習近平總書記高度重視黑土地保護與利用，指示一定要采取有效措施，保護好黑土地這一“耕地中的大熊貓”。東北是全球僅有的三大黑土區之一，東北四省（區）糧食產量占全國的1/4，調出量占全國的1/3，是我國最重要的糧食生產優勢區、最大的商品糧供給基地，是國家糧食安全的“壓艙石”。然而，由于長期高強度、超負荷利用黑土地，在作物產量增加的同時，東北黑土地出現日益嚴重的土地退化問題，已嚴重影響東北地區農業的可持續發展，嚴重影響我國的糧食安全。
秸稈還田是恢復黑土地地力的最重要、最有效措施之一，是實現秸稈綜合利用與黑土地保護有機結合的有效途徑。農業的春華秋實，其產物一半在籽實，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質含量，改善土壤團粒結構和理化性狀。但是傳統秸稈還田方式在東北地區難以被接受，無法消納每年的秸稈生產總量。傳統秸稈還田方式的癥結在哪？秸稈還田技術的出路何在？為此，中國農業科學院土壤耕作與種植制度團隊進行了幾年的探索，希望這些探索能夠回答這些問題。
一、秸稈量多體大，“收、運、儲”體系不完備，離田成本高，傳統還田方式秸稈腐解慢，作物出苗差，土壤養分失衡
我國每年要產生8億多噸秸稈，這樣一個龐大的數字是伴隨著我國糧食產量的連年增加而產生的，是農業生產的后續問題。隨著單產水平的提高，黑土地里的秸稈越來越多，越來越“扎手”。保守估計，黑土區的秸稈產量已超過2.1億噸。生產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、土壤有機質提升效果不佳等問題，致使農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，導致跑風漏氣，作物易“吊苗懸根”，影響保苗率，出現黃苗、死苗、易倒伏，造成減產。
秸稈“收、運、儲”體系不完備，導致秸稈離田成本較高。據農業農村部調查測算，傳統秸稈離田成本約為單季作物純收入的15%~30%，這造成了農民秸稈還田離田意愿不強，積極性不高。現階段農村勞動力缺乏，一個勞動力一天處理秸稈僅能收入十幾元，而一個勞動力一天的工錢卻要上百元，比較效益差。因此，東北地區的一些農民流傳著這樣的說法：“秸稈不燒種不了田，運走秸稈白種田，拿走秸稈不要錢”。
秸稈淺旋還田也易導致土壤養分失衡、微生物與作物爭肥而影響產量等問題。土壤微生物活動的適宜碳氮比為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會利用土壤中的大量氮肥，這會造成土壤養分不足。秸稈還田時也會把病毒病菌和蟲卵一塊帶進耕層，為來年發病埋下隱患。這個問題已大量出現，并呈逐年上升趨勢，比如有的地方爆發蠐螬危害，有的地方爆發玉米瘋葉病等，這不能不引起我們的重視。
二、秸稈顆粒化實現秸稈安全還田，可快速培肥耕層，破解了傳統秸稈還田后土壤培肥與作物增產難以協調的難題
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，長期以來一直沒有得到根本解決。針對北方傳統秸稈覆蓋還田、淺旋還田技術存在的還田難、腐解難、保苗難、病蟲害多、產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隊圍繞秸稈“如何處理、怎樣還田”等潛心研究，創新了“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等秸稈還田機械，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、儲”體積大、環節多、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+機手費+機器損耗費）100元以內。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結果表明，還田兩年時，耕層（0-20cm）土壤有機質由1.96%提高至2.08%，亞耕層（20-40cm）土壤有機質由1.26%升至1.75%，平均每畝增產60公斤-100公斤糧食。有效解決了目前秸稈還田地方財政負擔重，完全由農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，其每畝還田量可達常規粉碎秸稈的3~5倍甚至更高，且還田質量可控，培肥地力效果更好。