水稻秸稈還田機(jī)械化技術(shù)應(yīng)用研究進(jìn)展

徐楓林，孫超然，顏瑾昱，鄧 彬，李軍政

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，湖南 長沙 410125）

秸稈是成熟農(nóng)作物莖葉（穗）部分的總稱，是小麥、水稻等農(nóng)作物在收獲籽實(shí)后的剩余部分。農(nóng)作物光合作用產(chǎn)生的成分有一半以上保留在了秸稈之中，且其富含氮、磷、鉀等成分和有機(jī)質(zhì)，是一種非常重要的可再生能源[1]。我國秸稈資源非常豐富，在全球占比20%～30%。過去大多數(shù)秸稈的處理方法是被拋棄在田間或者焚燒，這既浪費(fèi)資源，也污染環(huán)境。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化與現(xiàn)代化的發(fā)展，秸稈資源的合理化利用成為了實(shí)現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)資源可持續(xù)發(fā)展的重要方法[2-3]。目前，秸稈資源利用的方法有很多，主要分為傳統(tǒng)利用方法和新興利用方法。傳統(tǒng)利用中可以作為燃料、動(dòng)物飼料、土壤肥料等。新興利用中可以作為造紙、建材、包裝的材料等[4-5]。其中，將秸稈作為土壤肥料還田是一種常用的秸稈資源再利用的方法。秸稈的還田利用，有助于農(nóng)作物本身資源的再利用，也能改善土壤質(zhì)量，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[6]。

農(nóng)業(yè)機(jī)械化是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵力量和必然要求，也是國家經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的客觀需求[7]。因此，作者通過對(duì)近些年相關(guān)論文的總結(jié)分析并結(jié)合現(xiàn)狀展開思考，對(duì)秸稈還田技術(shù)與機(jī)械的結(jié)合應(yīng)用即秸稈的機(jī)械化還田技術(shù)進(jìn)行研究與分析，以水稻機(jī)械化秸稈還田技術(shù)為核心主題，以農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展背景展開，介紹其發(fā)展歷史、還田技術(shù)類別以及還田機(jī)的種類區(qū)分，并進(jìn)一步研究其不同類別的適用條件、存在的優(yōu)缺點(diǎn)和發(fā)展前景等問題。同時(shí)，對(duì)近些年新興實(shí)用技術(shù)——秸稈腐熟劑和秸稈還田機(jī)配合使用進(jìn)行介紹。最后，基于以上探討，簡(jiǎn)單給出評(píng)述觀點(diǎn)，并對(duì)該研究方向的未來發(fā)展與實(shí)際應(yīng)用提出建議。

1 水稻秸稈還田機(jī)械化技術(shù)發(fā)展歷史

秸稈機(jī)械化還田技術(shù)是一種資源利用率高且經(jīng)濟(jì)效益高的技術(shù)，大多數(shù)發(fā)達(dá)國家在此方面的起步較早，發(fā)展相對(duì)我國較快。例如20 世紀(jì)60 年代初美國萬國公司首次在聯(lián)合收割機(jī)上使用切碎機(jī)對(duì)秸稈實(shí)施粉碎性還田[8]。80 年代初，英國通過收獲機(jī)對(duì)秸稈進(jìn)行粉碎，并且采用了犁式耙進(jìn)行了深埋。日本在半喂入聯(lián)合收割機(jī)后方加裝切草裝置，能一次性完成收獲和秸稈粉碎[9]。我國機(jī)械化秸稈還田技術(shù)主要起源于20世紀(jì)后期。70 年代末，我國科技工作者通過整合國內(nèi)外技術(shù)，研發(fā)出了秸稈粉碎還田和整稈還田機(jī)械化技術(shù)和相關(guān)的農(nóng)機(jī)具[10]。之后也陸續(xù)出現(xiàn)了例如根茬粉碎及耕翻還田技術(shù)、聯(lián)合作業(yè)還田技術(shù)等新型技術(shù)種類。但是由于技術(shù)起步晚，理論知識(shí)不足，當(dāng)時(shí)也出現(xiàn)了還田秸稈類型單一、大多數(shù)農(nóng)機(jī)具的三化（標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化）設(shè)計(jì)程度低等缺陷[8]。

