吉林省秸秆覆盖还田耕作制度下播种技术应用
时间：2023-02-15 09:25:06 来源：千叶帆 本文已影响人
赵文罡，李洪刚，韩国靖，王 莹，刘志岩，顾耀权，于洪斌
(吉林省农业机械研究院，长春 130022)
秸秆是黑土地的天然肥料，具有节肥增效的作用。秸秆覆盖还田是减轻风蚀、水蚀、培肥地力和保墒抗旱的重要手段，具有显著的经济效益、社会效益和生态效益。秸秆还田保护性耕作技术，是目前最有效的绿色生态技术，在国内外受到广泛的应用和推广。该技术不仅可以解决秸秆产量过剩的现状，还可以解决秸秆焚烧造成污染环境的生态难题，同时以绿色肥料形式来增加土壤有机质，改良土壤环境、培肥地力、防风固土，为秸秆综合利用提供新的方式。2020年2月25日，农业农村部、财政部印发《东北黑土地保护性耕作行动计划(2020—2025年)》，将东北地区(吉林省、辽宁省、黑龙江省和内蒙古自治区的赤峰市、通辽市、兴安盟、呼伦贝尔市)玉米生产作为推广应用重点，应尽量增加秸秆覆盖还田比例，增强土壤蓄水保墒能力，提高土壤有机质含量，培肥地力；
采用高性能免耕播种机械，确保播种质量。因此秸秆覆盖条件下的机械化保护性耕作种植技术是保护性耕作技术发展的瓶颈，也是绿色生态农业未来的发展趋势。
吉林省地处东北地区中部，作为农业大省同时也是国家重要的粮食生产基地，是世界级“黄金玉米带”之一，耕地面积553.78万hm2。产粮同时也产出大量玉米秸秆资源，丰富的玉米秸秆资源如何高效率处理是多年来吉林省遇到的难题之一。随着秸秆覆盖耕作技术快速发展，秸秆覆盖还田保护性耕作成为最有效的绿色生态技术，可以解决玉米秸秆利用的难题。2018年10月，吉林省农委、省财政厅联合下发《关于加快推广秸秆覆盖还田保护性耕作技术，推进耕地质量耕作生态耕作效益“绿色增长”的实施意见》，决定从2019—2025年全省推广秸秆覆盖还田保护性耕作技术，并下发实施意见书。2019年，实现秸秆覆盖还田面积66.67万hm2，全省力争到2025年，秸秆覆盖还田保护性耕作面积达玉米播种面积45%左右[1]。目前基本形成以下四种适合吉林省农业绿色生产的秸秆覆盖还田耕作技术模式[2-6]。
1.1 秸秆全量覆盖还田均匀行免耕播种技术模式
玉米秋季收获并采用秸秆还田机粉碎全量覆盖还田地表，第二年春季播种期采用重型免耕播种机直接均匀行播种的技术模式。实施的技术路线为玉米收获机机械收获、秸秆覆盖还田、免耕施肥播种、化学除草、病虫害防治。目前，该项技术模式吉林省推广效果较好，得到了吉林省委省政府和农民的关注。该模式可适用于玉米秸秆覆盖量较小的吉林省西部白城、松原等风沙干旱区域。
1.2 玉米宽窄行倒茬交替休闲种植模式
该模式为改垄作为平作、改均匀垄(600～650 mm)为宽行(800～900 mm)和窄行(500～400 mm)、变低留茬为高留茬，上部其余秸秆全量覆盖还田，隔年轮换休耕。实施的路线是将宽行改为休耕带(将秸秆归行处置在此区域)，窄行改为种植带，应用宽窄行免耕播种机在种植带完成播种作业；
下一年将宽行改为400～500 mm行距的种植带，窄行改为800～900 mm的休耕带；
以后每年交换轮流耕作，以实现减少耕作面积、种养结合的倒茬休耕模式。该种模式适用于秸秆产量高、覆盖量大的区域，如吉林省中部的长春、四平等区域。