該技術可實現大量秸稈的高質量還田，這為秸稈還田有效提升黑土有機質提供了可行的途徑。秸稈顆粒還可以通過秸稈顆粒施肥機施入亞耕層，由傳統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”。這項技術可有效緩解長期淺耕導致的土壤“上肥下瘦”現象，實現亞耕層肥力的提高及可持續生產，意義重大。團隊前期針對東北黑土區不同形態秸稈高量亞耕層培肥還田效應的研究結果顯示，秸稈顆粒化高量亞耕層還田可實現顯著增產，春玉米產量增幅達7%-17%。據推算，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，五年后土壤有機碳含量可望提高一個百分點，實現整個耕層的快速培肥。此外，團隊還在東北黑土區開展了包括秸稈顆粒高倍量還田技術的系列研究與示范，探索出既能提高土壤有機質，又能同時增產的秸稈安全有效還田技術，破解了傳統秸稈還田后土壤培肥與作物增產難以協調的難題。
三、秸稈顆粒應用范圍廣，可深加工為系列提質增效新產品，實現秸稈顆粒產品化和產業化
秸稈還田難是全球性難題。比如“一帶一路”部分國家，保護性農業占比已達60%左右，而保護性農業一方面要求秸稈覆蓋，另一方面要求少免耕，這極易導致秸稈地表集聚，影響播種質量，增加病蟲草害發生風險。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，研發出秸稈顆粒化還田技術與產品在遼寧鐵嶺、吉林公主嶺、黑龍江雙城、甘肅酒泉、內蒙古五原，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、經濟、果樹、蔬菜等作物上均有應用。如果在東北地區全面推廣秸稈顆粒還田全程機械化，通過多年連續實施，可以使東北地區黑土地的地力得到很好恢復，為全世界黑土地做出示范。
秸稈顆粒除直接還田外，還可進一步開發成系列產品，如飼料、燃料等。秸稈顆粒多級產品在畜禽養殖、生物質能源化等多個領域均有較好的應用前景，其中，秸稈顆粒益生飼料預計可提高畜禽飼料消化率10個百分點以上，秸稈顆粒燃料的熱量利用率比標準煤更高。加工生產的秸稈顆粒飼料利用后產生的牛羊糞便、燃料利用后產生的草木灰還可間接還田，進一步提升秸稈顆粒的培肥效果。
綜上所述，通過創新秸稈還田方式，使秸稈“變廢為寶”，既可在新時期現代集約農業中減少秸稈造成的環境污染壓力，又可使秸稈資源重新發揮“肥料、飼料、燃料”的作用，實現提質增效。在秸稈綜合利用過程中，達到企業獲益、農民增收、減輕國家財政補貼壓力的目的，使秸稈利用成為企業與農民的自覺行為。
一、秸稈量多體大，“收、運、儲”體系不完備，離田成本高，傳統還田方式秸稈腐解慢，作物出苗差，土壤養分失衡
我國每年要產生8億多噸秸稈，這樣一個龐大的數字是伴隨著我國糧食產量的連年增加而產生的，是農業生產的后續問題。隨著單產水平的提高，黑土地里的秸稈越來越多，越來越“扎手”。保守估計，黑土區的秸稈產量已超過2.1億噸。生產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、土壤有機質提升效果不佳等問題，致使農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，導致跑風漏氣，作物易“吊苗懸根”，影響保苗率，出現黃苗、死苗、易倒伏，造成減產。
秸稈“收、運、儲”體系不完備，導致秸稈離田成本較高。據農業農村部調查測算，傳統秸稈離田成本約為單季作物純收入的15%~30%，這造成了農民秸稈還田離田意愿不強，積極性不高。現階段農村勞動力缺乏，一個勞動力一天處理秸稈僅能收入十幾元，而一個勞動力一天的工錢卻要上百元，比較效益差。因此，東北地區的一些農民流傳著這樣的說法：“秸稈不燒種不了田，運走秸稈白種田，拿走秸稈不要錢”。
秸稈淺旋還田也易導致土壤養分失衡、微生物與作物爭肥而影響產量等問題。土壤微生物活動的適宜碳氮比為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會利用土壤中的大量氮肥，這會造成土壤養分不足。秸稈還田時也會把病毒病菌和蟲卵一塊帶進耕層，為來年發病埋下隱患。這個問題已大量出現，并呈逐年上升趨勢，比如有的地方爆發蠐螬危害，有的地方爆發玉米瘋葉病等，這不能不引起我們的重視。