21 世紀(jì)初期，我國的秸稈利用技術(shù)發(fā)展進(jìn)入初級(jí)階段[3]。秸稈還田機(jī)械的供需量持續(xù)增長，年均作業(yè)面積與推廣面積也在穩(wěn)步增加。全國全年秸稈直接粉碎還田的作業(yè)量約1 億t，占秸稈總量的16%。但是秸稈的利用率仍然不高，焚燒現(xiàn)象較多，引發(fā)的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)問題亟待解決[3,8]。

近十年來，我國機(jī)械化秸稈還田技術(shù)飛速發(fā)展。其一，秸稈機(jī)械化利用農(nóng)機(jī)具的種類增加，聯(lián)合作業(yè)機(jī)逐漸取代單項(xiàng)功能作業(yè)機(jī)。生物科技與農(nóng)機(jī)具相結(jié)合的作業(yè)方法也在不斷發(fā)展。其二，秸稈機(jī)械化還田作業(yè)面積不斷增加。2015 年全國秸稈還田面積提升至5 346.67 萬hm2，“十二五”期間年均增長率8.44%[11]。其三，秸稈還田的方式更加豐富。逐漸出現(xiàn)了覆蓋還田、堆埋還田、腐化還田等方式，大大增加了該技術(shù)的應(yīng)用廣度和維度[11-13]。近年來由于化肥的大量使用、農(nóng)家肥料的使用量減少，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量下降、物理性能與環(huán)境條件惡化。更加凸顯了機(jī)械化秸稈還田的優(yōu)勢(shì)與必要性[12]。為了更加有效地讓秸稈資源循環(huán)利用以滿足可持續(xù)化發(fā)展的目標(biāo)，機(jī)械化還田與生物科技手段相配合以及聯(lián)合作業(yè)機(jī)的發(fā)展將是未來發(fā)展的必然趨勢(shì)[13]。

2 還田技術(shù)與還田機(jī)械

2.1 還田機(jī)概念

秸稈還田機(jī)[14]是一種能將殘留在田地里的秸稈根茬切割粉碎后鋪蓋在地面或深埋入土中的多功能保護(hù)性耕作機(jī)械。目前，水稻機(jī)械化秸稈還田技術(shù)與還田機(jī)種類豐富，具有代表性的技術(shù)主要有秸稈粉碎還田技術(shù)、秸稈整稈深埋還田和秸稈快腐還田。

2.2 秸稈粉碎還田

水稻秸稈機(jī)械化粉碎還田技術(shù)[15-16]是指先利用機(jī)械將收獲的水稻秸稈粉碎后均勻地鋪撒（覆蓋還田）在地表并進(jìn)行翻耕深埋（翻壓還田）處理。其中，又包含低留茬全量還田和高留茬全量還田[17]，以及旋耕機(jī)滅茬[18]等。關(guān)于留茬還田，留茬高度的控制可以通過刀具切割參數(shù)的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)對(duì)留茬高度的控制。如顧克軍[19]等通過研究水稻不同留茬高度下秸稈資源的可收集量和還田量，得出在不同生產(chǎn)條件下，水稻秸稈的可收集比例隨著留茬高度的改變而改變。留茬還田時(shí)，高留茬還田技術(shù)[20]有一定的增產(chǎn)率和增收率、稻米品質(zhì)好且產(chǎn)投比高，但不利于秸稈的腐熟和后茬播種；低留茬技術(shù)有利于控制病蟲害和提高腐解效率，但留茬過短會(huì)導(dǎo)致收割機(jī)效率低，增加工作成本。關(guān)于旋耕滅茬機(jī)旋耕還田，是秸稈直接還田的普遍方法，特點(diǎn)在于使用便捷簡(jiǎn)單，秸稈處理量多。顧克軍[19]等選用3 種旋耕還田方式（常規(guī)旋耕滅茬，反轉(zhuǎn)滅茬旋耕，正轉(zhuǎn)埋茬耕整）在江蘇進(jìn)行實(shí)地作業(yè)，得出正轉(zhuǎn)埋茬耕整的還田作業(yè)具有效率高、耗能低的優(yōu)勢(shì)。

