2　秸秆还田利用技术

2.1　秸秆还田机理

2.1.1　秸秆还田原理

2.1.1.1　养分效应

秸秆还田能够为土壤中的微生物带来丰富的能量与营养，能够使高肥土微生物数量增加50%左右、瘦土微生物数量增加2倍左右。微生物数量的增加能够大幅度提高土壤的呼吸强度，据统计，秸秆还田能将肥沃土壤的CO2释放量提高8.3%～43.7%，瘦瘠土壤的提高81.5%～117.8%。此外，秸秆还田能够使土壤的酶活性得到提高，过氧化氢酶、碱性磷酸酶、脲酶、转化酶等各种土壤酶均有不同程度的提高[1]。

2.1.1.2　改善土壤效应

秸秆还田可以改良土壤的理化性状。试验表明：连续两年秸秆还田后能够使土壤有机质含量增加 0.1%～0.27%，土壤容重降低0.032～0.062g/cm3，土壤总孔隙度增加1.25%～2.04%。相比于全氮和速效磷，秸秆还田对速效钾的提高作用更大，增量范围在8.3～105.1mg/kg，相比未还田土壤，平均增加38.8mg/kg，其效果等价于1亩（1亩=666.67m2，下同）地多施5.8kg钾。因此，秸秆还田在改良与平衡土壤养分，尤其是在钾素的补给方面意义重大。

2.1.1.3　农田环境优化效应

（1）保墒和调控田间温湿度

秸秆还田能够在干旱季节减少地面水分的蒸发量，保持适宜的耕层蓄水量；在雨季能够减缓雨水对土壤的侵蚀，减少地面径流，增加耕层蓄水量。此外，由于秸秆覆盖于土壤表面，隔离了阳光对土壤的直射，能够起到对土体与地表温热交换的调节作用[2]。

（2）抑制杂草

将农作物秸秆覆盖于土壤表面，能够抑制杂草生长。秸秆覆盖与除草剂配合，能够提高除草剂的抑草效果。

2.1.2　秸秆还田方式

秸秆还田方式可以分为秸秆机械化直接还田和秸秆间接还田两大类。秸秆机械化直接还田主要有秸秆粉碎还田、整秆还田技术和秸秆根茬还田三种。秸秆间接还田主要有堆沤还田、生化催腐还田、过腹还田、沼肥、养殖还田和生物反应堆等多种形式[3]。

2.1.2.1　秸秆直接还田

直接还田就是将秸秆直接或者粉碎到一定程度后直接放置于田间，包括留高茬还田、粉碎还田、机械粉碎全还田、立秆还田等多种直接还田模式。

（1）秸秆机械化直接还田

秸秆机械化直接还田主要包括机械粉碎、破茬、深耕和耙压等机械化作业工序。秸秆机械化直接还田是一项能够增加土壤有机质，提高作物产量，减少环境污染，争抢农时的综合配套技术。该技术是大面积实现“以田养田”、保护环境、建立高产稳产农业的有效途径。目前，山东、陕西、河南、吉林、江苏等省均大力推广秸秆还田技术，相继出现了多种形式的还田机具，发展前景非常乐观。使用最普遍的是直切式秸秆还田机[4]。

（2）超高茬麦田套稻秸秆还田

超高茬麦田套稻秸秆还田是指在小麦收割前的麦田中撒播稻种，稻种发芽出苗，在小麦收割时留高茬秸秆还田，灌水后麦田直接转化为稻田。超高茬麦田套稻将轻型栽培、节水旱育、免耕及秸秆还田等栽培技术融为一体，可以培肥土壤，保护环境，省工省本（不用育秧和插秧）。

（3）小麦秸秆高茬覆盖还田

小麦秸秆高茬覆盖还田是一项从根本上杜绝焚烧小麦秸秆现象发生，切实把小麦秸秆还田、复播，实施机械化保护性耕作项目工作落到实处的机械化技术。该技术主要包括小麦高茬覆茬打碎覆盖和小麦高茬休闲覆盖两类。高茬覆茬打碎覆盖主要包括旋耕播种、硬茬播种、先撒籽后旋耕播种；高茬休闲覆盖主要包括旋耕覆盖、深松覆盖、整秆覆盖。

