中國玉米秸稈直接還田的現狀與發展

呂開宇 仇煥廣 白軍飛 徐志剛

(1.農業部國家玉米產業技術體系，北京100081;2.中國農業科學院農業經濟與發展研究所，北京100081;3.中國科學院農業政策研究中心，北京100101)

推廣秸稈還田可以有效改善土壤條件、促進農業可持續發展。了解我國玉米秸稈直接還田的現狀、趨勢、影響和面臨問題，將有利于我國制定更加科學合理的政策，推進玉米秸稈直接還田技術的大面積應用?？傮w來看，現有關于玉米秸稈直接還田的研究，更多集中在技術領域，而未能將技術和經濟結合起來，從推廣角度等方面進行綜合分析。本文采用實地調查、文獻資料查閱和專家訪談等方法，系統地對我國玉米秸稈直接還田現狀和趨勢、影響效果、制約因素、國際經驗等方面進行了分析，理清未來推廣的重點和思路，提出未來推廣玉米秸稈直接還田的措施建議。

1 我國玉米秸稈資源及還田利用現狀

1.1 我國玉米秸稈資源及其分布

在過去20多年，隨著我國玉米種植面積不斷擴大，玉米秸稈產量也持續增加。2010年我國玉米產量達到17 725萬 t，以1.25 的草谷比系數［1－3］計算(即每 kg 玉米可獲得1.25 kg秸稈)，當年玉米秸稈產量達到22 156萬t，約占我國農作物秸稈總產量的28.57%。

我國玉米秸稈分布呈現北方多、南方少的基本布局。東北區是我國最大的玉米產區，2010年該區玉米產量達5 479萬t，玉米秸稈產量6 849萬t，占全國31%。華北區是我國第二大玉米產區，2010年該區玉米秸稈產量達6 566萬t，占全國近30%。2010年，蒙新區、西南地區、黃土高原區、長江中下游地區、華南區和青藏區玉米秸稈產量分別為2 566 萬t，2 436 萬t，2 111 萬t，1 230 萬t，381 萬t和17萬t。黑龍江、吉林和山東是我國玉米秸稈產量最大的三個省份，其玉米秸稈產量分別占全國的13.1%，11.3%和 10.9%。

1.2 我國玉米秸稈還田與利用現狀

從玉米秸稈直接還田比例來看，總體水平較低，且地域差異較大。根據我們的估計，2010年我國約有3 899萬t玉米秸稈被直接還田，占玉米秸稈資源總量的17.6%(見表1)。華北地區是我國玉米秸稈直接還田比例最高的地區，約有31%的玉米秸稈被直接還田(河北、吉林兩地的調研進一步實證了我們的估計。河北石家莊地區，早在1995年就開始推廣秸稈還田技術。目前，絕大多數農戶能夠將玉米和小麥秸稈全量還田。而吉林公主嶺地區，絕大多數農戶是將玉米葉在田間焚燒掉，玉米稈收集后放在家中用作冬季燒炕取暖、做飯燃料。)經濟發展水平較高的長江中下游地區玉米秸稈直接還田比例為18%，也略高于全國平均水平。盡管東北地區是我國最大的玉米產區，但該地區玉米秸稈直接還田比例僅為11.2%，遠低于全國平均水平。玉米秸稈直接還田比例最低的地區是青藏高原區和蒙新區，秸稈還田比例不足10%。

我國玉米秸稈的利用方式多樣，主要包括農村生活能源、飼料化利用、作為工業原料、食用菌基料以及秸稈還田等。各地經濟發展水平、產業結構不同，玉米秸稈利用方式差異很大(表1)。據2011國家玉米產業體系對全國100多個縣的問卷調查結果整理估算，我國約29.5%的玉米秸稈被用于農村生活能源;每年約有26.4%的玉米秸稈被用于牛、羊等食草動物的飼料以及牲畜圈舍鋪墊;約3.1%的秸稈用于工業用途(主要加工人造板、一次性餐盒、以及手工藝品等)和用作食用菌基料，近年來，用于食用菌栽培的秸稈量不斷上升。目前，我國玉米秸稈用于生物能源生產的比例還很小，隨著技術成熟，用量可能將上升。

2 玉米秸稈直接還田技術應用的利弊分析

從技術試驗和國內外技術應用推廣的經驗來看，玉米秸稈直接還田在改進土壤質量和提高作物產量方面都有顯著的正面作用，但也存在著降低低溫、影響播種、加重病害等問題，如技術不完善或應用不當，也可能造成一些負面影響。

