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1秸稈資源與利用現(xiàn)狀

1．1國內(nèi)秸稈資源與利用現(xiàn)狀

我國農(nóng)作物秸稈資源豐富，它既包括玉米、小麥、稻谷、大豆、薯類等糧食作物秸稈，也包含花生、棉花、蔬菜等經(jīng)濟作物秸稈。據(jù)統(tǒng)計，全世界年產(chǎn)農(nóng)作物秸稈約1000億~2000億t，我國每年達7億t以上L1]，這相當(dāng)于每年化肥用量的1／4以上，可折合為300多萬t氮肥、700多萬t鉀肥和7O多萬t的磷肥[2]。按照秸稈產(chǎn)量的多少排序主要為：稻秸>玉米秸稈>小麥秸稈>油料作物>豆類秸稈>薯秧，其中最多的稻秸約占總秸稈產(chǎn)量的29．93％，主要生產(chǎn)于中南和華東地區(qū)及西南的部分省份，而玉米秸稈僅次于稻秸，約占總秸稈產(chǎn)量的27．39，位于第三的小麥秸稈約占總秸稈產(chǎn)量的18．31，這兩種秸稈在東北和華北地區(qū)的各省份及華東和中南的部分省份較多【3]。那么為了有效地利用秸稈資源，在“八五”期問，針對我國一些地區(qū)的麥秸、玉米秸和稻草的直接還田技術(shù)制定出了一系列的規(guī)程，并且分析了秸稈還田增產(chǎn)效果的作用機理；而后在“九五”期間，又對寒地水田秸稈的還田技術(shù)進行了培肥地力的研究[5]。其實秸稈的用途很廣泛，包括農(nóng)業(yè)肥料、畜牧業(yè)飼料、工業(yè)材料以及能源原料，其中秸稈養(yǎng)畜和秸稈直接還田分別占秸稈總量的3O和15；工業(yè)材料和能源材料占24；還有31的秸稈被丟棄或就地焚燒，這造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和火災(zāi)隱患，同時也造成了極大的資源浪費。目前，秸稈還田的主要方式是直接還田和間接還田。胡海生總結(jié)了以下幾種還田技術(shù)：(1)直接還田是將秸稈不經(jīng)過化學(xué)處理而直接還田，主要方式有墑溝埋草、留高茬、反轉(zhuǎn)滅茬、寬行作物田間鋪草覆蓋、粉碎還田。(2)間接還田是將秸稈經(jīng)過化學(xué)處理后再還田，主要有秸稈堆腐、高溫堆腐、腐熟劑堆腐等方式，還可把利用秸稈生產(chǎn)食用菌所產(chǎn)生的廢渣進行還田以及沼肥還田等[6]。我國政府十分重視秸稈的合理利用問題，并在資金、政策等方面給予了大力扶持與推動，極大地促進了秸稈綜合利用工作的廣泛開展。

1．2國外秸稈資源與利用現(xiàn)狀

國外十分重視土地的用養(yǎng)結(jié)合，而采用秸稈還田技術(shù)對他們來說是一項重要措施。在美國，所有作物秸稈盡量還田。據(jù)美國農(nóng)業(yè)部數(shù)據(jù)顯示，美國每年生產(chǎn)4．5億t的作物秸稈，其秸稈還田量占秸稈總量的68％，對保持和提高地力起到了一定的作用；同時，美國秸稈的利用還很廣泛，例如用作飼料、手工制品或是把秸稈捆綁后高強度擠壓來填充房屋墻壁；而現(xiàn)在美國把秸稈與纖維素乙醇的提煉問題列為美國秸稈綜合回收利用的最新發(fā)展。據(jù)人民日報報道，在加拿大首都渥太華北部的農(nóng)業(yè)區(qū)，一般每年5月播種玉米，10月收獲；收割時，玉米收割機還可把玉米稈切碎，作為肥料返到田里。在英國，秸稈直接還田量占其生產(chǎn)量的73。在日本，秸稈的處理方式主要有三種：第1種是秸稈還田到土中作為肥料，稻秸稈約占68；第2種是用于畜牧業(yè)，約占22．7；第3種是將一小部分難于處理的秸稈就地燃燒，約占4．1。最近幾年，日本研究出了一種秸稈分解菌技術(shù)，有利于秸稈還田，使其效果更好。在丹麥?zhǔn)锥几绫竟阅系陌⒕S多發(fā)電廠使用秸稈發(fā)電，成為全球效率最高、最環(huán)保的供電廠之一。國內(nèi)外的研究資料都證明，保持和提高土壤肥力，不僅對作物產(chǎn)量有很大的影響，對農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展也有非常大的作用。