21 世紀(jì)初，我國部分地區(qū)使用旋耕機(jī)進(jìn)行水稻秸稈粉碎還田。由于受刀輥旋轉(zhuǎn)方向和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的限制，其作業(yè)效率低。同時(shí)，其他種類的秸稈粉碎還田機(jī)大多使用甩刀切割秸稈，導(dǎo)致刀具的磨損嚴(yán)重，壽命短，性價(jià)比低[21]。若秸稈被切割得過于粉碎，鋪撒在地面后再次使用旋耕機(jī)旋耕，其覆蓋效果較差，給之后的播種等工作造成影響[22]。丁為民[43]在此基礎(chǔ)上研究正反轉(zhuǎn)旋耕的性能比較，結(jié)論得出可以通過配置碎土擋草柵欄等裝置來提高機(jī)械作業(yè)效果，其中反轉(zhuǎn)旋耕更容易利用這些裝置。

隨著廣大科研人員的刻苦鉆研，我國秸稈粉碎還田技術(shù)得到了一定的發(fā)展。例如賈洪雷[24]設(shè)計(jì)了一種 V-L 型秸稈粉碎還田刀片，提高了刀具耐磨性、穩(wěn)定性和切割效率。付雪高[25]等通過對(duì)秸稈粉碎還田機(jī)甩刀的形狀、數(shù)量、排列、耐磨性等各方面進(jìn)行綜合論述分析，為研究者設(shè)計(jì)與改進(jìn)秸稈粉碎還田機(jī)提供了一定的指導(dǎo)方向和理論依據(jù)。孫妮娜[26]等針對(duì)東北稻區(qū)秸稈粉碎質(zhì)量的諸多問題，設(shè)計(jì)了粉碎刀與鋸盤刀同向差速配合以實(shí)現(xiàn)有支撐鋸切的方法，以及通過在L 型刀具的兩側(cè)增加扇葉來提高機(jī)具粉碎腔內(nèi)風(fēng)速及秸稈喂入性能，大大提高了粉碎還田作業(yè)效果和質(zhì)量。