表1 各地區玉米秸稈資源量及使用結構Tab.1 Amount and utilization structure of corn stalk resources by region

首先，玉米秸稈直接還田能夠提高土壤質量。在改善土壤肥力方面，秸稈還田能夠提高土壤有機質含量和活性、改善土壤肥力狀況。如與化肥配合施用，能夠明顯地提高土壤氮、磷、鉀的含量，增加土壤中營養元素的累積，提高土壤的供肥能力［5－7］。保墑節水方面，秸稈還田能在強降雨時期延長水分下滲時間、減緩地面徑流，同時有利于減少田間無效蒸發和損失，大幅提高土壤蓄水保墑能力和水分利用效率。增加空隙度方面，秸稈還田可以通過影響表層土壤容重，為土壤疏松創造條件，從而改善土壤通氣狀況。緩沖低溫方面，利用秸稈的遮光性，使其在溫度升高時仍具有降溫作用;利用秸稈對地面逆輻射的阻擋作用，使其在溫度降低時仍具有保溫性。

其次，玉米秸稈直接還田能夠增加作物的產量。秸稈還田有利于增加土壤養分、改善土壤水分，從而直接影響作物的產量。無論是美國的瑪洛試驗地(Morrow Plots)，還是德國的帕·勞斯特(Bad Lauchstadt)土壤肥力試驗地都證明，秸稈還田配以恰當的條件，都能顯著提高作物產量［8－9］。國內華北地區(小麥－玉米一年兩熟)和東北地區(玉米一年一熟)的很多研究結果也表明，玉米秸稈直接還田能有效提高作物產量，增產幅度與配合措施和參照系有關，大致在 1.34% －30.7%［5］。

第三，如果技術得當，玉米秸稈直接還田可產生良好的經濟效益。據河南南樂縣多年觀測總結，連續2－3年實施玉米秸稈直接還田，一般能提高單產20% －30%左右，具體地，南樂縣2010年畝增加小麥產量27 kg，畝增加玉米產量78.6 kg，畝增產值214元［10］。此外在秸稈還田的地塊上施用化肥，可較好地發揮化肥的肥效，提高氮肥利用率10% －15%，提高磷肥利用率20%左右［10］。若以還田后耕地每畝可以少施尿素7.5 kg，二銨7.5 kg，鉀肥5 kg計算，每年每畝可以少投入100元［11］。據我們在石家莊的調研，耕地和還田秸稈機械粉碎的費用是每畝60元，如果秸稈由其他人代收則能獲得每畝70元的收益，因此秸稈直接還田的總成本為每畝130元。因此如果按照秸稈還田產生214元/畝凈收益計算，秸稈還田能獲取每畝84元的凈收益?？梢?，即使僅考慮增產效應，秸稈還田也能帶來一定的經濟收益。此外，秸稈還田直接殺死了在秸稈中棲息或越冬的害蟲，降低了蟲源基數，減輕了害蟲危害。如果再考慮農產品質量的積極效果和其他生態、社會效應，還田意義更大。

當然，玉米秸稈直接還田如技術不完善或應用不當也可能產生一些負面效應。首先，玉米秸稈腐解過程需要吸收土壤中原有的氮素、磷素和水分，如果土壤底肥不足和干旱，較高的碳氮比在秸稈腐爛過程中就會與作物爭肥爭水，影響出苗率，不利于培育壯苗和作物生長發育，甚至造成減產［12－13］。其次，秸稈過長、地溫過低、松緊度不當，不僅不利于秸稈腐解，還會影響出苗和作物生長。如果還田秸稈切的不碎或形成絲狀纖維，會造成秸稈不易腐爛，播種時拖堆，影響播種質量和出現失墑等問題［14］。如果玉米秸稈還田不結合深耕或鎮壓措施，會造成后茬種子不能與土壤緊密接觸，影響種子發芽出苗、根系發育和對養分水分的吸收，甚至出現吊根［10］。第三，秸稈還田使得病原菌重新回到了土壤中，土壤中病原菌的菌源量積累，加重了苗期病害和土傳病害的發生。