二、秸稈顆粒化實現秸稈安全還田，可快速培肥耕層，破解了傳統秸稈還田后土壤培肥與作物增產難以協調的難題
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，長期以來一直沒有得到根本解決。針對北方傳統秸稈覆蓋還田、淺旋還田技術存在的還田難、腐解難、保苗難、病蟲害多、產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隊圍繞秸稈“如何處理、怎樣還田”等潛心研究，創新了“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等秸稈還田機械，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、儲”體積大、環節多、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+機手費+機器損耗費）100元以內。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結果表明，還田兩年時，耕層（0-20cm）土壤有機質由1.96%提高至2.08%，亞耕層（20-40cm）土壤有機質由1.26%升至1.75%，平均每畝增產60公斤-100公斤糧食。有效解決了目前秸稈還田地方財政負擔重，完全由農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，其每畝還田量可達常規粉碎秸稈的3~5倍甚至更高，且還田質量可控，培肥地力效果更好。該技術可實現大量秸稈的高質量還田，這為秸稈還田有效提升黑土有機質提供了可行的途徑。秸稈顆粒還可以通過秸稈顆粒施肥機施入亞耕層，由傳統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”。這項技術可有效緩解長期淺耕導致的土壤“上肥下瘦”現象，實現亞耕層肥力的提高及可持續生產，意義重大。團隊前期針對東北黑土區不同形態秸稈高量亞耕層培肥還田效應的研究結果顯示，秸稈顆粒化高量亞耕層還田可實現顯著增產，春玉米產量增幅達7%-17%。據推算，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，五年后土壤有機碳含量可望提高一個百分點，實現整個耕層的快速培肥。此外，團隊還在東北黑土區開展了包括秸稈顆粒高倍量還田技術的系列研究與示范，探索出既能提高土壤有機質，又能同時增產的秸稈安全有效還田技術，破解了傳統秸稈還田后土壤培肥與作物增產難以協調的難題。
三、秸稈顆粒應用范圍廣，可深加工為系列提質增效新產品，實現秸稈顆粒產品化和產業化
秸稈還田難是全球性難題。比如“一帶一路”部分國家，保護性農業占比已達60%左右，而保護性農業一方面要求秸稈覆蓋，另一方面要求少免耕，這極易導致秸稈地表集聚，影響播種質量，增加病蟲草害發生風險。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，研發出秸稈顆粒化還田技術與產品在遼寧鐵嶺、吉林公主嶺、黑龍江雙城、甘肅酒泉、內蒙古五原，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、經濟、果樹、蔬菜等作物上均有應用。如果在東北地區全面推廣秸稈顆粒還田全程機械化，通過多年連續實施，可以使東北地區黑土地的地力得到很好恢復，為全世界黑土地做出示范。
秸稈顆粒除直接還田外，還可進一步開發成系列產品，如飼料、燃料等。秸稈顆粒多級產品在畜禽養殖、生物質能源化等多個領域均有較好的應用前景，其中，秸稈顆粒益生飼料預計可提高畜禽飼料消化率10個百分點以上，秸稈顆粒燃料的熱量利用率比標準煤更高。加工生產的秸稈顆粒飼料利用后產生的牛羊糞便、燃料利用后產生的草木灰還可間接還田，進一步提升秸稈顆粒的培肥效果。
綜上所述，通過創新秸稈還田方式，使秸稈“變廢為寶”，既可在新時期現代集約農業中減少秸稈造成的環境污染壓力，又可使秸稈資源重新發揮“肥料、飼料、燃料”的作用，實現提質增效。在秸稈綜合利用過程中，達到企業獲益、農民增收、減輕國家財政補貼壓力的目的，使秸稈利用成為企業與農民的自覺行為。
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