目前，國內(nèi)外對(duì)秸稈粉碎還田機(jī)的研究主要分為兩種[26-28]：（1）聯(lián)合收獲機(jī)配合秸稈粉碎拋灑機(jī)[27-28]。該機(jī)具能同時(shí)完成收獲和秸稈粉碎的作業(yè)目標(biāo)，其粉碎效果受到收獲機(jī)的喂入量、留茬高度以及作業(yè)速度的影響。例如陳黎卿[28]等設(shè)計(jì)了一款適合于全喂入聯(lián)合收割機(jī)的1JHSX-34 型雙軸式秸稈粉碎機(jī)，設(shè)計(jì)了圓盤式的秸稈粉碎刀片，在機(jī)械作業(yè)過程中，秸稈受到雙軸高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)刀片沖擊對(duì)秸稈產(chǎn)生第一次粉碎，之后由于雙軸通過齒輪傳動(dòng)有一定的轉(zhuǎn)速差且其選裝方向相反，致使刀片相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)而對(duì)秸稈產(chǎn)生二次沖擊。章志強(qiáng)[29]等針對(duì)秸稈粉碎還田機(jī)將秸稈粉碎拋撒后均勻度低和幅寬不可調(diào)節(jié)等問題，設(shè)計(jì)了一種可條件式的秸稈粉碎拋灑還田機(jī)。通過在曲面機(jī)殼出口處加裝帶有導(dǎo)向葉片的導(dǎo)流板，進(jìn)而設(shè)計(jì)一種可同步調(diào)節(jié)全部導(dǎo)向葉片的調(diào)節(jié)裝置，試驗(yàn)證明該機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)秸稈拋撒幅度、均勻度可調(diào)節(jié)；吳衛(wèi)東[30]等針對(duì)稻秸稈粉碎裝置對(duì)含水率較高的青秸稈粉碎時(shí)會(huì)出現(xiàn)粉碎不充分、堵塞裝置及還田不均等問題，設(shè)計(jì)了滾刀式的切削方式，其可以裝配多把切刀以保證在低轉(zhuǎn)速情況下仍能對(duì)秸稈進(jìn)行粉碎。同時(shí)設(shè)計(jì)了絞龍輸送和拋灑機(jī)構(gòu)以防止秸稈堵塞纏繞以及還田不均等問題。（2）拖拉機(jī)配合的秸稈粉碎還田機(jī)。該機(jī)具是在完成收獲后再進(jìn)行秸稈粉碎，這也是當(dāng)下主要工作模式。當(dāng)前的秸稈粉碎還田切割模式多以動(dòng)刀與定刀配合[31]或者快刀與慢刀差速配合形成支撐性的切割模式，并且大多使用Y 型刀具或者直刀型粉碎刀[32]。例如趙博[33]等研發(fā)的帶有扶禾功能的水稻滅茬機(jī)，其秸稈粉碎機(jī)構(gòu)采用Y 型甩刀與定刀聯(lián)合作業(yè)的方法；Arshdeep Singh[34]等針對(duì)印度地區(qū)獨(dú)特的水稻性質(zhì)，設(shè)計(jì)了相對(duì)應(yīng)的采用倒Y 型的粉碎動(dòng)刀與定刀配合的切割粉碎方式；關(guān)于東北地區(qū)水稻秸稈量大，韌性較強(qiáng)的情況，通常機(jī)械的粉碎效果不佳。因鋸切對(duì)秸稈的夾鉗能力強(qiáng)，加之粉碎時(shí)有多個(gè)刀齒參與作業(yè)，其粉碎效率較高，切削性能較好[33]。

除了上述典型例子以外，也存在很多為了適應(yīng)不同地區(qū)生產(chǎn)要求特點(diǎn)鮮明的還田機(jī)械。例如Wahyu Sugandi[35]為了應(yīng)對(duì)印度尼西亞萬隆市西帕雷地區(qū)的秸稈堆積等問題，將秸稈廢棄物用作堆肥材料作為解決方法并以此為基礎(chǔ)，研究設(shè)計(jì)了一種容量為100 kg/h的小型秸稈粉碎機(jī)。能將秸稈切成5～10 cm 長度以滿足要求；盧勇濤[36]等針對(duì)新疆地區(qū)的棉花秸稈還田存在的回收地膜含早率高等問題，設(shè)計(jì)了雙側(cè)輸送式秸稈粉碎還田機(jī)，采用了Y 型雙線雙螺旋的秸稈粉碎裝置；陳桂斌[37]等針對(duì)東北地區(qū)在保護(hù)性耕作的秸稈還田條件要求下，地表殘余秸稈量大從而導(dǎo)致免耕播種過程中容易雍堵、播種后地溫提升較慢等問題，設(shè)計(jì)了一種“秸稈條帶撿拾粉碎深埋”的還田方式。該方式通過利用撿拾粉碎裝置將地表秸稈拾撿粉碎，經(jīng)過土桿篩分和秸稈定向運(yùn)輸集中的過程，最后在運(yùn)秸風(fēng)機(jī)工作下實(shí)現(xiàn)秸稈深埋處理。