3 我國玉米秸稈直接還田發展的主要瓶頸

與美國等發達國家相比，我國玉米秸稈直接還田的比例仍較低，且地域差異明顯?？傮w上，當前我國玉米秸稈直接還田仍面臨諸多制約因素。

一是配套技術制約。據調查，限制玉米秸稈直接還田的技術幾乎涵蓋生產諸多環節:機械、育種、栽培、植保等。盡管很多秸稈直接還田技術得到了推廣和應用，但仍有一些關鍵技術有待突破，創新性技術儲備更需加強。機械上，除了研發粉碎效果好、損耗率低的收獲機械外，需要研發配套的整地、播種機械，逐步實現精量播種、智能控制、綜合作業、高效節能等機械化操作;育種上，需要培育穗位整齊、適宜機械化作業的耐密高產抗倒品種;栽培上，需要因地制宜地選擇更有效的還田作業流程和技術規范，包括耕作方式、播種技術和水肥管理等，解決秸稈還田出苗率低的問題;植保上，需要解決秸稈還田高升的苗期和土傳病害和雜草防治問題。

二是技術推廣制約。目前我國基層農技推廣體系存在技術缺乏、農機與農藝不配套等諸多問題，秸稈還田主要通過項目示范和行政強制來推廣，項目示范往往因在農民前期培訓、中期參與、后期效果宣傳方面做的不夠，致使效果欠佳;而行政強制機制常常因農機和農藝歸口管理部門不同，難以協作，且配套機制不健全、設施投入不足而無法真正被農民認同接受。至于近年來實施的保護性耕作補貼政策，操作管理仍有較大改進空間。

三是經濟收益權衡。在農戶層面，盡管秸稈直接還田能夠改善土壤結構、提高產量，但也面臨機械投入和病蟲害防治的成本增加。在國家層面，盡管秸稈還田能夠改善環境減少二氧化碳排放，但技術開發推廣等的社會成本較高。同時，保護性耕作抬高了配套成本，競爭性用途增加了玉米秸稈還田的機會成本。此外，推行秸稈直接還田新技術的門檻較高，如果沒有良好的合作機制和配套措施，一般小農很難采納。如北方壟作區，為達到起壟作業要求，需要使用大馬力拖拉機配帶秸稈還田機、翻地犁和圓盤耙進行多次作業，成本高。

四是農民認識與傳統耕作習慣制約。農民對新技術的關注往往更側重看得到的經濟效益，恰恰秸稈直接還田的經濟效益并不直觀。調查中發現，提高農民認識仍是一項長期而艱巨的工作。此外，秸稈直接還田技術需要改變傳統耕作方式，重新配置機械、土地和勞動力等要素，這對長期形成的傳統耕作方式提出了挑戰。

五是自然條件與土地制度制約。秸稈腐解需要在合適的土壤水分和地溫條件下進行，水分不足或地溫過低都將減慢秸稈腐爛速度，影響出苗。但在降雨量大的地區，秸稈覆蓋也會造成土壤表層含水量過高。在高緯度地區，春季日照時間較短，秸稈還田還會導致播種前地溫回升過慢。此外，一些地區土地流轉不開為推廣大中型機械設置了障礙。

需要說明，不同地區面臨的主要瓶頸不同。東北地區更多面臨著生活燃料的競爭性需求，以及缺乏灌溉條件與低溫導致的秸稈腐解速度慢等問題;青藏高原區和蒙新區面臨著飼養牲畜對秸稈的強烈競爭性需求問題;西南地區面臨著秸稈還田引起的局部土壤過澇問題。

4 美國玉米秸稈直接還田情況及經驗

玉米是美國農民秸稈還田作物中面積最大的作物，也是還田比例最高的兩種作物之一(另一種是大豆)。根據美國農業部CTIC(Conservation Technology Information Center)統計，2008年美國10個玉米生產州玉米秸稈還田比例約為45%，其中愛荷華、伊利諾斯、堪薩斯、內布拉斯加等主產州的比例更是遠遠超過50%［15］。

盡管上世紀80年代之前，玉米秸稈被主要用作加工飼料、做大牲畜養殖區鋪墊(livestock bedding)等，剩余部分基本上被燒掉。但這種狀況在此后發生了變化:80年代中期開始，聯邦政府與玉米主產區州政府聯合實施了多項扶持政策，以積極推動保護性耕作(包括免耕、壟耕與旋耕):一是出臺相關法案鼓勵免耕，如1985年的食品安全法案就把鼓勵免耕作為一個重要的條款，隨后的一些其他涉農法案也都有相關條款;二是補貼農民購買保護性作業的專門機械，三是補貼公司開展適用于保護性耕作的機械開發與育種研究;四是由聯邦政府出資開展全國范圍內的耕作與植株營養體管理調查;五是政府在保護性耕作及其短期與長期的影響方面投入大量經費開展研究。

