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逄焕成:创新秸秆还田方式,助力黑土藏粮于地

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  习近平总书记高度重视黑土地保护与利用,指示一定要采取有效措施,保护好黑土地这一“耕地中的大熊猫”。东北是全球仅有的三大黑土区之一,东北四省(区)粮食产量占全国的1/4,调出量占全国的1/3,是我国最重要的粮食生产优势区、最大的商品粮供给基地,是国家粮食安全的“压舱石”。然而,由于长期高强度、超负荷利用黑土地,在作物产量增加的同时,东北黑土地出现日益严重的土地退化问题,已严重影响东北地区农业的可持续发展,严重影响我国的粮食安全。

  秸秆还田是恢复黑土地地力的最重要、最有效措施之一,是实现秸秆综合利用与黑土地保护有机结合的有效途径。农业的春华秋实,其产物一半在籽实,一半在秸秆。秸秆本身就来源于土地,秸秆还田可以有效增加土壤有机质含量,改善土壤团粒结构和理化性状。但是传统秸秆还田方式在东北地区难以被接受,无法消纳每年的秸秆生产总量。传统秸秆还田方式的症结在哪?秸秆还田技术的出路何在?为此,中国农业科学院土壤耕作与种植制度团队进行了几年的探索,希望这些探索能够回答这些问题。

  一、秸秆量多体大,“收、运、储”体系不完备,离田成本高,传统还田方式秸秆腐解慢,作物出苗差,土壤养分失衡

  我国每年要产生8亿多吨秸秆,这样一个庞大的数字是伴随着我国粮食产量的连年增加而产生的,是农业生产的后续问题。随着单产水平的提高,黑土地里的秸秆越来越多,越来越“扎手”。保守估计,黑土区的秸秆产量已超过2.1亿吨。生产上广泛采用的秸秆覆盖还田和浅旋还田,大多存在秸秆腐解慢、土壤消纳能力差、土壤有机质提升效果不佳等问题,致使农民面对量多体大的剩余秸秆处于“还不下、无处放、不让烧”的尴尬处境。此外,传统秸秆还田方式也会影响作物生长,尤其是旱田,秸秆还田后,土壤变的孔隙过多,导致跑风漏气,作物易“吊苗悬根”,影响保苗率,出现黄苗、死苗、易倒伏,造成减产。

  秸秆“收、运、储”体系不完备,导致秸秆离田成本较高。据农业农村部调查测算,传统秸秆离田成本约为单季作物纯收入的15%~30%,这造成了农民秸秆还田离田意愿不强,积极性不高。现阶段农村劳动力缺乏,一个劳动力一天处理秸秆仅能收入十几元,而一个劳动力一天的工钱却要上百元,比较效益差。因此,东北地区的一些农民流传着这样的说法:“秸秆不烧种不了田,运走秸秆白种田,拿走秸秆不要钱”。

  秸秆浅旋还田也易导致土壤养分失衡、微生物与作物争肥而影响产量等问题。土壤微生物活动的适宜碳氮比为25~30,而玉米秸秆的碳氮比为80~100,如果土壤中氮素不足,微生物在分解秸秆时会利用土壤中的大量氮肥,这会造成土壤养分不足。秸秆还田时也会把病毒病菌和虫卵一块带进耕层,为来年发病埋下隐患。这个问题已大量出现,并呈逐年上升趋势,比如有的地方爆发蛴螬危害,有的地方爆发玉米疯叶病等,这不能不引起我们的重视。