2.3 秸稈整稈深埋還田

水稻機(jī)械化整還田技術(shù)[15]是指將收獲的水稻秸稈不經(jīng)過粉碎而是直接旋耕埋入土壤或者覆蓋在地面。其中，水稻秸稈整稈深埋還田[38]與其他方式相比，具有耕深程度大，還田性能好，第二年不會(huì)因泡田秸稈浮出水面而對(duì)插秧及作物生長造成影響等特點(diǎn)。此方法對(duì)技術(shù)要求相對(duì)較低，但是一般不適宜雜交水稻,因?yàn)槠浣斩捀咔矣捕却?，自然腐爛較慢，應(yīng)采用切碎還田[39]。研究表明，秸稈整稈還田深埋深度在大于15 cm 時(shí)（水稻根系生長層以下一定深度），能顯著提高土壤的溫度、蓄水性能、增加土壤養(yǎng)分，以及能避免粉碎秸稈在作物根系生長層含量過高而導(dǎo)致的諸多問題[38,40-41]。若還田秸稈在作物根系生長層（表層以下0～10 cm）的含量過高，則會(huì)產(chǎn)生一系列問題，從而影響次年作物生長[42]。由于水稻秸稈以及水田作業(yè)的特殊性，會(huì)有泡田的要求和水整地的需要，若簡(jiǎn)單采用秸稈粉碎還田的方法，被粉碎的秸稈和被淺層翻埋的秸稈會(huì)在整地時(shí)漂浮出水面進(jìn)而影響插秧和秧苗生長[43]。因此，水稻秸稈整稈深埋還田技術(shù)的發(fā)展以及相關(guān)機(jī)具的設(shè)計(jì)研發(fā)前景廣闊，未來發(fā)展趨勢(shì)明顯。

一般水稻秸稈整稈深埋還田機(jī)[44]是由刀輥滾筒、刀盤和還田刀具組成。其工作原理為還田機(jī)刀具通過刀輥的上方朝刀輥后方將土壤和整稈的秸稈拋出。因?yàn)榻斩捹|(zhì)量較小，所以其被拋出的高度較低，同時(shí)由于秸稈與空氣接觸面積較大，導(dǎo)致其受空氣阻力影響，從而在空中運(yùn)動(dòng)時(shí)間短；同時(shí)，土壤受空氣阻力影響較小，騰空高度較高且滯空時(shí)間較長，導(dǎo)致秸稈和土壤在拋出至落入溝渠的過程中存在時(shí)間差，使得秸稈先落下土壤后覆蓋[43]，以達(dá)到整稈深埋還田的效果。

目前，我國關(guān)于機(jī)械化水稻整稈深埋還田技術(shù)尚處在初步發(fā)展階段。王奇[41]將此類機(jī)具主要分為兩大類：以鏵式犁為主裝置的聯(lián)合作業(yè)機(jī)和主要部位為刀輥軸逆轉(zhuǎn)的旋耕類機(jī)具。（1）以鏵式犁為主裝置的聯(lián)合作業(yè)機(jī)。該機(jī)具主要采用深耕犁和秸稈埋壓裝置裝配在機(jī)具的前后端，在拖拉機(jī)的動(dòng)力牽引下一次性完成秸稈整稈還田和整地的工作。21世紀(jì)初，趙四申[45]等針對(duì)玉米秸稈直接還田提出了秸稈整稈還田的全新方法，該機(jī)具由拖拉機(jī)裝配覆蓋型深耕犁和秸稈定向壓倒扶順裝置組成復(fù)合式作業(yè)機(jī)具，一次性同時(shí)完成兩項(xiàng)工作，且試驗(yàn)結(jié)果表明一年后的秸稈腐解率達(dá)到90%。（2）主要部位為刀輥軸逆轉(zhuǎn)的旋耕類機(jī)具。該機(jī)具主要采用為秸稈整稈還田而特制的刀具，能一次性完成秸稈整稈還田、旋耕整地的工作，滿足其農(nóng)藝要求。例如王金武[43]等研制的IZT-210 型號(hào)的水稻秸稈整株還田機(jī)。針對(duì)埋草、碎土、旋耕三項(xiàng)功能同時(shí)實(shí)現(xiàn)的要求，設(shè)計(jì)了專門的刀具以達(dá)到減少掛草、防止纏草等目的且秸稈覆蓋率高且碎土能力強(qiáng)。在此基礎(chǔ)上，周勇[46]等設(shè)計(jì)了一種適合水田耕整的雙軸旋耕埋草整地機(jī)具。該機(jī)具采用了雙側(cè)雙螺旋組合的螺旋刀輥，實(shí)現(xiàn)前刀輥對(duì)秸稈埋壓和旋耕淺土層時(shí)，后刀輥加大旋耕深度以粉碎土壤和對(duì)秸稈二次埋壓。該機(jī)具同樣能完成秸稈還田及整地等多項(xiàng)工作。

