤更高。加工生產(chǎn)的秸稈顆粒飼料利用后產(chǎn)生的牛羊糞便、燃料利用后產(chǎn)生的草木灰還可間接還田，進(jìn)一步提升秸稈顆粒的培肥效果。
綜上所述，通過創(chuàng)新秸稈還田方式，使秸稈“變廢為寶”，既可在新時(shí)期現(xiàn)代集約農(nóng)業(yè)中減少秸稈造成的環(huán)境污染壓力，又可使秸稈資源重新發(fā)揮“肥料、飼料、燃料”的作用，實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效。在秸稈綜合利用過程中，達(dá)到企業(yè)獲益、農(nóng)民增收、減輕國家財(cái)政補(bǔ)貼壓力的目的，使秸稈利用成為企業(yè)與農(nóng)民的自覺行為。
一、秸稈量多體大，“收、運(yùn)、儲”體系不完備，離田成本高，傳統(tǒng)還田方式秸稈腐解慢，作物出苗差，土壤養(yǎng)分失衡
我國每年要產(chǎn)生8億多噸秸稈，這樣一個(gè)龐大的數(shù)字是伴隨著我國糧食產(chǎn)量的連年增加而產(chǎn)生的，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的后續(xù)問題。隨著單產(chǎn)水平的提高，黑土地里的秸稈越來越多，越來越“扎手”。保守估計(jì)，黑土區(qū)的秸稈產(chǎn)量已超過2.1億噸。生產(chǎn)上廣泛采用的秸稈覆蓋還田和淺旋還田，大多存在秸稈腐解慢、土壤消納能力差、土壤有機(jī)質(zhì)提升效果不佳等問題，致使農(nóng)民面對量多體大的剩余秸稈處于“還不下、無處放、不讓燒”的尷尬處境。此外，傳統(tǒng)秸稈還田方式也會影響作物生長，尤其是旱田，秸稈還田后，土壤變的孔隙過多，導(dǎo)致跑風(fēng)漏氣，作物易“吊苗懸根”，影響保苗率，出現(xiàn)黃苗、死苗、易倒伏，造成減產(chǎn)。
秸稈“收、運(yùn)、儲”體系不完備，導(dǎo)致秸稈離田成本較高。據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部調(diào)查測算，傳統(tǒng)秸稈離田成本約為單季作物純收入的15%~30%，這造成了農(nóng)民秸稈還田離田意愿不強(qiáng)，積極性不高。現(xiàn)階段農(nóng)村勞動(dòng)力缺乏，一個(gè)勞動(dòng)力一天處理秸稈僅能收入十幾元，而一個(gè)勞動(dòng)力一天的工錢卻要上百元，比較效益差。因此，東北地區(qū)的一些農(nóng)民流傳著這樣的說法：“秸稈不燒種不了田，運(yùn)走秸稈白種田，拿走秸稈不要錢”。
秸稈淺旋還田也易導(dǎo)致土壤養(yǎng)分失衡、微生物與作物爭肥而影響產(chǎn)量等問題。土壤微生物活動(dòng)的適宜碳氮比為25~30，而玉米秸稈的碳氮比為80~100，如果土壤中氮素不足，微生物在分解秸稈時(shí)會利用土壤中的大量氮肥，這會造成土壤養(yǎng)分不足。秸稈還田時(shí)也會把病毒病菌和蟲卵一塊帶進(jìn)耕層，為來年發(fā)病埋下隱患。這個(gè)問題已大量出現(xiàn)，并呈逐年上升趨勢，比如有的地方爆發(fā)蠐螬危害，有的地方爆發(fā)玉米瘋?cè)~病等，這不能不引起我們的重視。
二、秸稈顆粒化實(shí)現(xiàn)秸稈安全還田，可快速培肥耕層，破解了傳統(tǒng)秸稈還田后土壤培肥與作物增產(chǎn)難以協(xié)調(diào)的難題
秸稈還田是制約我國北方秸稈利用與耕地培肥的“卡脖子”技術(shù)，長期以來一直沒有得到根本解決。針對北方傳統(tǒng)秸稈覆蓋還田、淺旋還田技術(shù)存在的還田難、腐解難、保苗難、病蟲害多、產(chǎn)量低等弊端需要破解的重大需求，近年來土壤耕作與種植制度團(tuán)隊(duì)圍繞秸稈“如何處理、怎樣還田”等潛心研究，創(chuàng)新了“秸稈深埋、高量顆粒還田、輪耕輪還”方式，研制了田間自走式秸稈撿拾顆粒制作一體機(jī)等秸稈還田機(jī)械，能在田間將作物秸稈就地制作成體積縮小至1/10~1/15、密度提高7倍~10倍的秸稈顆粒，成功解決了離田秸稈處理加工過程中“收、運(yùn)、儲”體積大、環(huán)節(jié)多、成本高等難題。每畝秸稈顆粒體積僅7-8麻袋，秸稈處理成本（油耗+機(jī)手費(fèi)+機(jī)器損耗費(fèi)）100元以內(nèi)。在吉林省公主嶺市秸稈顆粒一次性高量深埋還田后效試驗(yàn)結(jié)果表明，還田兩年時(shí)，耕層（0-20cm）土壤有機(jī)質(zhì)由1.96%提高至2.08%，亞耕層（20-40cm）土壤有機(jī)質(zhì)由1.26%升至1.75%，平均每畝增產(chǎn)60公斤-100公斤糧食。有效解決了目前秸稈還田地方財(cái)政負(fù)擔(dān)重，完全由農(nóng)民投錢則不情愿的最大難題。
