孙士明1，靳晓燕1，王俊河2
（2黑龙江省农业机械工程科学研究院，哈尔滨1544395c黑龙江省农业科学院齐齐哈尔分院，黑龙江齐齐哈尔101440）
摘要：玉米是黑龙江省第一大粮食作物，也是第一大秸秆产出作物。目前，在绿生态可持续发展理念引领下，玉米秸秆焚烧压力巨大。玉米秸秆粉碎覆盖还田、翻埋还田、碎混还田和离田耕作机械化技术模式试验表明：玉米秸秆粉碎还田耕作机械化技术模式均优于对比的玉米秸秆离田旋耕耕作机械化技术模式；玉米秸秆粉碎翻埋还田耕作机械化技术模式的秸秆腐解效果、土壤温度、有机质含量、作物生长效果最好，但机械作业成本最高；玉米秸秆粉碎覆盖还田耕作机械化技术模式土壤含水率效果最好，综合效益最高。因此，玉米秸秆综合利用应以粉碎还田为主、离田为辅，对实现“藏粮于地”、保护黑土资源、减轻环境污染具有重要意义。
关键词：玉米秸秆；粉碎还田；耕作机械化；模式
中图分类号：S233.1文献标识码：A文章编号：1003-188X（2021）07-0159-06
0引言
随着畜牧业和玉米深加工业的发展及玉米乙醇燃料技术的应用和推广，玉米已经成为世界重要的粮食作物、饲料作物和经济作物，在农业生产和国民经济发展中占有越来越重要的地位⑴。近年来，我国玉米种植面积和产量不断增加，2006年种植面积2342万hm2，总产量达1.51亿t；2207年种植面积2245万hm2，总产量达1.51亿W2008年种植面积达到2256万hm2，总产量达到1.24亿—成为种植面积最大的粮食作物品种⑵。2212年玉米种植面积扩大到3493万hm2，总产量增加到2.08亿W玉米产量超过稻谷产量383万W成为我国第一大粮食作物品种⑶。
玉米是黑龙江省第一大农作物，除了北部少数地区，全省均有种植⑷。黑龙江省玉米生产一年一季，属于我国北方春播玉米种植区，地处世界著名玉米生产黄金带⑸。2205年以前，黑龙江省玉米种植面积增长缓慢，基本稳定在200万hm2左右；之后，由于玉米价格不断上涨，玉米播种面积开始逐年增加,2212年黑龙江省玉米播种面积已突破661.5万hm2，产量达到258c3亿kg[4]；到2216年，玉米种植面积达到历史高峰742•9万hm2,，产量达到288.3亿kg[4]。在国家农业供给侧改革指导下，黑龙江省进一步优化调整种
收稿日期：2727-08-74
基金项目：国家现代农业产业技术体系建设专项（（CARS-72-29）
作者简介：孙士明（1966-），男，黑龙江穆棱人，研究员，（E-mail）ssmmod@124。
植业结构，“镰刀湾”地区玉米种植面积逐步减少，2012年黑龙江省玉米种植面积回落到640万hm2o 玉米是近几年黑龙江省播种面积和产量增长最快的农作物，对黑龙江省粮食增产增收起到了巨大的推动作用⑻。
玉米是粮食高产作物，同时也是秸秆的高产作物，谷草比达到1: 1.25,2016年黑龙江省玉米秸秆产量达到4207万t左右。玉米秸秆资源总量大、密度高、利用难度大，是我国玉米秸秆综合利用的重点和难点地区⑼。近年来，黑龙江省各地区雾霾现象频发，环保部门表示，持续的弱风和逆温等气象条件、秸秆焚烧和秋冬季的燃煤供暖为导致雾霾天气的主要原因“2〕。因此，开展玉米秸秆粉碎还田耕作机械化技术模式试验研究，对加快玉米秸秆粉碎还田机械化技术推广应用十分必要。
1试验
1•1试验地点
2017年，在黑龙江省农业科学院齐齐哈尔分院富拉尔基区试验基地进行试验。松嫩平原是黑龙江省玉米主产区，占全省玉米播种面积的64%左右。富拉尔基位于齐齐哈尔市西南，嫩江中游，属松嫩平原玉米主产区。地理坐标为北纬47。12'，东经123。40'；年平均气温5°C，年平均活动积温2720O C，属第一积温带；受季风影响，冬季降水很少，气候干燥。夏季降水较多，气候湿润。多年平均降水量为336.1mm。降水时间分配很不均匀。试验地土壤类型为碳酸盐黑钙
139
土，土壤肥力中等。
1.2试验设计
试验共设置4种处理，分别为玉米秸秆粉碎覆盖还田耕作机械化技术模式（MSR）、玉米秸秆粉碎翻埋还田耕作机械化技术模式（PSR）、玉米秸秆粉碎碎混还田耕作机械化技术模式（RSR）和玉米秸秆离田旋耕耕作机械化技术模式（RT）。处理0：玉米秸秆粉碎覆盖还田耕作机械化技术模式（MSR），秸秆粉碎还田均匀覆盖，秸秆粉碎长度小于Hem秋季深松；深度大于31cm第二年春季单粒播种，重型免耕播种机一药剂灭草防病虫一秋季机械收获。处理2：玉米秸秆粉碎翻埋还田耕作机械化技术模式（PSR），秸秆粉碎还田均匀覆盖，秸秆长度小于21cm秋季机械深翻，液压翻转犁；翻耕深度大于31cm秋季机械耙碎，轻耙，耙深H~Hem，秋季起垄一第二年春季单粒播种，普通单粒播种机一药剂灭草防病虫一秋季机械收获。处理1：玉米秸秆粉碎碎混还田耕作机械化技术模式（RSR），秸秆粉碎还田均匀覆盖，秸秆粉碎长度小于11cm，秋季深松；深度大于31cm秋季机械耙碎，重耙两遍一秋季起垄一第二年春季单粒播种，轻型免耕播种机一药剂灭草防病虫一秋季机械收获。处理4：玉米秸秆离田旋耕耕作机械化技术模式（RT），秸秆离田（根茬和秸秆残留量不超过39%）—秋季灭茬旋耕起垄一第二年春季单粒播种，普通单粒播种机一药剂灭草防病虫一秋季机械收