2.1.2.2　秸秆间接还田

间接还田技术包括堆沤还田、烧灰还田、过腹还田、菇渣还田和沼渣还田。其中秸秆堆沤还田也称高温堆肥，是解决我国当前有机肥源短缺的主要途径。

（1）秸秆堆沤还田

该技术一般在夏季高温季节进行，采用厌氧发酵沤制秸秆成为有机肥，该技术的特点是时间长，受环境影响大，劳动强度高，但成本低廉。技术关键是筛选适宜的能够高效降解秸秆的菌种。降解秸秆的菌种在不同的土壤和温度条件下有所不同，其中以木霉属真菌的分解能力较强，秸秆降解还田后对土壤性状有明显的改善作用。国家“八五”期间由中国科学院驻菏泽顾问组和菏泽科技开发中心选育出的301菌种应用到秸秆堆沤中，简便易行、腐烂效果好、省时省力，且不受季节限制，小麦长势比亩施30kg 尿素增产10%～20%，且穗大、籽粒饱满、抗倒伏力强，在国内居领先水平。赵玉杰等为了加快小麦秸秆堆肥速度，采用人工接入白腐菌的方法，当小麦秸秆堆肥中添加10%的猪粪、料水比为2、碳磷比为120、碳氮比为60、pH 值为6时，30℃条件下16d 内对小麦秸秆木质素的降解率为56.27%，全纤维素降解率为10.41%。席北斗等在堆肥过程中接种高效复合微生物菌群，可以提高有益微生物的群体数目，增强微生物的降解活性，提高堆肥品质。黄继等从牛粪中筛选出一株能够降解玉米秸秆纤维素的真菌（ZJ7），其最佳产酶条件：培养基初始pH值为7.0，培养温度为30℃，最佳氮源为花生麸[5，6]。

（2）秸秆过腹还田

过腹还田就是以秸秆为原料，或结合其他原料加工制作成饲料饲喂家畜家禽，再将其粪便还田，或将其粪便作为原料生产沼气后还田。秸秆过腹还田肥效高，具有良好的经济、社会和生态效益。

（3）秸秆生物反应堆

秸秆生物反应堆技术是一项全新概念的农业增产、提质、增效新技术，可产生多方面的效应：定向产生CO2、增温、生物防治和改良土壤。尤其是内置式秸秆生物反应堆，可提高土壤的有机质含量，秸秆腐解过程中产生的CO2可供作物光合利用，产生的热量可有效提高深冬季节室内温度。应用秸秆生物反应堆技术可以明显提高农作物产量，使农产品生产成本降低，农产品质量明显改善，具有良好的经济效益、生态效益和社会效益。

2.1.3　秸秆还田的优点

（1）改善土壤物理性质

秸秆还田能够使土壤空隙度提高4%左右，进而提高总空隙度和非毛细管空隙度，降低土壤容重和坚实度。能够增强土壤抗旱保墒性能，综合改良土壤水、肥、气、热条件，大大提高土壤抗旱抗涝的能力。因此，秸秆还田能够显著改良土壤的物理性质，提高土壤的可耕性[6]。

（2）提高土壤肥力

秸秆还田是提高土壤有机质最为有效的方法。农作物秸秆中的纤维素、半纤维素和一定数量的木质素、蛋白质等经过发酵、腐解、分解转化成土壤有机质。有机质既是植物营养元素的重要来源，也决定着土壤耕性、土壤结构性、土壤缓冲性和土壤代换性，同时还能够防治土壤侵蚀、增加透水性和提高水分利用率。有机质含量是衡量土壤肥力的重要指标，有机质含量越高，土壤越肥沃，耕性和丰产性能就越好。若再结合微生物肥料或化学肥料配合施用，秸秆还田会成为一种有效增强土壤肥力的方法。

（3）提高农作物产量，降低成本

长时间的秸秆还田有助于农作物产量及品质的提高。中国农业科学院、西南农业大学（现更名为西南大学）、湖北省农业科学院等单位进行了秸秆还田效果试验，全国60多份材料的统计结果（见表2-1）表明：秸秆还田能够使农作物增产10%以上，增产范围在-4.8%～83.4%，平均增产15.7%。持续常年推行秸秆还田，不仅能大大提高培肥阶段的产量，而且后效显著，具有持续的增产效果[2，3]。

（4）改善农田生态环境

农田生态环境的优劣直接影响农作物的生长发育。农田生态环境由农田小气候、植物养分循环、土壤水热状况、植物病虫害、杂草生长等几部分组成。秸秆覆盖和翻压还田可以不同程度地改良农田生态环境。

