江苏是农业大省,主要粮食作物水稻、小麦常年种植面积一直稳定在3300万亩~3400万亩,其中稻麦轮作面积约2400万亩。在全国稻麦两熟种植面积最大、最集中的区域,实施一年两季秸秆连续全量还田,是一个重大难题。在秸秆机械化还田技术的推进工作中,江苏按照苏南地区率先发展、苏中地区加快发展、苏北地区跨越发展的总体思路,创新提出以县为主体的区域性整体推进策略,形成了突出重点推广区域、重点作业主体、重点技术环节的整体推进模式;整合了农艺农机人、财、物和技术资源,合力开展技术攻关研究、试验示范、培训指导等工作,创建了多部门协同、政技物结合、农机农艺融合的整体推进工作机制,使秸秆机械化还田及配套技术集成推广取得了显著成效。
一、秸秆机械化还田装备和技术日渐完善
1.开发试验选型了适宜江苏稻麦两季生产的秸秆还田机具 针对新形势下稻麦秸秆机械化全量还田及配套增产技术对农机装备的需求,对新型秸秆还田机、插秧机及小麦播种复式作业机具进行统型开发、模块化设计和结构优化,特别是关键部件和技术参数的改进优化,使秸秆还田机秸秆切碎效果和碎土质量得到提高、深作深度加大,秸秆还田施肥播种复式作业机具能够实现一次作业完成秸秆粉碎还田、旋耕(或免耕)、小麦、播种、化肥深施、镇压等多道工序,大大提高了生产效率。通过大量的对比试验,筛选出正(反)旋灭茬机、秸秆粉碎还田机、犁耕翻还田机、犁翻旋耕一体机、秸秆还田旋耕施肥播种复式作业机6大类适应性、可靠性强的中大型秸秆还田机具,确定了其主要机型适用的季节及土壤类型,有效解决了稻麦两熟秸秆全量还田机具种类少、动力小、整地质量低等难题,用户根据当地生产条件合理选择相应的作业机具、选择适宜的技术路线,完全能够实现稻麦两熟秸秆全量还田并满足后茬作物栽种要求。
表1 江苏省秸秆还田机械分类表
类别 | 种类 | 作业功能 | 动力配备 |
1 | 秸秆粉碎还田机 | 可一次完成整秸秆及高留茬的粉碎及抛撒还田作业工序。适用于稻、麦秸秆还田。 | 50马力~80马力拖拉机 |
2 | 正旋灭茬机(多为水旱两用秸秆还田机) | 既适用于旱地的旋耕、埋草、碎土等作业,又可实现水田旋耕、埋草、起浆、平整等作业。 | 50马力以上拖拉机(旱田)75马力以上拖拉机(水田) |
3 | 反旋灭茬机 | 适于田间有高留茬地块,相对于正转旋耕机,具有耕层较深,埋草效果好,但牵引功率消耗大,效率较低。 | 75马力以上拖拉机(沙壤土)80马力以上拖拉机(粘土) |
4 | 犁耕翻还田机 | 耕深较深,达到25cm~30cm,秸秆掩埋效果好。适用于稻、麦秸秆还田。 | 75马力以上拖拉机(沙壤土)80马力以上拖拉机(粘土) |
5 | 犁翻旋耕一体机 | 稻麦秸秆的还田作业,可实现机械翻耕、覆盖埋茬(草)、碎土、平整等多道工序联合作业 | 75马力以上拖拉机(沙壤土)90马力以上拖拉机(粘土) |
6 | 秸秆还田旋耕施肥播种复式作业机 | 适用于秋季,可一次性完成水稻秸秆切碎旋耕还田、小麦播种、施肥等作业。 | 75马力以上拖拉机(沙壤土)90马力以上拖拉机(粘土) |
2.构建了适合江苏大面积应用的麦秸秆全量还田集成水稻毯苗机插、稻秸秆全量还田集成小麦机播两种主体机械化种植模式 一是根据各地区不同的水利条件、土壤类型,总结出夏季麦秸秆机械化全量还田水耕水整、旱耕水整、犁耕水整3种技术路线及技术要点。二是针对不同技术装备,总结出秋季稻秸秆机械化全量还田6条技术路线。确定了秋季稻麦生产的主体技术和机型,即采用秸秆还田旋耕施肥播种复式作业机、犁翻旋耕复式作业机。三是集成完善基于麦秸秆全量还田的水稻机械化育插秧增产栽培技术,提出了机插水稻的适宜播期、芽谷播量、床土肥料用量和壮秧标准;重点示范推广了机械化规模化集中育供秧,育秧播种流水线增速加快,创新了基质育秧、硬地育秧,育秧的方式方法更加多样化,适应了不同机插规模、不同管理水平、不同经济条件下的育秧需求;基于测土和肥效试验,发布了全省县域水稻主推品种主推肥料配方,提出了不同目标产量下的水稻施肥总量、肥料运筹比例、施用时期和施用方法,改进了传统的施肥技术及水分管理模式。四是集成完善基于稻秸秆全量还田的小麦机播增产栽培技术。提出了稻秸秆全量还田条件下,不同播期下小麦播量(基本苗);机具配置上,根据土壤类型和墒情,提出了大中型拖拉机配套秸秆还田旋耕施肥播种复式作业机、大中型拖拉机配套犁翻旋耕复式作业机等四种主推作业模式。