2秸稈在土壤中腐解的影響因素

2．1土壤中的水分含量

土壤中的水分會對微生物的活動產(chǎn)生相應(yīng)的影響。一般認(rèn)為土壤田間持水量80左右最適于秸稈的腐解，土壤含水量越高的情況下，通氣條件就越差，則有機物料分解也會變慢]。莫淑勛的研究表明：不同水分條件下腐解秸稈的微生物區(qū)系不同，腐解速率不同，好氣條件下分解秸稈的微生物效率較低，同時能固定較多的氮，而嫌氣微生物分解秸稈效率較高，固定的氮也少。

2．2土壤溫度

土壤溫度不僅影響土壤微生物的組成和活性，還影響土壤酶的活性，進而影響秸稈的腐解速率。土壤溫度低于適宜溫度范圍時，微生物活性減弱，腐解較慢；土壤溫度高于適宜溫度范圍時，抑制微生物的活性，甚至使土壤酶失去活性。一般認(rèn)為，在28～35℃時，溫度變化不會影響微生物的活動，秸稈分解最快，而低于1O℃時分解較弱，5℃時基本不分解。溫度在秸稈腐解前期的影響要比水分更為明顯。

2．3土壤質(zhì)地

土壤中的部分粘粒對作物殘體的分解具有保護作用，隨著粘粒含量的增多作物殘體的腐殖化系數(shù)會增大r8]。土壤pH越高越有利于有機物質(zhì)的分解，不同的土壤pH會影響有機物料的腐殖化系數(shù)，而強酸性土壤環(huán)境不利于有機質(zhì)的分解。覆蓋在表層的秸稈腐解速率因不同性質(zhì)土壤而異，基本為輕壤土>中壤土>重壤土；翻埋在土壤中的秸稈腐解速率為重壤土>中壤土>輕壤土。

2．4C／N

賀志一的研究表明，有機物在土壤中的分解與養(yǎng)分的釋放與其C／N有很大的關(guān)系_1。有機物料的分解速率與其C／N呈正相關(guān)，C，／N越高，則分解速率就越快，其殘留碳量也越??；反之則分解速率越慢，其殘留碳量也越大[1]。其中豆科秸稈含氮較高，養(yǎng)分易于釋放；禾本科秸稈含氮低，養(yǎng)分釋放緩慢。

2．5還田深度

何念祖等對稻草還田試驗表明，面施時秸稈中磷鉀釋放比深施快，而氮的釋放速度面施比深施表現(xiàn)為先慢后快引。但最近幾年研究表明，秸稈中的氮、磷、鉀養(yǎng)分釋放深施比面施快；從氮、磷、鉀養(yǎng)分的釋放速率來比較，鉀的釋放最快，磷次之，氮最慢[1引。遲鳳琴等利用網(wǎng)袋法對有機物料的分解試驗表明，大豆秸稈在土埋條件下分解速度比露天處理高9～2O，其中土埋處理前期分解較快，而露天處理初期分解速率慢[I]。

2．6還田時間

在秋季，剛收獲的秸稈含水量較高，氣溫也較高，立即還田有利于迅速腐解，還有利于來年的保墑保苗。而秸稈腐解總的趨勢是前期快，后期慢。腐解主要集中在還田后的前2個月，2個月后將剩下難腐解的纖維素和半纖維素，腐解會相當(dāng)緩慢。

3秸稈還田對土壤肥力的影響

3．1對土壤物理性質(zhì)的影響

秸稈還田對土壤的物理狀況有著積極的影響，它能夠提高土壤孔隙度和非毛管孔隙度，降低土壤容重，增加土壤團聚體含量，增強土壤蓄水保水性能和粘質(zhì)土通透性等。同時，還會改變土壤的氧化還原狀況、pH、比電導(dǎo)和養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化。大量研究發(fā)現(xiàn)，秸稈覆蓋還田或翻壓還田都能增加土壤孔隙度和減少土壤容重。