受此影響，20世紀80年代中后期開始，越來越多的農民不再選擇燒掉，而是把不用的玉米秸稈留在地里。1985－1995年，美國玉米保護性耕作得到了快速推廣。根據CTIC統計，1988年美國10個主要玉米生產州，僅有約20%的玉米生產采用保護性耕作，其中免耕只占7%;但到1995年，41%的玉米種植采用保護性耕作，其中免耕與旋耕各占17%和21%［15］。此后十幾年，該比例沒再發生太大變化。保護性耕作方式的大范圍推廣促進了玉米秸稈直接還田比例的提高。按規定，保護性耕作最少要有30%的秸稈留在田里，而傳統的翻犁式耕作方式中秸稈留田比例通常低于15%。

美國經驗表明，玉米秸稈還田在推廣初期也遇到了很多阻力，但通過政府干預(主要是補貼)關鍵問題得到了很好解決，玉米秸稈還田得以大面積推廣。早期阻力主要在于秸稈還田的滯后長期效益無法滿足農民的即期經濟目標，而補貼政策彌補了農民的即期收益。連貫長期的技術推廣改變了農民對于保護性耕作的認識，實惠最終推動農民自主地采用該項技術。需要注意，美國經驗同樣表明，自然條件的約束很可能會使秸稈還田在成本收益上并不經濟，這類地區可能并不適合開展秸稈還田，除非新技術可以促使成本收益發生逆轉。

5 我國玉米秸稈直接還田技術應用推廣的驅動因素及關鍵問題

5.1 我國玉米秸稈直接還田技術應用推廣的驅動因素

目前，我國玉米秸稈直接還田試點推廣已經有一定規模，技術儲備也有一定基礎，具備了進一步推廣應用的良好基礎和物質條件。

(1)保護環境和增強地力迫切需要加大推廣農作物秸稈直接還田。目前，秸稈直接還田面臨著環保壓力和土肥拉力共同需求。改善農田、農村生態環境和發展可持續農業已經成為改善民生的重要舉措。眾多食品安全問題需要我國更加重視農產品的質量，積極促進綠色食品的發展。推行秸稈直接還田技術，嚴禁露天焚燒，在增加土壤有機質、培肥地力的同時，減少了資源的浪費和環境污染，是現代農業生產的必然趨勢，更是實現中長期國家糧食安全戰略的必然選擇。

(2)經過長期摸索和實踐，我國玉米秸稈直接還田推廣已經儲備了較好的技術和經驗。秸稈直接還田技術比較成熟，在民間已經實踐多年。而且經過多年技術試驗研究，該技術很多難點也已被攻克，推廣應用較為成熟。石家莊的調研結果表明，該技術已經推廣了16年，當地專家和農戶對技術本身已沒有陌生感。通過多年摸索，很多技術均已較好掌握:通過配合施入氮肥解決秸稈反硝化問題，通過灌溉促進秸稈腐解，通過不同機械和耕作技術解決秸稈還田后土壤松緊度的問題等等。盡管仍有部分技術亟待解決，如東北的腐解問題，但對于其他大多數地區，剩余更多是如何在類似條件地區展開技術推廣。

(3)現階段玉米秸稈直接還田推廣具有良好的政策環境。在配套設施和技術上，機械和水利是推廣還田技術的兩項重要條件。之前實施的農機補貼政策，推動了農業生產機械化進程，未來只要政策引導合理，積極作用仍將發揮。2011年“中央一號文件”關注水利問題，也為還田灌溉奠定了良好的政策基礎。從現實情況看，病蟲害植保和耕作技術等，要么早已實踐于農藝生產活動，要么已在試驗室有了深入研究。未來工作是將一些更好的試驗室成功技術推廣到農藝生產實踐中去。

5.2 玉米秸稈還田未來技術應用推廣關鍵問題

未來玉米秸稈直接還田技術的推廣需要特別注重以下幾個關鍵問題和制約因素。

(1)推廣的區域重點。目前玉米秸稈直接還田技術已在華北大多數區域得到推廣和應用，而在東北地區，玉米秸稈直接還田的農戶比例非常低。未來，既要提高推廣地區的應用效果，更要加快未覆蓋地區的推廣工作。華北地區重點是鞏固并擴大還田的耕地比例，適宜地區努力做到不遺漏，也不搞濫竽充數。東北部分地區由于氣候原因，側重做好秸稈堆肥腐解還田;同時加強秸稈直接還田示范基地周圍地區的推廣，由點到面，由面到片，并優先考慮具備機械和灌溉條件的成熟地區。