1.3 玉米保护性耕作条带耕技术模式
条带耕为保护性耕作的一种新方式，目前在国内研究中处于前沿领域，没有真正意义上的定义。条带耕技术模式是指在秸秆覆盖地表进行耕作，创建清洁的条带上来播种作业，将秸秆残留处理至两条带之间用来保护土壤的耕作技术模式。未来条带耕技术模式将可能成为东北黑土地保护性耕作技术模式主推方式之一。条带耕技术模式既坚持了地表有大量的秸秆覆盖，又能创造出一个比较洁净的待播种床，解决了提高播种质量和出苗生长的问题、同时利于提高地温。实施的路线为采用秸秆归行机对地表秸秆进行集行处理[7]，在计划播种带上应用宽窄行免耕播种机完成播种作业。另外还可以采用苗带浅旋少耕播种模式[8]，应用专用的苗带浅旋免耕、少耕播种机春季直接在秸秆全量粉碎还田均匀覆盖地表进行播种作业，机具满足播种前苗带窄幅浅旋处理，旋耕深度 <10 cm，秸秆粉碎长度≤10 cm，条耕作业方式下，不超过 1/3的土壤扰动。该技术模式主要适用玉米产量高、秸秆产量过大的吉林省中部长春、四平等区域。
1.4 玉米秸秆全量覆盖高留茬还田技术模式
高留茬还田技术模式是指秋季玉米收获同时保留大于40 cm以上的根茬在田地，其余秸秆直接覆盖还田地表，春季应用均匀行(或宽窄行)播种进行种植的技术模式。减少地表秸秆覆盖量，重点解决地温低、出苗晚等问题，主要适应于吉林省东部吉林、白山市和延边州等冷凉区和积温较低的山区、半山区。
吉林省西部如白城、松原等风沙干旱区素有西部“粮仓”之美誉，属于温带大陆性季风气候，热量充足，但风沙较大，存在风蚀严重、干燥少雨(年降水量不足400 mm)且时空分布不均、土壤瘠薄等问题，因此全量秸秆覆盖保护性耕作模式适宜在该地区示范推广。该地区可将玉米秸秆全量覆盖地表还田，起到了防治风蚀、保土保水、增加土壤有机质的目的，据有关研究表明连续秸秆全量覆盖还田5年后，耕层中土壤有机质含量可提高15%～20%左右。秸秆还田同时也给机械化种植带来了难题，尤其是全量秸秆覆盖还田后，免耕播种机播种时秸秆拖堆、断条、架种、晾种等问题，严重影响播种质量，因此科研院所、各大高校、骨干农机企业等都在进行研究探索解决方案。
2.1 全量秸秆覆盖还田“清洁区”播种技术模式
全量秸秆覆盖还田“清洁区”播种技术[9-11]，是指配有秸秆粉碎还田机的玉米收获机械秋季收获时将秸秆全量覆盖地表还田(或秸秆粉碎还田机单独作业)，冬季休耕养地。下年春季播种期采用全量秸秆覆盖还田“清洁区”精密播种机作业，可一次完成播前秸秆捡拾粉碎，同时对表土预处理、创造播前“清洁区”种床，免耕精密播种完成高质量播种作业，碎秸秆均匀抛撒覆盖播后地表，起到秸秆覆盖还田、防风固沙、培肥地力、蓄水保墒的目的。解决现有免耕播种机在秸秆全量覆盖条件下出现拥堵、拖堆、断条、架种、晾种，播种质量较差技术难题。
2.2 全量秸秆覆盖还田“清洁区”精密播种机
免耕播种机作业效率及播种质量受到秸秆覆盖量过大影响机具作业，因此良好的防堵技术是关键因素之一。该机采用秸秆清理装置与高性能免耕播种机联合作业，基于主动式防堵技术为核心部件，由拖拉机后动力输出作为动力源，主动驱动秸秆清理装置对播前玉米秸秆捡拾粉碎、同时种床预处理，碎秸秆通过绞龙叶片式输送装置进行“秸土分离”并推送，抛送装置完成秸秆提升，采用短时地表净空的方式创造“清洁区”，高性能免耕播种机及时完成开沟侧深施肥、精密播种、覆土镇压作业，粉碎后秸秆均匀抛撒覆盖播后地表(图1)，起到秸秆还田、防风固沙、培肥地力、蓄水保墒目的。