二、秸秆机械化还田及配套技术推广应用规模逐年扩大
2010年以来,江苏省根据茬口、机具装备及秸秆利用途径等情况,明确了夏季麦秸秆还田为主、秋季稻秸秆为辅的推进思路,加大了秸秆机械化还田及配套技术集成推广力度。2010年~2012年稻麦秸秆机械化还田技术示范推广在全省66个示范推进县全面展开;2011年~2013年稻麦秸秆机械化还田推广主区域覆盖了全省77个稻麦生产县(市、区);2014年~2015年,稻麦秸秆机械化全量还田推广基本实现所有稻麦生产县(市、区)全覆盖(覆盖区域见表2)。
表2 秸秆机械化还田技术推广覆盖区域
年份 | 推广覆盖区域 |
2008年 | 18个乡镇 |
2009年 | 10个示范县、5个试点县和30个示范乡镇 |
2010年 | 66个示范推进县 |
2011年~2013年 | 77个示范推进县 |
2014年~2015年 | 所有稻麦生产县(市、区)全覆盖 |
2015年,全省推广稻麦秸秆机械化全量还田面积4108万亩,还田率达64.2%;全省集成推广应用麦秸秆机械化全量还田与机插秧、稻秸秆机械化全量还田与小麦机播技术面积2980次万亩,占稻麦轮作面积的62.1%,推广应用成效显著(见表3)。
表3 全省稻麦秸秆机械化还田及高产配套技术集成推广情况表
年份 | 稻麦秸秆还田(面积:万亩次,比例:%) | 技术集成推广(面积:万亩次,比例:%) | |||||||
麦秸秆还田 | 稻秸秆还田 | 总还田 | 总还田面积占稻麦面积比例 | 麦草还田集成机插秧 | 稻草还田集成小麦机播 | 总集成推广 | 总集成推广面积占稻麦轮作面积比例 | 总集成推广面积占稻麦秸秆还田面积比例 | |
2010 | 1170 | 582 | 1752 | 27.4 | 690 | 416 | 1106 | 23.0 | 63.1 |
2011 | 1680 | 626 | 2306 | 36.0 | 1000 | 460 | 1460 | 30.4 | 63.3 |
2012 | 1910 | 672 | 2582 | 40.3 | 1175 | 510 | 1685 | 35.1 | 65.3 |
2013 | 2120 | 690 | 3134 | 48.9 | 1550 | 540 | 2090 | 39.2 | 66.7 |
2014 | 2606 | 1020 | 3626 | 56.7 | 1820 | 790 | 2610 | 54.4 | 72.0 |
2015 | 2870 | 1238 | 4108 | 64.2 | 1992 | 988 | 2980 | 62.1 | 72.5 |
2010~2012 | 4760 | 1880 | 6640 | 34.6 | 2865 | 1386 | 4251 | 29.5 | 64.0 |
2013~2015 | 7596 | 2948 | 10868 | 56.6 | 5362 | 2318 | 7680 | 53.3 | 70.7 |
注:按全省水稻常年种植面积3300万亩、小麦3100万亩算,稻麦轮作常年种植面积2400万亩 |
三、机具装备数量不断增加、结构逐步优化
