稻麦周年轮作是典型的粮食生产模式之一，其中稻麦两熟制在保障粮食安全和促进农民增收方面发挥着重要作用[1]。在该生产模式下，对秸秆的处理问题日益凸显。虽然秸秆直接焚烧能够在短时间内清理田块，但该方式不仅会造成严重的大气污染，还会导致土壤肥力下降和生态环境恶化，同时释放大量温室气体，加剧区域性大气污染[2]。相比之下，秸秆还田作为一种绿色可持续的利用途径，能够增加土壤有机质含量，改善耕层理化性质，促进土壤结构优化，并实现养分的高效循环利用，从而在保障粮食稳产增产、推动农业绿色转型方面发挥重要作用[3]。秸秆还田技术的核心是将作物残体归还土壤以改善土壤肥力，其高效实施亟需配套的机械装备与农艺措施协同优化。
1 稻麦周年轮作区秸秆还田技术体系
在稻麦周年轮作区，秸秆资源量大且季节性集中，科学构建适配该区域生产特点的秸秆还田技术体系，是实现耕地肥力维持、生态环境保护与农时高效衔接的关键路径。秸秆还田技术包括粉碎旋耕还田、覆盖还田、翻埋还田及返旋灭茬还田等，其主要优势、局限性及典型应用见表1。
表1 稻麦周年轮作区主要秸秆还田技术模式比较 |
| 技术类型 | 主要优势 | 主要局限性 | 典型应用 |
|---|---|---|---|
| 粉碎旋耕还田 | 技术成熟，操作简便，适应性广 | 作业次数多，能耗较高 | 稻麦轮作区常规模式 |
| 覆盖还田 | 保墒抑草，减少耕作环节，降低成本 | 秸秆过量覆盖可能影响小麦分蘖与产量 | 晚稻后直播油菜 |
| 翻埋还田 | 秸秆深埋，促腐解，减少表土秸秆积集问题 | 动力需求大，作业成本高，易堆积难腐 | 东北稻区、玉米田 |
| 反旋灭茬还田 | 作业效率高，埋茬效果好，适合集约化生产 | 投资成本高，中小农户不适用 | 大型农场、合作社 |
1.1 粉碎旋耕还田技术
粉碎旋耕还田是稻麦周年轮作区应用最广泛的技术模式，其核心是联合收割机在收获过程中同步完成秸秆粉碎与抛撒，之后通过旋耕机深埋秸秆，确保粉碎长度≤10 cm、旋耕深度约13 cm。该方式操作简便、适用范围广，但需多次作业，能耗相对较高。
1.2 覆盖还田技术
覆盖还田以保留较高留茬和秸秆覆盖表土为主要特征，适用于稻麦周年轮作区茬口衔接紧张的田块。其优势在于保持土壤水分、抑制杂草和降低作业成本。然而，如果覆盖量过大（覆盖量>15 t/hm²），可能会影响小麦分蘖和产量。因此，该技术适合与免耕播种、无人机飞播等农艺措施结合，提升利用效率。
1.3 翻埋还田技术
翻埋还田在稻麦周年轮作区同样具有应用潜力，尤其适合秸秆产量大的田块。通过铧式犁或专用机具深埋秸秆，深埋土层厚度不低于22 cm，有利于秸秆腐解并减少地表堆积。该技术能明显改善土壤障碍，但对机械动力需求高、作业成本大，难以在小规模农户中普及。
1.4 反旋灭茬还田技术
反旋灭茬还田适合稻麦周年轮作区的大规模农场，需配套动力不低于62.5 kW的拖拉机。该技术在埋茬效果与作业效率上优于常规旋耕，还可在1次作业中实现灭茬、旋耕与整地，但其对机械投资和作业条件要求较高，中小型农户应用受限。
2 稻麦周年轮作区秸秆还田机械装备发展现状
表2 稻麦周年轮作区秸秆还田机械装备发展现状 |
| 类别 | 主要功能与结构 | 优势 | 局限性 | 发展趋势 |
|---|---|---|---|---|