(2)推廣的技術方向。推廣技術必須充分結合國內資源稟賦，確保持久有效。面對水資源匱乏的挑戰，保墑節水型還田技術將是未來的發展方向。如何利用秸稈自身的保墑蓄水作用，并結合適合的耕作方式，將在很大程度上決定該技術能否得到廣泛持續應用。具體到區域，華北地區需要優先解決技術推廣后的風險問題，如病蟲害植保以及還田效率效果等問題;東北地區需要優先解決推廣前的瓶頸問題，如秸稈降解速度和機械供應配套等問題。同時，需共同探索耕作方式的積極作用。

(3)技術推廣的主體。秸稈直接還田在起始階段政府應該是加強秸稈還田的技術推廣和宣傳，長期還要讓農戶認識到還田的收益。農戶采用還田技術，往往投入時間長，收益小、短期效果不明顯、還面臨病蟲害、出苗率低等風險，如果不具備完善的配套條件和良好的激勵措施，農戶更愿意采取簡單的秸稈處理方式:放火焚燒還田。政府推動還田技術的好處更為清晰:秸稈直接還田能夠增強土壤肥力、增加作物產量、改善土壤形狀、改善農業生態環境等等。

6 政策建議

為了促進我國玉米產區進一步推進玉米秸稈直接還田，現階段可以從政策支持、技術攻關、宏觀輿論宣傳、和微觀調研指導等四個方面著手做好這項工作。

(1)制訂支持政策，建立還田長效機制。明確將秸稈直接還田保護性耕作作為國家糧食安全戰略基礎保障制度并長期執行。圍繞基礎技術研究、技術銜接研究和技術推廣三個方面，完善秸稈直接還田保護性耕作公共政策支持體系。重點制訂并出臺機械開發支持政策、秸稈直接還田配套農機具購置補貼政策、東北壟改平補貼政策，探索和建立補貼機制解決秸稈直接還田滯后效應與農民眼前利益之間矛盾，研究公共服務政策解決土地流轉不開限制秸稈直接還田推廣的問題。

(2)加強科研攻關，消除推廣技術瓶頸。借助國家農業產業體系的力量，整合不同部門和環節資源力量，加大科研攻關。技術上，重點解決秸稈降解速度技術瓶頸，并攻克降解影響出苗、農機和農藝不配套等難題，加快掌握精量播種、智能控制、綜合作業、高效節能等機械關鍵技術，繼續探索耕作方式對農業可持續發展的積極作用，高度重視未來保墑節水型還田技術的研究方向。地區上，華北地區重點解決病蟲害植保問題，東北地區重點解決降解速度慢與出苗率低問題等。

(3)做好宣傳總結，提高還田推廣效果。利用國家農業產業體系平臺，系統梳理國內外研究信息，形成客觀科學的成果總結;推動政府、學術、企業和農戶統一思想，達成共識。通過對比試驗，用科學的數據，如土壤有機質含量、作物產量、經濟效益對比核算，讓農民看到秸稈直接還田的好處。通過現場演示、技術培訓、科技下鄉等多種形式，轉變農民思想觀念，使秸稈直接還田成為廣大農民的自發行為。

(4)深入市場調研，了解農戶行為需求。及時調研市場玉米秸稈綜合利用方式，深入掌握生物制發電技術、秸稈固化成型技術、秸稈熱解氣化和生物氣化技術、纖維素降解生產乙醇等技術應用情況，結合還田比例試驗結果，為科學制定還田比例提供決策依據。深入農戶，系統科學調查，在結合農戶生活用能等基礎上，詳細了解其還田行為需求，并分析其技術選擇和采納的關鍵因素，為制定有效的激勵政策提供決策依據。

致謝:感謝國家玉米產業技術體系首席科學家張世煌研究員，中國農大陳新平教授、張東興教授，中國農科院植保所王振營研究員，河南農業大學李潮海教授，寧夏農科院王永宏研究員，黑龍江省農科院張樹權研究員，黑龍江省農機研究院孫士明研究員等專家的意見;感謝河北省農科院張文英研究員、楊立華研究員，吉林省農科院王立春研究員、劉武仁研究員為我們調研提供的幫助。

(編輯:張 英)

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