2.4 秸稈快腐還田

秸稈還田腐熟技術(shù)[47]，是通過秸稈還田和秸稈腐熟劑配合使用從而達(dá)到快速腐熟效果的技術(shù)，該技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于更能增加土壤有機(jī)質(zhì)的含量，減少污染以及降低農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)成本，是新型技術(shù)，具有重要的研究價(jià)值。將快腐還田技術(shù)與機(jī)械化還田技術(shù)聯(lián)合起來形成的復(fù)合型還田機(jī)，也是未來發(fā)展的重要方向。如戴飛等[48]為解決傳統(tǒng)還田機(jī)作業(yè)后秸稈還田周期長的問題，將腐熟劑施放裝置和機(jī)械粉碎裝置相結(jié)合的方法，設(shè)計(jì)的秸稈還田快腐聯(lián)合作業(yè)機(jī)，主要由腐熟劑的噴施系統(tǒng)與秸稈粉碎機(jī)聯(lián)合組成。其腐熟劑噴施系統(tǒng)使用了前置的安裝方式，由藥箱、自吸泵、噴藥管路、噴頭、逆止回流閥、噴桿和調(diào)節(jié)閥組成。秸稈還田機(jī)采用后置安裝的方式。經(jīng)過田間試驗(yàn)測(cè)定，7個(gè)月秸稈腐解率比傳統(tǒng)機(jī)械還田模式高17.1%，小麥單位產(chǎn)量高16.5%。葛宜元等[49]為適應(yīng)東北高寒地區(qū)的水稻秸稈機(jī)械化還田作業(yè)，提出了將高桿翻埋技術(shù)和生物技術(shù)結(jié)合的方案，研究了水稻高桿翻埋快腐還田機(jī)。其主要由高桿翻埋裝置和秸稈梳理-腐解劑施入裝置兩部分組成。機(jī)械工作時(shí)，秸稈梳理-腐解劑施入裝置在偏心輪的帶動(dòng)下產(chǎn)生擺動(dòng)，將秸稈梳理鋪放均勻，同時(shí)腐解劑和混合氮肥被噴施；之后通過旋耕機(jī)構(gòu)將處理完成后的秸稈翻埋入土，完成作業(yè)。

3 秸稈還田機(jī)械化技術(shù)與秸稈腐熟劑的配合作業(yè)

3.1 秸稈腐熟劑簡(jiǎn)介

隨著水稻秸稈還田技術(shù)的普及和不斷發(fā)展，人們?cè)诮斩掃€田腐熟的過程中經(jīng)常會(huì)采用施加秸稈腐熟劑這種新型方法。秸稈腐熟劑的工作原理[50]本質(zhì)上是微生物分解的代謝原理。秸稈腐熟劑中有大量的酵母菌、霉菌、細(xì)菌等菌種，這些菌種的不斷繁殖能高效地將成熟作物的秸稈腐熟分解為新作物生長所需的氮、磷、鉀等大量元素及其他中微量元素。由于秸稈腐熟劑能在適宜的條件下產(chǎn)生大量加速農(nóng)作物秸稈腐解的微生物，將秸稈中的有機(jī)質(zhì)分解[51]，提高了土壤中有機(jī)質(zhì)和全氮、速效氮、速效鉀、全磷、全鉀等養(yǎng)分的含量，有助于改善土壤狀況，提高土壤孔隙度[52]、提高土壤酶活性和肥力，減少肥料的施加，有利于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[53]。同時(shí)，秸稈腐熟劑與化肥、糞肥的配合使用能提高土壤肥力和作物產(chǎn)量[54]。