（5）调控田间温湿度，提高土壤保墒能力

农作物秸秆覆盖于地面，干旱季削弱土壤中的水分蒸发，维持适宜的耕田蓄水量；雨季能够减缓雨水对土壤的侵蚀并减少地面径流，使耕层蓄水量增加。此外，秸秆覆盖可以避免阳光直接照射土壤，调节土体和地表温热交换。试验表明：在高温季节，当大气温度为36.5℃时，秸秆覆盖比对照地表温度低5.5℃，距地面7cm处比对照低3.5℃，距地面15cm处比对照低1.2℃。

（6）抑制杂草生长

中国农科院土肥所曾木祥开展了秸秆还田三种方法（堆沤、翻压、覆盖）对杂草抑制效果的试验研究，结果表明，堆沤与翻压两种还田方式对杂草抑制的规律不明显，只有秸秆覆盖还田方式具有显著的杂草抑制效果。

秸秆覆盖还田因为不翻动土壤，所以使养分的矿化率大大降低，进而不同程度地提升了土壤中N、P、K的量。秸秆翻压还田因为翻动土壤，一方面加大了养分的矿化率，另外又因为秸秆较高的碳氮比，微生物需要消耗土壤中大量的N来分解秸秆，所以结果是P、K有所增加，但仍需大量地补充氮肥。此外，磷肥进入土壤后，并不能保持原来的磷酸盐形态，因为金属离子会快速地对它进行固定，实现可溶性磷向难溶性磷的转化，最终降低了土壤中有效磷的含量。而作物秸秆直接还田带来的丰富的可溶性能源物质，可以激发土壤微生物细胞大量繁殖，增强土壤微生物的活性。微生物在对能源物质进行分解时既保护了有效磷，又转化难溶性磷，从而提高了土壤的供磷水平和有效磷含量[7]。

综上所述，秸秆还田能够使土壤养分更为丰富，提高土壤肥力，尤其是能够提高土壤钾素营养，同时使空隙度增加，土壤容重下降，土壤结构得到改善；秸秆覆盖具有调温、保墒、减轻盐碱、抑制杂草生长等优点；能够综合改良土壤的水、肥、气、热状况，改善农田生态环境，为农作物的高产、稳产、优质奠定基础。

2.1.4　秸秆还田注意事项

秸秆还田是改善土壤理化性质、使农作物增产和解决秸秆问题的一条非常有效的途径。但是若使用不当，会使土壤中的氮、磷过度富集，造成土壤的富营养化问题。因此，需要从还田时间、还田量、耕作制度等多方面综合考虑秸秆还田事宜，严格控制秸秆还田量。

2.1.4.1　秸秆还田易出现的问题

在秸秆还田实际应用过程中容易出现以下问题。

1）秸秆的碳氮比过高　秸秆的碳氮比一般为600∶1，碳氮比过高，导致秸秆在土壤中分解缓慢。秸秆在土壤中的分解主要依靠微生物来进行，这些微生物也需要一定的氮素来维持其生长代谢。除此之外，农作物的正常生长发育也需要氮源的供给，因此会造成农作物与微生物竞争氮源，致使农作物在生长过程中可能缺乏氮素，影响根苗的正常生长，进而影响到后期农产品的产量。

2）秸秆还田方式不当　主要包括秸秆还田数量过大，翻压质量不好，土壤水分不适，粉碎程度不够等因素，这容易影响播种质量，进而影响到种子出苗及苗期生长。

3）机械化程度不高　缺少技术过硬的国产秸秆还田配套机具。

2.1.4.2　解决措施

随着我国科学技术的进步，上述存在的问题可以通过以下途径得到妥善解决。

①通过施加氮肥来调节秸秆的碳氮比，使之达到既有利于秸秆的分解，又有利于农作物苗期的生长。

②经过我国对秸秆还田技术的科技攻关，相关科研单位对影响秸秆还田的各种因素，包括秸秆还田方式、时间、数量、施氮量、粉碎程度、翻压深度、土壤水分和防治病虫害等进行了深入研究，制订了秸秆还田技术规程，可以避免秸秆还田方式不当对土壤肥力和农作物生长造成的不良影响。

③我国农业机械化迅速发展壮大，目前生产的大、中型拖拉机、收割机、粉碎机、播种机及各种犁等配套机具的技术性能已经能够达到秸秆还田的要求。

④我国粮食产量持续增加，秸秆产量越来越大，目前农村秸秆用于直接燃烧的数量越来越少，因此，会有大量的富余秸秆为秸秆还田提供物质保障。