随着秸秆机械化还田及配套技术的日趋成熟,大中型秸秆还田机、犁翻旋耕一体机、稻秸秆还田旋耕播种施肥复式机、高速乘坐式插秧机得到了快速发展,逐步成为农机化作业服务市场的主力军,适应了我省稻麦两熟地区不同土壤类型不同作物农事作业全程机械化、高效化、一体化的需求。2015年,全省投入作业的稻麦秸秆还田机、插秧机、小麦播种机分别达到101964台、146114台和162187台,较项目实施前2012年分别增加45992台、46490台和32634台;其中配套大中拖的大型秸秆还田机增加了31934台,高速乘坐式插秧机增加了9835台,秸秆还田播种施肥小麦复式作业机增加了9930台,增幅显著、结构不断优化(见表4)。
表4 2010年~2015年全省投入机具装备情况
年度 | 还田机(台) | 插秧机(台) | 小麦播种机(台套) | |||
投入量 | 其中配套大中拖的 | 投入量 | 其中高速乘坐式 | 投入量 | 其中复式作业机 | |
2010年 | 46728 | 25700 | 66902 | 3013 | 116800 | 1039 |
2011年 | 51660 | 28413 | 83034 | 6473 | 122400 | 3276 |
2012年 | 55972 | 30785 | 99624 | 11100 | 129553 | 7284 |
2013年 | 75000 | 41250 | 122159 | 16235 | 138232 | 12816 |
2014年 | 95377 | 53216 | 137842 | 18248 | 153915 | 14928 |
2015年 | 101964 | 62719 | 146114 | 20935 | 162187 | 17214 |
注:数据来源于江苏省农业机械化统计资料。 |
四、实现全省稻麦两熟机械化生产条件下的持续增产增效
秸秆机械化还田、机插秧、机条播小麦技术均有助于实现稻麦稳产增产。秸秆还田后土壤理化性状改善,土壤有机质含量增加为提高作物产量改善品质奠定了基础;机插秧宽行、浅栽的量化性栽培技术特性有利于水稻产量潜力的发挥;机条播种植小麦技术实现了小麦的有序化种植,为实现小麦稳产高产创造了条件。2013年~2015年,根据6个核心示范县高产示范方产量调查,水稻、小麦平均亩产量分别达到646.7kg和444.9kg,分别比对照亩增产77.1kg和60.8kg。随着集成技术的日趋完善成熟,全省范围内的推广应用规模逐年加大,稻麦周年生产能力在保持稳产的同时,一定程度上实现了全覆盖增长。2013年~2015年全省水稻、小麦亩平均产量分别为563.1kg、347.6kg,较前三年分别增产11.8kg、23.3kg,稻麦周年合计亩增产35.1kg。
五、生态效益显著
1.改善土壤质量 大量试验数据表明,农作物秸秆还田后不仅土壤容重降低,土壤有机质、全氮、有效磷及速效钾均得到提升。2013年~2015年连续三年秸秆还田后,比2012土壤容重平均降低7.09%,土壤有机质、全氮、有效磷及速效钾分别增加5.55%、11.76%、5.65%、7.11%。
2.减少化肥施用 秸秆还田增加了土壤中有机质,特别是氮和钾的含量,提高了基础地力,可减少氮钾肥的施用。据2013年~2015年对20个项目县(市、区)调查统计,秸秆全量还田后土壤有机质含量比无秸秆还田的对照平均增加量0.9g/kg,在保持连年增产的同时,亩减施氮素(折纯,下同)0.2kg、亩减施钾素(折K2O,下同)2.1kg,实现减肥增效。在机械化秸秆全量还田配合测土配方施肥技术应用后,稻麦两熟施肥结构进一步优化,控氮、减磷、补钾成为施肥主要策略。与同期习惯施肥相比,水稻年亩均节肥2.39kg,其中,亩节氮、节磷(折P2O5,下同)数量分别为2.31kg、0.85kg,钾素略有增加;小麦亩均节肥1.86kg,其中,亩节氮、节磷数量分别为1.97kg、0.44kg,钾素略有增加。稻麦两熟,亩总节肥4.25kg,其中,亩总节氮量、节磷量分别为4.28kg和1.29kg,钾素略有增加。
3.有效减控秸秆焚烧 秸秆直接还田有效减少和控制了秸秆焚烧,从而避免产生大量烟雾和有害气体污染环境,减少了温室气体排放,为实现天更蓝、水更清、生态环境保护奠定作出了积极贡献。