获。秸秆还田处理的还田量（上一年H月）为H701kq/hm2，采用大区对比，不设重复，每个处理35行，大区面积1.3hm4。种肥一次性施入复合肥751kq/hm2。播种后喷灌31mm，成熟期收获测产。玉米品种为先玉335，基本情况如表0所示。
表0基本情况记录表Table0Basic situadoa record table
处理
耕作
方式
耕作
深度
/s m
秸秆
孙7生育期亩保苗年降雨量有效积温
耙次数产量长度根茬高度还田量比例/天/株/mm/t
/he•ym-4/cm/cm/hg•ym-4/%
面积
/6667m5
MSR5免耕00H771H5H7011611444201347.42954.0 PSR5深翻390H701H0H7011611444201347.42954.0 RSR5碎混394H701H0H7011611444201347.42954.0 RT5旋耕20H701H02242221444201347.42954.0开放式数控系统
1.3调查项目及测定方法
0）用称量法测定秸秆腐解情况，秸秆损失率=（秸秆量-秸秆剩余量）/秸秆量XH1%。
2）采用土壤水分温度测定仪，测定出苗、、叶期和9叶期土壤温度和含水率。
3）采用重珞酸钾容量法测定播种前和收获后土壤有机质含量。
2调查苗期、拔节期、吐丝期和成熟期株高、茎粗和叶片数。
5）收获测产：每个处理测1点，每个点取Hm2植株的果穗，测定穗长、穗长、行数、行粒数及粒重，计算出公顷籽粒产量（H%标准含水量）o
6）经济效益分析。
2试验结果与分析
2.〔秸秆腐解情况
如表2所示,2219年H月，3种秸秆还田处理的
秸秆量均为H701kq/hm2，到2222年2月，不同还田处理的秸秆剩余量表现为RSR>PSR>MSR。这主要是由于覆盖在地表的秸秆受到风蚀等原因，导致秸秆量大幅降低，因此MSR处理秸秆剩余量较少，而PSR和RSR秸秆经过腐解，秸秆量逐渐下降。
表4秸秆腐烂情况测试表
由于2219年H月至2122年4月温度较低，秸秆腐解较慢，MSR、PSR和RSR秸秆损失率分别为
28.6%、22.9%和22.6%。2222年2—7月，随着温度
Tabic4Straw decomposing test table
处理
秸秆量/kg-ym-4
张海钦2119H27207427207942112 MSR H9071050068013942
PSR H90710347657797
RSR H VH105776477947
20
升高，各处理的秸秆腐解速率增加；一9月，受温度和水分影响，该时期秸秆腐解速率最快。从2217年9月至2222年9月，即经过一年的腐解,MSR、PSR和RSR 秸秆损失率分别为73.2%、94.6%和98.6%，说明PSR 处理秸秆腐解效果更好。
2.2土壤温度影响
土壤温度如表3〜表5所示，各处理土壤温度变化规律一致，即下午9时土壤温度略高于上午5时，不同
土层间温度有所差异。其中，表层温度最高，随着土层深度增加，土壤温度逐渐下降。不同处理间土壤温度表现为PSR>RSR>RT>MSR，说明PSR和RSR具有提高土壤温度作用，而MSR由于秸秆覆盖在地表，影响地表温度的升高，因此MSR土壤温度略低于其他处理。
表5苗期（2727年5月2日）地温测试表
Table5G/und temperature test table al seedling stayc(May13)table C 深度
MSR PSR RSR RT
/s m
9时13时9时13时9时2时9时13时513.618541858 2.213.613.618641868 212.612.9185113.3175813.212.91863 1317c0165417561758 2.612.61666 2.9 2515.315.6165817511653 2.513.0 2.6
表42叶期(2525年4月13日)地温测试