3．2對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

秸稈還田必定會增加土壤中的氮素儲量。目前，我國農(nóng)田氮素大量盈余，造成氮肥利用率低下，經(jīng)濟效益下降，使環(huán)境受到污染。因此，研究秸稈還田在提高作物產(chǎn)量的前提下，提高氮素利用率，使農(nóng)田氮素走向平衡具有重要意義。趙鵬等研究表明，在麥玉輪作情況下，考慮到農(nóng)田氮素平衡，應(yīng)減少施用量，施純氮不要超過360kg•hm～；如果既要考慮農(nóng)田氮素平衡又要考慮作物產(chǎn)量，那么配施純氮以360～540kg•hm為宜l_2。李本榮等研究結(jié)果表明，當(dāng)秸稈還田與氮肥配施，氮肥用量超過240kg•hm時，水稻產(chǎn)量不再增加；但氮肥用量的增加，可以提高水稻籽粒和秸稈中的氮素含量，這時氮肥的利用率開始下降[2。秸稈中磷素的含量較低，所以秸稈還田在短期內(nèi)對土壤磷素不能產(chǎn)生明顯的變化。大量研究表明，長期秸稈還田會增加土壤有效磷和土壤全磷的含量_2。4_。戴志剛等研究指出，不同秸稈磷累積釋放率為水稻秸稈>油菜秸稈>小麥秸稈；秸稈中的磷含量較低，但磷釋放迅速，腐解停滯期較長，主要原因可能因有機磷和木質(zhì)素膠結(jié)在一起，致使無機磷在前期迅速釋放后有機磷不能立即分解所引起_2。土壤鉀的固定降低了鉀的有效性，從而降低當(dāng)季鉀肥的利用率，但固定的鉀對后茬作物有效，是后茬作物利用的潛在來源。因此，根據(jù)鉀素的固定特點，可為鉀肥施用提供科學(xué)依據(jù)。研究指出，長期連續(xù)秸稈還田可顯著降低土壤對外源鉀素的固定，環(huán)境溶液中鉀素濃度從1000mg•L上升到4000mg•L時，土壤固鉀量也隨之增加；一年兩作種植制度下土壤的固鉀量比單作制高。

3．3對土壤有機質(zhì)的影響

土壤有機質(zhì)的含量有利于提高土壤的緩沖能力，不僅可以保水、保肥，對某些土壤的物理性狀以及微生物活動也會產(chǎn)生一些有利的影響，然而秸稈還田是農(nóng)田土壤有機質(zhì)的主要來源。遲鳳琴等研究指出，各種有機物料對土壤有機質(zhì)積累量為玉米秸稈肥>玉米秸稈>草木樨秸>草木樨根茬>玉米根茬；如果每年不斷重復(fù)等量添加有機物料，可使土壤有機質(zhì)在土壤中殘留率增加l_2。玉米秸稈直接還田或間接還田可以提高土壤有機質(zhì)含量及活性，玉米秸稈的施人量應(yīng)為當(dāng)年生產(chǎn)量的3O～5O，如果施人過多的秸稈，將導(dǎo)致土壤有機質(zhì)增加的比率降低；同時，單施化肥和根茬對土壤有機質(zhì)的保持和提高存在不利影響_2引。許多研究表明，在室內(nèi)培養(yǎng)下玉米秸稈在分解期間(1～15d)胡敏酸先上升后下降，富里酸含量下降，最初富里酸形成速度大于胡敏酸，隨著培養(yǎng)時間的延長富里酸轉(zhuǎn)化為胡敏酸，使胡敏酸、富里酸結(jié)構(gòu)逐漸趨于復(fù)雜化；土壤施人有機物料后，分解產(chǎn)生的水溶性有機物質(zhì)能夠參與原土壤有機質(zhì)的分解并釋放出新水溶性有機質(zhì)_2州。

3．4對土壤生物活性的影響

土壤生物活性包括土壤微生物種群結(jié)構(gòu)和土壤酶活性，這兩者的變化可揭示連作后土壤肥力的演變規(guī)律及其對土壤生產(chǎn)性能的深遠(yuǎn)影響。玉米、谷子、馬鈴薯和苜蓿秸稈還田后，促進了土壤微生物的快速繁殖，使微生物量碳、氮、磷大量增加l_3。保護性耕作可使微生物的數(shù)量增加，特別是免耕留高茬覆蓋和免耕留低茬覆蓋，其原因為留茬覆蓋改善了土壤綜合生態(tài)因子，增強了土壤微生物的活性，同時形成了互動效應(yīng)；這兩種保護性耕作，在過氧化氫酶、蔗糖酶和脲酶的活性上與傳統(tǒng)耕作相比，也有所增加引。陳冬林等研究指出，在不同耕作方式下，秸稈還田量對土壤微生物活性的影響表現(xiàn)不同，耕翻條件下以2／3還田量處理的土壤微生物活性最高，而少免耕條件下1／3還田量處理最高引。邱莉萍等通過長期定位試驗對土壤養(yǎng)分和酶活性的研究，發(fā)現(xiàn)土壤脲酶和堿性磷酸酶活性可作為衡量土壤肥力水平的指標(biāo)。。