許衛(wèi)劍[50]等對(duì)腐熟劑作用過程進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹：腐熟劑在施放于秸稈后，會(huì)經(jīng)過5～7 d 的適應(yīng)期，此后便開始繁殖與生長。首先，秸稈與土壤接觸的部分出現(xiàn)大量的菌落和菌絲，并且接觸地面的秸稈呈現(xiàn)水浸狀，該過程稱為定植。定植完成后，隨著微生物的大量生長繁殖，其開始依賴于秸稈韌皮部的處理，蠟質(zhì)層脫落、纖維素表面積擴(kuò)大，令水解充分，有利于微纖維分解，且胞外酶甘鍵進(jìn)行攻擊，該時(shí)期為對(duì)數(shù)生長期。此后是穩(wěn)定期，以微生物細(xì)胞生長為主，繁殖速度下降，隨著纖維素分解菌的大量生長，秸稈的纖維素變得疏松，在機(jī)械作業(yè)下能碎裂成小塊狀，即營養(yǎng)源大量消耗，形成代謝產(chǎn)物，該過程進(jìn)行時(shí)間相對(duì)較長。待營養(yǎng)物質(zhì)的完全性破壞，代謝產(chǎn)物堆積，微生物生長進(jìn)入衰亡期，其生長繁殖近乎停止，至此整個(gè)秸稈處理過程基本完畢。

3.2 腐熟劑的應(yīng)用

水稻秸稈腐熟劑越來越廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)中，也占據(jù)著越來越重要的地位。

3.2.1 腐熟劑的選擇宋艷華[51]等為研究3 種不同秸稈腐熟劑在秸稈晚稻種植中的應(yīng)用，在湖南湘潭縣以晚稻品種湘晚秈13 號(hào)為試驗(yàn)對(duì)象，供試秸稈腐熟劑有“谷霖”“九業(yè)”“潤邦”3 種。通過對(duì)腐熟劑施用后的第5、10、30、70 d 觀察記載秸稈定性腐解度來表示水稻秸稈的腐熟程度，從顏色、氣味、軟化程度定性比較不同處理的水稻秸稈腐熟程度。結(jié)果表明，3 種腐熟劑作用效果差異不大，均適宜湘潭縣的氣候條件和耕作制度。薩如拉[55]等為提高北方地區(qū)秸稈還田降解率，在室內(nèi)模擬玉米秸稈還田并設(shè)置多組對(duì)照試驗(yàn)，通過測(cè)定秸稈填埋后7、14、21、28 d 蔗糖酶、堿性磷酸酶、脲酶、纖維素酶等相關(guān)參數(shù)，確定了施用秸稈腐熟劑+高秸稈填埋量（400 g 土壤、10 g 秸稈、0.25 g 秸稈腐熟劑）的腐解效率最佳。

3.2.2 影響因素李學(xué)初[56]等為探究不同秸稈腐熟劑對(duì)早稻秸稈腐解度及晚稻產(chǎn)量的影響，在湖南沅江市共華鎮(zhèn)永安村以前作為早稻，供試土壤為紫潮泥，以“施瑞?！迸聘拕ⅰ案矇咆S”有機(jī)物料腐熟劑、“滿園春”生物秸稈腐熟劑和“金保地”生物秸稈腐熟劑為供試腐熟劑，供試晚稻品種為“黃華占”。經(jīng)相關(guān)試驗(yàn)后對(duì)稻草腐解度測(cè)定并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，結(jié)果表明，在雙季稻種植模式中，早稻秸稈還田能增加晚稻的株高、穗長和有效穗，提高晚稻稻谷的產(chǎn)量；4 種秸稈腐熟劑均可不同程度地增加晚稻產(chǎn)量以及提升土壤肥力和經(jīng)濟(jì)效益，其效果的差異可能與不同腐熟劑的作用時(shí)間不同相關(guān)。Yusef Kianpoor Kalkhajeh[57]等研究了同時(shí)施氮和秸稈分解菌劑（SDMI）對(duì)小麥秸稈分解和水稻產(chǎn)量的影響，選擇了4 種基礎(chǔ)施氮量的碳氮比（CN105、CN24、CN18、CN12）處理且小麥秸稈和SDMI 保持等量使用。試驗(yàn)結(jié)果表明在水稻生長的不同階段內(nèi)，秸稈的分解效率顯著增加，這可能是由于施氮導(dǎo)致微生物的生物活性增強(qiáng)所致。同時(shí)，碳氮比、溫度、腐解劑用量對(duì)秸稈的腐解效率影響較大[58]。