Table42let stayc(June2)y/und temperature test table C 深度
MSR PSR RSR RT
/s m
9时13时9时1时9时2时9时13时521.423.622.422.622.322.021c022.3 225.621.222.622.621.622.621.323.0 1325.325.621.423.621.021.625.021.0 2525.225.421.221.625.621.525.025.6
表59叶期(2725年2月2日)地温测试表
Table59let s—ye(July13)yuund temperature test table C 深度
MSR PSR RSR RT
/s m
9时13时9时13时9时2时9时13时525.625.225.642.625.624.025.325.3 225.425.625.225.625.624.025.525.9 1325.625.425.625.225.025.025.025.6
25 D.6 D.625.225.625.625.425.625.3 2.3土壤含水率影响增加，土壤含水率逐渐增加；不同处理间比较，总体表
由表6土壤含水量率结果可知：苗期、7叶期和9现为MSR>PSR>RSR>RT，与RT相比,0〜9cm土层
叶期土壤含水率具有相同变化趋势，即随着土层深度MSR、PSR和RSR土壤平均含水率分别增加4.2%〜
91
25.4%、4.8%~9.9%、2. 1%~4.4% ，说明秸秆还田具 有保持土壤水分作用，且秸秆覆盖效果较好；而RT 由 于旋耕处理，导致土壤水分容易散失，因此较其他2 种秸秆处理，其土壤含水率较低。2.4 土壤有机质含量影响
由表7可知：秸秆经过一段时间的腐解，有机质释
放到土壤中，成熟期收获时）0月）秸秆还田的2种处
理有机质含量较播种前有所提高。其中,PSR 秸秆腐
解效果更好，有机质含量增幅较大，达到0.4y/ky，平 均年增加0. 03y/ky ； RT 处理成熟期有机质含量较播
种前降低，说明在无外源有机物料施入的情况下，土 壤有机质被逐渐消耗，含量降低。不同处理间土壤有
机质含量增加表现为psr >rsr >msr >rt 。
表6 土壤水分测试表Tadic 6 Soil mois —rc test tabic
%
土层
MSR
PSR
RSR
RT
/s m腓特烈大帝
5月4日
6月O 日
7月
4日5月
4日6月4日
7月O 日
5月O 日
6月4日7月O 日
5月4日
6月4日7月
4日520922. 022.0203
47.924.020 022.422.447.522.019.9
O
32. 0
203
34.032.539.922.332.022.022.7
32. 0
22.947. 0
O 34.535.036.5
34.3209
32.034. 0
36. 0
20032.036. 0
39.320
35. 0
36.3
57.035.4
34.034.0
32.032.332.4
32.9
34.0
209
表7 土壤有机质记录表
Tadic 7 Soil orfanic mattes record tabic
项目
MSR
PSR
RSR RT
4月
O 月
4月
O 月4月O 月4月O 月
土壤有机质含量/s •a -
24. 024.324.324.924.3
24.024.424.3
2.5作物生长影响由表5可知：各处理株高、茎粗有所差异，表现为
PSR>MSR>RSR>RT 。株高在一定程度上能反映出作
物生长状况，研究表明，株高与产量呈正相关；产量结
果表明，MSR 、PSR 和RSR 处理穗长、穗粗、百粒质量
和产量均高于RT 处理，且产量差异显著，说明秸秆还 田对提高作物产量具有明显的促进作用。这主要是
由于秸秆还田能够改善土壤结构，为作物生长提供适 宜的水、热、气环境，有利于作物根系对水、养分的吸 收。同时，秸秆还田可增加多有机质，促进作物生长 发育及后期营养物质的积累，进而提高作物产量。与 RT 相比，PSR 、MSR 和RSR 产量分别提高6. 8%、
5.9%和 3.9%。
表2作物生长记录表Tadic 2 Record cf crop yrowth tabic
PSR 3.24
4 44
0.75 14
224
4.09 4 229 4.36
11 24.0
5.07
22.93 699.3
苗期
拔节期抽雄期吐丝期成熟期
处理