秸稈造粒后具有體積小、密度大、土壤可消納量高、施用簡易化等特點(diǎn)，其每畝還田量可達(dá)常規(guī)粉碎秸稈的3~5倍甚至更高，且還田質(zhì)量可控，培肥地力效果更好。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)大量秸稈的高質(zhì)量還田，這為秸稈還田有效提升黑土有機(jī)質(zhì)提供了可行的途徑。秸稈顆粒還可以通過秸稈顆粒施肥機(jī)施入亞耕層，由傳統(tǒng)的秸稈地表覆蓋變成秸稈顆粒土下深埋，即由“秸稈被子”變成“秸稈褥子”。這項(xiàng)技術(shù)可有效緩解長期淺耕導(dǎo)致的土壤“上肥下瘦”現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)亞耕層肥力的提高及可持續(xù)生產(chǎn)，意義重大。團(tuán)隊(duì)前期針對東北黑土區(qū)不同形態(tài)秸稈高量亞耕層培肥還田效應(yīng)的研究結(jié)果顯示，秸稈顆粒化高量亞耕層還田可實(shí)現(xiàn)顯著增產(chǎn)，春玉米產(chǎn)量增幅達(dá)7%-17%。據(jù)推算，若按照每年5噸秸稈顆粒連年還田且將秸稈顆粒翻埋到25cm土層，五年后土壤有機(jī)碳含量可望提高一個(gè)百分點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)耕層的快速培肥。此外，團(tuán)隊(duì)還在東北黑土區(qū)開展了包括秸稈顆粒高倍量還田技術(shù)的系列研究與示范，探索出既能提高土壤有機(jī)質(zhì)，又能同時(shí)增產(chǎn)的秸稈安全有效還田技術(shù)，破解了傳統(tǒng)秸稈還田后土壤培肥與作物增產(chǎn)難以協(xié)調(diào)的難題。
三、秸稈顆粒應(yīng)用范圍廣，可深加工為系列提質(zhì)增效新產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)秸稈顆粒產(chǎn)品化和產(chǎn)業(yè)化
秸稈還田難是全球性難題。比如“一帶一路”部分國家，保護(hù)性農(nóng)業(yè)占比已達(dá)60%左右，而保護(hù)性農(nóng)業(yè)一方面要求秸稈覆蓋，另一方面要求少免耕，這極易導(dǎo)致秸稈地表集聚，影響播種質(zhì)量，增加病蟲草害發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。再比如美國，即使秸稈還田已廣泛推廣，仍有32%的秸稈未能還田。秸稈顆粒化有效解決了秸稈由于量多體大的原因難以還田的難題，研發(fā)出秸稈顆粒化還田技術(shù)與產(chǎn)品在遼寧鐵嶺、吉林公主嶺、黑龍江雙城、甘肅酒泉、內(nèi)蒙古五原，以及四川西昌、阿壩，山東德州、諸城、高密、壽光、安丘等地，在糧食、經(jīng)濟(jì)、果樹、蔬菜等作物上均有應(yīng)用。如果在東北地區(qū)全面推廣秸稈顆粒還田全程機(jī)械化，通過多年連續(xù)實(shí)施，可以使東北地區(qū)黑土地的地力得到很好恢復(fù)，為全世界黑土地做出示范。
秸稈顆粒除直接還田外，還可進(jìn)一步開發(fā)成系列產(chǎn)品，如飼料、燃料等。秸稈顆粒多級產(chǎn)品在畜禽養(yǎng)殖、生物質(zhì)能源化等多個(gè)領(lǐng)域均有較好的應(yīng)用前景，其中，秸稈顆粒益生飼料預(yù)計(jì)可提高畜禽飼料消化率10個(gè)百分點(diǎn)以上，秸稈顆粒燃料的熱量利用率比標(biāo)準(zhǔn)煤更高。加工生產(chǎn)的秸稈顆粒飼料利用后產(chǎn)生的牛羊糞便、燃料利用后產(chǎn)生的草木灰還可間接還田，進(jìn)一步提升秸稈顆粒的培肥效果。
綜上所述，通過創(chuàng)新秸稈還田方式，使秸稈“變廢為寶”，既可在新時(shí)期現(xiàn)代集約農(nóng)業(yè)中減少秸稈造成的環(huán)境污染壓力，又可使秸稈資源重新發(fā)揮“肥料、飼料、燃料”的作用，實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效。在秸稈綜合利用過程中，達(dá)到企業(yè)獲益、農(nóng)民增收、減輕國家財(cái)政補(bǔ)貼壓力的目的，使秸稈利用成為企業(yè)與農(nóng)民的自覺行為。
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