  二、秸秆颗粒化实现秸秆安全还田,可快速培肥耕层,破解了传统秸秆还田后土壤培肥与作物增产难以协调的难题

  秸秆还田是制约我国北方秸秆利用与耕地培肥的“卡脖子”技术,长期以来一直没有得到根本解决。针对北方传统秸秆覆盖还田、浅旋还田技术存在的还田难、腐解难、保苗难、病虫害多、产量低等弊端需要破解的重大需求,近年来土壤耕作与种植制度团队围绕秸秆“如何处理、怎样还田”等潜心研究,创新了“秸秆深埋、高量颗粒还田、轮耕轮还”方式,研制了田间自走式秸秆捡拾颗粒制作一体机等秸秆还田机械,能在田间将作物秸秆就地制作成体积缩小至1/10~1/15、密度提高7倍~10倍的秸秆颗粒,成功解决了离田秸秆处理加工过程中“收、运、储”体积大、环节多、成本高等难题。每亩秸秆颗粒体积仅7-8麻袋,秸秆处理成本(油耗+机手费+机器损耗费)100元以内。在吉林省公主岭市秸秆颗粒一次性高量深埋还田后效试验结果表明,还田两年时,耕层(0-20cm)土壤有机质由1.96%提高至2.08%,亚耕层(20-40cm)土壤有机质由1.26%升至1.75%,平均每亩增产60公斤-100公斤粮食。有效解决了目前秸秆还田地方财政负担重,完全由农民投钱则不情愿的最大难题。

  秸秆造粒后具有体积小、密度大、土壤可消纳量高、施用简易化等特点,其每亩还田量可达常规粉碎秸秆的3~5倍甚至更高,且还田质量可控,培肥地力效果更好。该技术可实现大量秸秆的高质量还田,这为秸秆还田有效提升黑土有机质提供了可行的途径。秸秆颗粒还可以通过秸秆颗粒施肥机施入亚耕层,由传统的秸秆地表覆盖变成秸秆颗粒土下深埋,即由“秸秆被子”变成“秸秆褥子”。这项技术可有效缓解长期浅耕导致的土壤“上肥下瘦”现象,实现亚耕层肥力的提高及可持续生产,意义重大。团队前期针对东北黑土区不同形态秸秆高量亚耕层培肥还田效应的研究结果显示,秸秆颗粒化高量亚耕层还田可实现显著增产,春玉米产量增幅达7%-17%。据推算,若按照每年5吨秸秆颗粒连年还田且将秸秆颗粒翻埋到25cm土层,五年后土壤有机碳含量可望提高一个百分点,实现整个耕层的快速培肥。此外,团队还在东北黑土区开展了包括秸秆颗粒高倍量还田技术的系列研究与示范,探索出既能提高土壤有机质,又能同时增产的秸秆安全有效还田技术,破解了传统秸秆还田后土壤培肥与作物增产难以协调的难题。

  三、秸秆颗粒应用范围广,可深加工为系列提质增效新产品,实现秸秆颗粒产品化和产业化

  秸秆还田难是全球性难题。比如“一带一路”部分国家,保护性农业占比已达60%左右,而保护性农业一方面要求秸秆覆盖,另一方面要求少免耕,这极易导致秸秆地表集聚,影响播种质量,增加病虫草害发生风险。再比如美国,即使秸秆还田已广泛推广,仍有32%的秸秆未能还田。秸秆颗粒化有效解决了秸秆由于量多体大的原因难以还田的难题,研发出秸秆颗粒化还田技术与产品在辽宁铁岭、吉林公主岭、黑龙江双城、甘肃酒泉、内蒙古五原,以及四川西昌、阿坝,山东德州、诸城、高密、寿光、安丘等地,在粮食、经济、果树、蔬菜等作物上均有应用。如果在东北地区全面推广秸秆颗粒还田全程机械化,通过多年连续实施,可以使东北地区黑土地的地力得到很好恢复,为全世界黑土地做出示范。

  秸秆颗粒除直接还田外,还可进一步开发成系列产品,如饲料、燃料等。秸秆颗粒多级产品在畜禽养殖、生物质能源化等多个领域均有较好的应用前景,其中,秸秆颗粒益生饲料预计可提高畜禽饲料消化率10个百分点以上,秸秆颗粒燃料的热量利用率比标准煤更高。加工生产的秸秆颗粒饲料利用后产生的牛羊粪便、燃料利用后产生的草木灰还可间接还田,进一步提升秸秆颗粒的培肥效果。

  综上所述,通过创新秸秆还田方式,使秸秆“变废为宝”,既可在新时期现代集约农业中减少秸秆造成的环境污染压力,又可使秸秆资源重新发挥“肥料、饲料、燃料”的作用,实现提质增效。在秸秆综合利用过程中,达到企业获益、农民增收、减轻国家财政补贴压力的目的,使秸秆利用成为企业与农民的自觉行为。

 

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