摘要：为破解秸秆焚烧污染环境与土壤退化双重难题，推动农业绿色可持续发展，系统研究了秸秆还田机械与土壤改良技术的协同应用机制及效果。在梳理秸秆还田核心机械装备类型及土壤改良关键技术的基础上，设计了田间对比试验，探究不同协同模式下土壤理化性质、作物产量及秸秆分解速率的变化规律，为秸秆还田与土壤改良技术协同应用的规模化推广提供依据与技术支撑。

　　关键词：秸秆还田；机械装备；土壤改良；协同应用；试验研究

　　1.引言

　　我国作为农业大国，每年农作物秸秆产量超10亿吨，秸秆资源丰富但利用率不足60%。传统秸秆焚烧处理方式不仅造成严重的大气污染，还浪费了宝贵的生物质资源。同时，长期过量施用化肥导致的土壤有机质含量下降、土壤板结、地力衰退等问题日益突出，严重制约我国农业高质量发展[1]。秸秆还田作为秸秆资源化利用的核心途径，可实现土壤有机质的补充、提升养分循环。秸秆还田机械装备是保障还田效率与质量的关键，同时采用土壤改良技术则能强化秸秆还田的土壤修复效果。因此，推动秸秆还田农机装备与土壤改良技术协同应用，是破解秸秆污染与土壤退化双重困境、实现农业绿色低碳发展的重要路径。

　　2.秸秆还田农机装备与土壤改良技术协同应用机理

　　2.1土壤改良技术及作用机制

　　土壤改良技术可弥补秸秆还田过程中可能出现的土壤微生物活性不足、养分释放缓慢等问题，强化秸秆还田的土壤修复效果。核心土壤改良技术包括微生物腐熟剂应用、生物炭改良技术和有机肥配施技术。

　　微生物腐熟剂技术通过添加含有纤维素分解菌、放线菌等微生物的腐熟剂，加速秸秆纤维素、半纤维素的分解，缩短秸秆腐解周期，同时提升土壤微生物活性，促进养分转化。

　　生物炭改良技术所应用的生物炭具有高比表面积、强吸附性，可吸附土壤中的养分离子，减少养分流失；同时改善土壤通气性与保水性，为微生物生长提供良好环境，与秸秆还田协同提升土壤肥力。

　　有机肥配施技术将有机肥与秸秆协同还田，可补充土壤氮、磷、钾等速效养分，缓解秸秆分解过程中与作物争夺养分的问题，同时进一步提升土壤有机质含量，改善土壤结构。

　　2.2协同作用机理

　　秸秆还田农机装备与土壤改良技术的协同作用主要体现在三个层面。一是农机装备对秸秆的粉碎和埋入土壤作业扩大了秸秆与土壤以及改良剂的接触面积，为土壤改良技术的作用发挥提供空间条件；二是土壤改良技术加速秸秆腐解，提升秸秆养分释放速率，降低因秸秆还田不当导致的土壤理化性质恶化风险，保障农机装备作业效果的稳定性；三是二者协同可构建“秸秆资源化-土壤肥力提升-作物增产”的良性循环，实现资源利用与土壤修复的双重目标[2]。

　　3.协同应用效果试验研究

　　3.1试验材料与设计

　　3.1.1试验地概况

　　试验于2023年10月-2024年6月在河北衡水试验基地进行。试验地土壤类型为潮褐土，0—20cm耕层土壤基本理化性质为有机质含量12.8g/kg，容重1.45g/cm3，pH值7.2，碱解氮85.6mg/kg，有效磷23.5mg/kg，速效钾112.3mg/kg。供试作物为冬小麦，品种为济麦44。

　　3.1.2试验材料

　　供试秸秆为前茬玉米秸秆，含水量15.3%；装备选取3种主流秸秆还田装备：普通粉碎还田机（A 1，粉碎粒度5—8 cm）、精准粉碎还田机（A 2，粉碎粒度3—5 cm）、深翻埋草机（A 3，埋深25 cm）；土壤改良技术选取3种核心技术：微生物腐熟剂（B 1，有效活菌数≥2.0×109 cfu/g）、生物炭（B 2，粒径0.1—0.5mm，比表面积≥300m2/g）、有机肥（B 3，有机质含量≥45%）。

　　3.1.3试验设计

　　试验采用随机区组设计，设置10个处理组，3次重复，小区面积30m2（5m×6m），行距20cm，其他田间管理措施一致。处理组设置如下：CK（对照，无还田秸秆，不施加改良剂）；A 1（仅用普通粉碎还田机进行秸秆还田）；A 2（仅用精准粉碎还田机进行秸秆还田）；A 3（仅深翻埋草机秸秆还田）；A 1+B 1（普通粉碎还田机+腐熟剂）；A 2+B 1（精准粉碎还田机+腐熟剂）；A 2+B 2（精准粉碎还田机+生物炭）；A 2+B 3（精准粉碎还田机+有机肥）；A 3+B 2（深翻埋草机+生物炭）；A 2+B 1+B 2（精准粉碎还田机+腐熟剂+生物炭）。秸秆还田量均为6000 kg/hm2，改良剂施用量：腐熟剂150 kg/hm2，生物炭3000 kg/hm2，有机肥15000 kg/hm2。