图1 全量秸秆覆盖还田“清洁区”精密播种机
2.3 田间试验与分析
全量秸秆覆盖还田“清洁区”精密播种机在吉林省农安县开安镇石场村进行试验。试验耕地为全量秸秆覆盖还田越冬休耕，试验土壤质地为沙壤土，土壤含水率20%，满足试验耕地条件需求。试验前，经技术人员现场对试验机具进行调试，保证机具工作状态正常。实验目的是考核整机在秸秆全量覆盖条件下作业机具的通畅性及播种质量情况并进行测定，试验方法根据《免(少)耕施肥播种机》(GB/T 20865—2017)，主要考核秸秆粉碎长度、秸秆覆盖均匀性、播种施肥质量和出苗情况，计算秸秆粉碎长度。
试验中分别对播前地表及播种后地表秸秆覆盖情况进行了测定并记录，对比分析机具的秸秆处理能力进行验证，具体情况详见表1所示。
表1 秸秆粉碎质量参数 单位：%
试验表明，全量覆盖还田地表的玉米秸秆通过机具的捡拾粉碎、收集、提升抛送，可以创造播前“清洁区”种床，为免耕播种创造了有利条件，碎秸秆均匀抛撒在播后地表，试验过程中未出现秸秆拥堵、拖堆、断条等现象。对免耕播种机的播种质量进行了测定记录，后期出苗期对出苗情况进行跟踪调查，具体情况详见表2所示。
表2 播种质量性能指标
结果表明：基于“清洁区”种床模式下的免耕播种机的播种质量优良，排种性能合格指数均达到(超过)免(少)耕施肥播种机国家技术标准，可以完成秸秆全量覆盖还田条件下的播种要求。
综上所述，吉林省位于中国黑土地核心区，是全国重要商品粮基地，黑土地保护性耕作技术研究与示范，让吉林省的黑土地持续焕发生命力。
1)介绍吉林省秸秆覆盖还田耕作技术模式发展现状，分析吉林省基本成熟的四种秸秆覆盖还田技术模式，总结适宜吉林省保护性耕作技术路线和发展经验，为东北地区黑土地保护利用，吉林省发展可持续的绿色生态农业提供参考。
2)针对吉林省西部风沙土区风蚀严重、土壤贫瘠，降雨量少且时空分布不均等问题，提出以玉米秸秆全量还田为核心，以防治风蚀、保土保水、增加土壤有机质为目标，提出构建全量秸秆覆盖还田“清洁区”播种技术模式，研究全量秸秆覆盖条件下精密播种技术。
3)通过对“清洁区”精密播种机试验研究，试验结果证明该机在全量秸秆覆盖还田条件下，机具通畅性能良好，可以创造播前“清洁区”种床，为免耕播种创造了有利条件，未出现秸秆拥堵、拖堆、断条现象的发生。播种质量、性能较好地解决现有免耕播种机在秸秆全量覆盖条件下拥堵、拖堆、断条、架种、晾种，播种质量较差难题，为吉林省的保护性耕作技术研究与发展提供参考。
4)保护性耕作是先进的现代耕作技术体系，具有区域性和复杂性。应采取因地制宜的方式发展适合本区域特点的技术路线，针对不同地区的农业生产特点，根据技术发展和农业实际逐步改进创新技术模式。在农业农机科技人员的不断努力下，提高农业机械化水平，为保证国家粮食安全，实现“藏粮于地、藏粮于技”战略提供技术支撑。
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