4秸稈還田的生產(chǎn)效益．

綜上可看出，秸稈還田不僅對土壤有培肥作用，還對生態(tài)環(huán)境有一定的改善，從而增加作物產(chǎn)量。國內(nèi)許多報道指出秸稈還田有增產(chǎn)的效應(yīng)[刪7]。我國的秸稈還田量平均約為4611•hrr／，增產(chǎn)幅度平均為15．17[3。據(jù)資料顯示，耕地通過秸稈還田相當(dāng)于增加氮、磷和鉀的量，分別為255、255和285kg•hm～，同時糧食可增產(chǎn)375kg•hm～。

5秸稈的化感作用

化感作用是指一種植物或微生物通過揮發(fā)、淋溶和根系分泌物等途徑向環(huán)境中釋放某些化學(xué)物質(zhì)，從而對自身或周圍植物的生長產(chǎn)生促進或抑制的作用。化感作用還包括自毒作用，它是一種發(fā)生在種內(nèi)的生長抑制作用。近年來，證實了水稻、玉米、小麥、高粱、大豆等都具有化感作用，這些作物不僅產(chǎn)生種間化感作用，還產(chǎn)生種內(nèi)的自毒效應(yīng)。目前比較常用的生物測定方法有發(fā)芽試驗、幼苗生長發(fā)育測定、盆栽試驗和大田試驗等?？梢酝ㄟ^對化感作用的進一步研究，合理安排輪作、間作、重茬等耕作制度，從而有效地控制雜草和病蟲害，并且篩選出相應(yīng)的抗性品種資源及對其進行育種工程。李逢雨的研究表明，水稻秸稈水浸提液對小麥發(fā)芽與幼苗生長的影響總體上都表現(xiàn)為低促高抑，即低濃度的浸提液對小麥發(fā)芽與幼苗生長有促進作用，而濃度過高就會產(chǎn)生抑制作用[4。張承胤等盆栽試驗指出，玉米秸稈對小麥根系活力的抑制作用隨腐解液濃度增大而增強，當(dāng)玉米秸稈粉碎后30g秸稈：1kg土?xí)r，對小麥根系活力、SOD酶、MDA含量等生理指標(biāo)均有一定的抑制作用[4引。綜上所述，化感作用有很大一部分取決于秸稈還田量的多少，但是這是較直觀的測定方法，還有一些細(xì)致的試驗方法，例如：化感物質(zhì)的提取、濃縮和純化方法，但是由于方法太多，沒有統(tǒng)一規(guī)范，致使科學(xué)性不夠，所以需要進一步的研究，找到較準(zhǔn)確的研究方法，同時化感作用的研究還有很強的挖掘性。

6黑龍江省秸稈還田存在的問題及對其產(chǎn)生的思考

6．1黑龍江省秸稈還田現(xiàn)狀及存在的問題

黑龍江省是種植業(yè)大省，常年農(nóng)作物播種面積約800萬hm，年產(chǎn)作物秸稈4136多萬t。全部可折算為尿素44．9萬t、過磷酸鈣103．4萬t、鉀肥137．8萬t，此外秸稈中還含有鈣、鎂、銅、鋅、鉬、硼等多種礦物質(zhì)元素?？傮w來看，黑龍江省秸稈利用率較低，僅占30％左右，其中某些地區(qū)的利用率高的達到60，而低的僅109／6，特別是小麥和水稻秸稈55以上基本就地焚燒。因此，秸稈利用率低不僅造成資源的極大浪費，還嚴(yán)重污染環(huán)境。黑龍江省秸稈利用的主要方式是直接還田、堆漚和過腹還田，麥秸和稻秸主要用于直接還田，玉米秸主要是過腹還田[4。近幾年，隨著玉米全程機械化的推進和國際市場及國內(nèi)需求的影響，全國種植面積呈逐年上升趨勢，并且經(jīng)濟效益也越來越顯著。其中黑龍江省的玉米種植面積已成為全省農(nóng)作物之首，到2010年種植面積達到436,8萬hm，是糧食作物種植面積的1／3以上，由此看出玉米產(chǎn)量的高低已成為影響糧食安全的重要因素，同時，玉米秸稈還田利用技術(shù)與方法的研究也備受關(guān)注_4。黑龍江省是典型的旱作農(nóng)業(yè)區(qū)，再加上傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的過度耕作，導(dǎo)致該地區(qū)的水土流失加劇和生態(tài)環(huán)境惡化。那么為了改善土壤環(huán)境，需采取秸稈還田有效配套措施，但其中還需要解決一些問題。針對黑龍江農(nóng)墾來說，還存在著以下幾個問題：一是秸稈還田覆蓋的量多易造成地表溫度過低，使農(nóng)作物出苗有了一定的困難；二是由于農(nóng)墾地表情況復(fù)雜，致使秸稈覆蓋量不均勻，從而播種質(zhì)量不穩(wěn)定；三是大面積地塊的雜草控制比較困難，病蟲害有增多的趨勢。而對于黑龍江省項目縣來說，主要是：示范時間短、基地少，技術(shù)模式欠缺，保護性耕作機具少，型號單一，其性能還需要繼續(xù)改進l_4。此外，黑龍江省西部地區(qū)土壤存在著旱時板結(jié)僵硬、澇時粘朽、蓄水保墑能力降低等問題，需要對其進行改良培肥技術(shù)，王曉軍等研究表明，增施秸稈還田較常規(guī)施肥田間持水量增加3．2～8．1，土壤孔隙度增加7．4～11．3，土壤容重降低0．07～0．10g•cm～，玉米產(chǎn)量增加199．9～2135．8kg•hml4。黑龍江省還受自然因素的影響，如5℃以下地溫的時間就有4個月，影響秸稈分解速度，長期未分解的秸稈在土壤中積累，將會對耕作、保墑及保苗產(chǎn)生不利的影響，所以急需在低溫條件下使秸稈快速分解腐爛的商品菌種[4。