4 展 望

4.1 傳統(tǒng)機(jī)械化還田技術(shù)

從上述內(nèi)容以及現(xiàn)實(shí)狀況來看，首先，還田機(jī)具的創(chuàng)新是當(dāng)下研究發(fā)展的重要方向。例如收割粉碎方式以及粉碎刀具的研究，現(xiàn)大多以Y 型或直刀交錯(cuò)設(shè)置，后配合定刀或者多排逆向旋轉(zhuǎn)刀輥來粉碎秸稈。未來研究可以繼續(xù)以刀具的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、配合工作模式、經(jīng)濟(jì)效益等方面來探索出更加實(shí)用的新型還田機(jī)。其次，還田農(nóng)機(jī)具不再是功能單一化，而是以聯(lián)合作業(yè)機(jī)的模式來實(shí)現(xiàn)一機(jī)多功能，從成熟作物的收割到插秧，中間的諸如秸稈處理、施肥、整地等過程，皆可由聯(lián)合作業(yè)機(jī)實(shí)現(xiàn)，大大提高工作效率，也減小了工作成本。

當(dāng)下水稻秸稈機(jī)械化還田的傳統(tǒng)技術(shù)已較為成熟，不同的水稻耕作區(qū)若有還田技術(shù)的應(yīng)用需要，也能參照先例的試驗(yàn)方法加之改善，找到符合當(dāng)?shù)貤l件的作業(yè)模式。傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)具的研制發(fā)展可能比較有限，在之前的基礎(chǔ)上可以嘗試從新型刀具和切割粉碎方法入手；同時(shí)聯(lián)合作業(yè)機(jī)的興起，逐漸取代傳統(tǒng)單一作業(yè)功能的農(nóng)機(jī)具是必然趨勢(shì)，未來在此方向也有較廣闊的發(fā)展空間。

4.2 秸稈還田機(jī)械化技術(shù)與秸稈腐熟劑的配合作業(yè)

當(dāng)前秸稈腐熟劑主要的局限性[59]在于成本過高，秸稈腐熟劑的市場(chǎng)價(jià)格在100 元/kg 左右，大面積使用時(shí)性價(jià)比較低，導(dǎo)致其推廣普及難度大。另外秸稈腐熟劑的作用條件苛刻，在寒冷季節(jié)使用時(shí)效果大大降低，溫度的突然改變以及降雨等較惡劣氣候的突變也會(huì)對(duì)腐熟劑的功效產(chǎn)生較大影響。

當(dāng)下秸稈腐熟劑的發(fā)展方向主要有：（1）通過改良腐熟劑的生產(chǎn)過程與技術(shù)等方面以降低其成本與價(jià)格，從而促進(jìn)腐熟劑的推廣應(yīng)用。（2）聯(lián)合菌種的秸稈腐熟劑能有效提高秸稈腐解效率[59-62]，因此，其也是秸稈腐熟劑未來發(fā)展的主要方向。（3）可以嘗試對(duì)秸稈腐熟劑施放的形式進(jìn)行研究。例如腐熟劑施放的空間布局、施放速率、配合農(nóng)機(jī)具的施放方式等等。

目前市面上的秸稈腐熟劑種類繁多，對(duì)應(yīng)要求工作條件下的腐熟劑選擇和研制也有一定的規(guī)律可循。未來水稻秸稈腐熟劑還田應(yīng)用的發(fā)展應(yīng)與還田機(jī)械相結(jié)合，可以考慮施放方法方面的研究，例如腐解深度、噴灑規(guī)律、對(duì)應(yīng)秸稈的切割方法和還田模式等方面，在原有的基礎(chǔ)上以達(dá)到更好的腐解效果。