出苗株高株高茎粗叶片数株高茎粗叶片数
株高茎粗叶片数穗长穗粗百（千）粒产量日期/s m
/
s m
/s m
分子生物学名词解释
（分蘖数）
/s m
/s m
/s m /s m
（分蘖数）/s m /s m
质量S /ka • (HZm 9)-
MSR 5.24O 420. 9714491 4. 274224 4.511142.547.97
624. 0
42
续表7
处理
苗期拔节期抽雄期吐丝期成熟期
出苗日期株高/s m 株高/s m
茎粗/s m
叶片数（分蘖数）
株高/s m
茎粗/s m
叶片数
株高/s m
茎粗/s m
叶片数（分蘖数）
考试虫
穗长/s m
穗粗/s m
百（千）粒质量/g
产量
/ky • (62Z m 5)一
RSR 5. 2415124 1.64H 239 4. 7411287 4. 091143.7 4. 0727.74574. 0RT
5. 24
16124 1. 73H
239
4. 74
11
273
4. 0C
11
24.5 4.75
27.79
524. 3
2.6经济效益分析 益表现为MSR>RSR>PSR>CK，较CK 分别增收
投入产出结果如表9所示。由表9可知:MSR 机 29. 1%、15.5%和1.36%，说明MSR 对降低投入成本、
械成本较CK 减少22元/667m 2, PSR 和RSR 机械成 提高净收益效果较好。
本较CK 分别增加21元/667m 2和2元/667m 2，纯收
表9投入产出记录表Table 9 Input 0/11x 3 record table
RT 47 H1处理
投入
/元•(697m 5 )-种子肥
农药机耕费人工费其它合计MSR 47H11727477329
PSR 47H117417
477424RSR
47
H1
1
174477
354H 157
47
7 349
724.3
产量
/( • (fttym 4)-1
产出
籽粒含水量
单价
/% /元• i -收入
/元•（667m 5）一
697m 5 纯
收益
/元674. 034.40.7674. 0355.0
699.3
34.7
0.7699.347.3
574. 039.40.7974• 0
317. 039. C
0.7
724.3
475.3
3 结论
1） 玉米秸秆粉碎还田耕作机械化技术模式均优
于对比的玉米秸秆离田旋耕耕作机械化技术模式，且 玉米秸秆粉碎翻埋还田耕作机械化技术模式（PSR ）的 秸秆腐解效果、土壤温度、有机质含量和作物生长指
标效果最好。
2） 玉米秸秆粉碎翻埋还田耕作机械化技术模式
（PSR ）、玉米秸秆粉碎碎混还田耕作机械化技术模式
（RSR ）和玉米秸秆粉碎碎混还田耕作机械化技术模
式（RSR ）产量分别比对比的玉米秸秆离田旋耕耕作
机械化技术模式（RT ）提高6. 8%、5. 9%和1. 9%o
1 /通过对土壤含水率测定发现，玉米秸秆粉碎覆
盖还田耕作机械化技术模式（MSR ）对土壤蓄水保墒
效果最好，这对西部干旱区玉米生产尤为重要。
4经济效益分析结果表明：玉米秸秆粉碎覆盖还
田耕作机械化技术模式机械成本较对比的玉米秸秆 离田旋耕耕作机械化技术模式（RT ）减少22元/ 667m 2，玉米秸秆粉碎翻埋还田耕作机械化技术模式
（PSR ）和玉米秸秆粉碎碎混还田耕作机械化技术模式
（RSR ）机械成本较对比的玉米秸秆离田旋耕耕作机
械化技术模式（RT ）分别增加21元/667m 2和2元/
667m 2；单位纯收益表现为玉米秸秆粉碎覆盖还田耕
作机械化技术模式（MSR ）>玉米秸秆粉碎碎混还田耕 作机械化技术模式（RSR / >玉米秸秆粉碎翻埋还田耕 作机械化技术模式（PSR / >玉米秸秆离田旋耕耕作机 械化技术模式（RT /，较对比的玉米秸秆离田旋耕耕作 机械化技术模式（RT ）分别增收22. 0%、H. 2%和
1.09%，说明玉米秸秆粉碎覆盖还田耕作机械化技术
模式（MSR /对降低投入成本、提高净收益效果明显。亲密关系经历量表
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及发展建议［C ］//农机化研究国际农业工程大会“十二 五”低碳农业装备技术创新研究论文集.上海：中国农业 机械学会20H.
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23
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