6．2秸稈還田為黑龍江省帶來的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益

2006年農(nóng)業(yè)部在黑龍江省建立兩個保護性耕作項目示范點，分別是農(nóng)墾大西江農(nóng)場和蘭西縣。其中大西江農(nóng)場推行免耕、少耕技術(shù)，由于多年前就已開始實行，所以目前技術(shù)模式比較成熟；而蘭西縣主要實行壟溝免耕播種、藥劑滅草、秸稈粉碎還田覆蓋和機械收獲的模式。這兩個示范區(qū)無論在經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益上都有很大的收獲，在經(jīng)濟效益方面，到2008年大西江農(nóng)場統(tǒng)計，采用保護性耕作技術(shù)比傳統(tǒng)作業(yè)少進地4～7次，少耗油17～80kg•hm～，降低生產(chǎn)成本1O～159，6，2a共節(jié)省柴油280t左右，按5800元•t。計算，節(jié)約成本162萬元左右。蘭西縣調(diào)查結(jié)果顯示，全縣項目區(qū)面積達2000hm，增收節(jié)支總效益達390萬元。在社會效益方面，保護性耕作舍去了不必要的作業(yè)環(huán)節(jié)，減輕了農(nóng)民的勞動強度，并且提高了生產(chǎn)效率和農(nóng)民對農(nóng)業(yè)科技的認(rèn)識與掌握。在生態(tài)效益方面，不僅培肥了地力，加強了土壤的蓄水保墑能力，并且減少了天然降水的地表徑流和水分蒸發(fā)，使水資源得到緩解，解決了焚燒秸稈問題，保護了生態(tài)環(huán)境E。

6．3思考

由以上內(nèi)容可以看出，秸稈還田遇到了一些阻力，概括為3點：首先，許多農(nóng)戶對秸稈還田沒有深層次的認(rèn)識，他們認(rèn)為秸稈還田需要增加成本，進而采用焚燒的辦法，省時省力省錢，基于這點可以看出，秸稈還田技術(shù)推廣力度不夠，沒有突出其實用性；其次，有一些農(nóng)戶實現(xiàn)了秸稈還田，但是還田效果不佳，其影響因素包括還田方法不配套、耕作和施肥不合理、田間管理不標(biāo)準(zhǔn)等；第三，是秸稈還田的基礎(chǔ)設(shè)施較薄弱，一些硬件還存在著一定的質(zhì)量問題，例如收獲機、粉碎機以及其它的硬件設(shè)計不夠合理。針對以上3點，首先，政府應(yīng)該采取一定的措施，充分利用秸稈到多種領(lǐng)域，并且抓落實，提供優(yōu)惠政策，多建設(shè)示范基地，擴大示范面積，同時，通過相關(guān)的文件、新聞媒體和科研機構(gòu)的技術(shù)培訓(xùn)等形式對秸稈還田技術(shù)進行有力的宣傳和指導(dǎo)；其次，根據(jù)當(dāng)?shù)氐牟煌瑲夂?、不同土壤條件，科學(xué)地選擇適合本地的秸稈還田配套方法，提高秸稈還田的質(zhì)量，并且予以完善；最后，要改善機械的制造質(zhì)量，提高作業(yè)質(zhì)量和粉碎質(zhì)量，增加其實用性。