　　3.2测定指标与方法

　　土壤理化性质测定。分别于小麦播种前、拔节期、收获后采集0—20 cm土壤样品，测定土壤有机质含量（重铬酸钾氧化-外加热法）、容重（环刀法）、pH值（电位法）、碱解氮（碱解扩散法）、有效磷（钼锑抗比色法）、速效钾（火焰光度法）[3]。

　　秸秆腐解率测定。采用尼龙网袋法，将粉碎后的秸秆装入尼龙网袋（孔径0.1 mm，规格10cm×15cm），每袋5g，于播种前埋入各处理组0-20 cm土层，分别于播种后30 d、60 d、90 d、120 d取出，烘干至恒重后计算腐解率。

　　作物产量测定。小麦收获时，每个小区选取3个1m2样方，测定有效穗数、穗粒数、千粒重，计算实际产量。

　　3.3试验结果与分析

　　3.3.1对土壤理化性质的影响

　　不同协同模式对土壤理化性质的影响存在显著差异。收获后，各秸秆还田处理组的土壤有机质含量均高于对照CK，其中A 2+B 1+B 2处理组提升效果最显著，有机质含量达到15.1 g/kg，较CK提升18.3%；其次是A 2+B 2处理组，提升16.4%。土壤容重方面，A 2+B 1+B 2处理组容重最低，为1.27 g/cm 3，较CK降低12.6%，说明精准粉碎还田与腐熟剂、生物炭协同可有效改善土壤疏松度[4]。养分含量方面，A 2+B 1+B 2处理组的碱解氮、有效磷、速效钾含量分别较CK提升23.1%、31.5%、19.8%，显著高于单一还田处理组。单一还田处理组中，精准秸秆粉碎还田（A 2）的土壤改良效果优于普通秸秆粉碎还田（A 1）和深翻埋草机（A 3），表明秸秆还田装备的作业质量对土壤理化性质的改善具有重要影响[5]。

　　3.3.2对秸秆腐解率的影响

　　秸秆腐解率随时间推移逐渐提升，各处理组的腐解速率均呈现“前期快、后期慢”的规律。播种后30 d，协同处理组的秸秆腐解率显著高于单一还田处理组，其中A 2+B 1+B 2处理组腐解率达到35.2%，较A 2处理组提升12.3%；播种后120 d（收获后），A 2+B 1+B 2处理组腐解率达到78.6%，较对照组CK提升显著，较A 2处理组提升23.5%。精准秸秆粉碎还田处理组（A 2）的腐解率始终高于普通粉碎还田（A 1）和深翻埋草（A 3）处理组，说明秸秆粉碎粒度越小，越有利于微生物分解。添加腐熟剂的处理组腐解率高于添加生物炭和有机肥的处理组，而腐熟剂与生物炭协同添加可进一步提升腐解效率，表明不同土壤改良技术的协同使用可强化秸秆腐解效果[6]。

　　3.3.3对小麦产量的影响

　　各协同处理组的小麦产量均显著高于对照CK和单一还田处理组。其中A 2+B 1+B 2处理组产量最高，达到7860 kg/hm2，较对照组CK提升15.2%；A2+B2处理组产量为7650 kg/hm2，较CK提升12.3%。产量构成因素分析表明，协同处理组主要通过提升有效穗数和穗粒数实现增产，A 2+B 1+B 2处理组的有效穗数达到630万/hm2，穗粒数达到38.5粒，分别较对照组CK提升12.5%和10.3%。单一还田处理组中，A 2处理组产量高于A 1和A 3处理组，说明秸秆还田装备作业质量对作物产量具有直接影响。土壤改良技术的增产效果排序为：腐熟剂+生物炭>腐熟剂>生物炭>有机肥，表明不同土壤改良技术的协同使用可进一步提升作物增产潜力。相关性分析表明，小麦产量与土壤有机质含量、有效磷含量呈显著正相关（r分别为0.86、0.82），与土壤容重呈显著负相关（r=-0.79），说明协同应用通过改善土壤理化性质可有效实现作物增产。

　　4.协同应用存在的问题

　　4.1秸秆还田装备与土壤改良技术适配性不足

　　现有秸秆还田农机装备多为通用型，缺乏针对不同土壤改良技术的专用装备。例如，添加生物炭后土壤容重降低，现有深翻埋草机的作业深度和镇压强度无法精准匹配，导致秸秆与生物炭混合不均；腐熟剂需要与秸秆充分接触才能发挥效果，但普通粉碎还田机的粉碎粒度较大，无法满足腐熟剂的作用需求。此外，不同区域的土壤类型、秸秆产量差异较大，现有装备与技术的组合模式缺乏针对性，导致协同效果不稳定。

　　4.2技术集成度低与推广难度大

　　秸秆还田农机装备与土壤改良技术的协同应用涉及农机、农艺、土壤等多个领域，但现有技术多为分散推广，缺乏系统的集成方案。农户对协同技术的认知不足，难以掌握装备操作与改良剂施用的配合要点；同时，协同应用的前期投入较高（如精准农机装备、优质改良剂的购置成本），部分农户难以承担，制约了技术的规模化推广。

　　4.3缺乏长效监管与服务体系

　　目前针对秸秆还田协同技术应用效果的监管机制不完善，缺乏统一的评价标准，导致部分地区存在装备作业质量不达标、改良剂假冒伪劣等问题。同时，技术服务体系不健全，农户在装备维护、参数优化、问题排查等方面得不到及时指导，影响了协同技术的持续应用效果。

　　5.协同应用优化策略

　　5.1提升装备与技术的适配性

　　研发专用协同装备：针对不同土壤改良技术的需求，研发精准变量还田机、秸秆-改良剂混合施药一体机等专用装备[7]。例如，为适配腐熟剂应用，开发粉碎粒度可精准调节（1—5 cm）的还田机；为配合生物炭施用，设计带有分层施肥功能的深翻埋草机，实现秸秆与生物炭的分层埋入，提升混合均匀度。

　　构建区域化适配模式：根据不同区域的土壤类型（如潮褐土、黑土、红壤）、秸秆类型（玉米、小麦、水稻）及作物种植模式，建立“装备类型+改良技术+作业参数”的区域化适配模式。例如，在土壤板结严重的地区，推广“精准粉碎还田机+生物炭+深翻”协同模式；在土壤肥力较低的地区，推广“精准粉碎还田机+腐熟剂+有机肥”协同模式。

　　5.2加强技术集成与推广

　　构建一体化技术体系：整合农机装备、土壤改良、作物种植等领域的技术资源，构建“秸秆还田-土壤改良-作物增产”一体化技术体系，形成从装备操作、改良剂施用到田间管理的全流程技术方案，降低农户的应用难度。

　　强化技术培训与示范：通过举办技术培训班、建立示范基地等方式，加强对农户的技术指导，提升农户对协同技术的认知水平与操作能力。在示范基地展示不同协同模式的应用效果，直观展示技术优势，增强农户的应用意愿。

　　完善政策扶持机制：出台专项补贴政策，对购置精准协同装备、使用优质改良剂的农户给予补贴，降低前期投入成本；鼓励农机合作社、农业服务公司开展社会化服务，为小农户提供专业化的协同应用服务，推动技术规模化推广。

　　5.3建立长效监管与服务体系

　　制定统一评价标准：建立秸秆还田协同应用效果评价标准，明确装备作业质量、土壤改良效果、作物产量等指标的评价方法，为监管提供科学依据。

　　加强全程监管：利用物联网、大数据等技术，建立协同应用全程监管平台，对农机作业质量、改良剂质量、土壤理化性质等进行实时监测，及时发现并解决问题。

　　健全技术服务体系：构建“政府+企业+科研机构”的技术服务体系，组建专业的技术服务团队，为农户提供装备维护、参数优化、问题排查等全方位服务；建立线上服务平台，方便农户随时咨询技术问题，提升服务效率。

　　6.结论

　　秸秆还田农机装备与土壤改良技术协同应用可显著改善土壤理化性质、提升秸秆腐解率与作物产量，其中精准秸秆粉碎还田机与腐熟剂+生物炭改良技术的协同模式效果最优。当前技术应用存在装备与技术适配性不足、作业参数不合理、技术集成度低、监管服务体系不完善等问题。通过研发专用秸秆还田装备、构建区域化适配模式、优化作业参数、加强技术集成推广及建立长效监管服务体系等优化策略，可有效提升协同应用效能。未来应进一步加强智能化、精准化协同技术的研发与应用，推动秸秆资源化利用与土壤改良技术的深度融合，为农业绿色可持续发展提供有力支撑。

参考文献：

　　[1]张梦纳,秦志伟.秸秆还田结合微生物菌剂对土壤改良的效应分析[J].河南农业,2025(23):12-13.

　　[2]李新伟,袁先福,王伏伟,等.稻麦周年轮作区秸秆还田农机农艺融合技术现状与展望[J].安徽农学通报,2025,31(21):1-6.

　　[3]丁婷.秸秆机械化还田推广现状——以扬州市邗江区为例[J].河北农机,2025(19):88-90.

　　[4]黄健益,赵莹,杨帆.节水灌溉下有机物料还田对土壤改良的协同效应研究进展[J].灌溉排水学报,2025,44(09):103-113.

　　[5]朱加文,朱*军.玉米种植过程中土壤改良措施对产量的影响[J].粮油与饲料科技,2025(11):77-79.

　　[6]陈传奇.智能化稻麦轮作农机装备技术集成建设要求与问题分析[J].农机使用与维修,2025(01):86-89.

　　[7]庄家玉.山东龙口市提升农机装备水平实现农作物秸秆综合利用[J].农业工程技术,2023,43(16):53+55.