| 秸秆粉碎 还田机 | 刀具切割+抛撒装置，联合收割机普遍配套 | 粉碎均匀、覆盖率高，提升小麦出苗率与分蘖数；可减少5%~10%的化肥用量 | 土壤黏重区粉碎不足或覆盖过厚影响播种；刀片耐用性不足 | 提升刀具耐磨性、优化风送抛撒装置、加强与免耕播种机配套 |
| 深翻 还田机 | 铧式犁或旋耕刀具，将秸秆翻埋至20 cm以下土层 | 改善土壤通透性，增加有机质含量，缓解土壤板结 | 能耗高、成本大，不适合长期全面推广 | 间歇性深翻（2～3年1次）；开发“粉碎—翻埋”复合装备 |
| 免耕与覆盖 播种机 | 秸秆覆盖条件下完成开沟、播种、覆土作业；常配双圆盘开沟器 | 缩短农时 3～5 d，保证稻茬小麦及时播种；苗齐率与产量优于人工处理 | 秸秆覆盖过厚时易堵塞；机具对不同地块的适应性需提升 | 推广专用稻茬免耕机型；研发窄行开沟、强制排秸结构 |
| 秸秆 打捆机 | 收集秸秆并打捆，部分离田利用（饲料、燃料、基质） | 减轻田间覆盖压力，提高资源化利用率 | 打捆与粉碎作业需分步进行，效率较低 | 推广“打捆—粉碎—体机”，灵活切换离田或还田 |
| 多功能一 体化机具 | “粉碎—旋耕—播种”一次完成；结合北斗导航与智能控制 | 作业效率有效提升，缩短衔接期，出苗率和产量可达到或超传统模式 | 机具成本较高，技术尚处推广初期 | 向智能化、精准化发展，实现参数实时调控与高效作业 |
2.1 秸秆粉碎还田机
秸秆粉碎还田机是稻麦周年轮作区应用最为广泛的机具类型。其主要功能是对秸秆进行切割和粉碎，并通过抛撒装置均匀撒布到田间。当前广泛使用的联合收割机多配备粉碎装置，能够在收获稻麦的同时完成秸秆粉碎和抛撒作业。近年来，研发的高效粉碎还田机具注重刀具耐磨性、转速调控和抛撒均匀性，可明显改善秸秆粉碎质量。实践表明，粉碎长度保持在5 cm以下、撒布均匀度超过90%时，小麦出苗率和分蘖数均有明显改善。然而在部分土壤黏重地区，若粉碎不充分或覆盖过厚，会影响播种机播种质量和出苗整齐度。因此，提高粉碎刀片耐用性、优化风送抛撒装置以及免耕播种机的配套性，是秸秆粉碎机具升级的关键。
2.2 深翻还田机
深翻还田机通过铧式犁或旋耕刀具将秸秆翻埋至20 cm以下土层，能有效解决秸秆覆盖过厚、分解不充分的问题。在部分稻麦主产区的应用实践中发现，深翻还田可有效提升土壤有机质含量和耕层通透性，同时缓解长期稻麦连作导致的土壤板结问题。但由于深翻作业耗能高、成本大，不宜在全部田块长期推广。当前较为可行的方式是“间歇性深翻”，即每2～3年进行1次，以兼顾生产成本和土壤改良效果。部分地区积极探索将深翻机具与秸秆粉碎机联合作业，开发出“一次性粉碎—翻埋”的复合型装备，以进一步提高作业效率。
2.3 免耕与覆盖播种机
在稻麦周年轮作区，免耕播种机尤其适用于稻麦接茬期极短的场景，其特点是在秸秆覆盖或部分还田条件下直接完成开沟、播种和覆土作业，省去了传统耕作环节，大幅缩短了农时。典型的“稻茬免耕小麦播种机”已在多地推广，能够在秸秆还田地块实现一次性作业，完成还田、播种和秸秆覆盖工作，明显提升了播种效率。相关研究表明，采用配套免耕播种机的秸秆还田模式，其水稻苗齐率和产量均优于人工简单处理的还田模式[10]。此外，近年来研发的秸秆覆盖播种机采用双圆盘开沟器或窄行开沟装置，能够有效切断和排除覆盖秸秆，保证种子顺利入土和密实覆土。
2.4 秸秆打捆还田机
秸秆打捆还田机主要用于将秸秆收集打捆，一部分离田利用，另一部分经过粉碎后再还田。该模式在秸秆资源过剩地区被广泛应用，农机合作社普遍开展“粉碎部分还田+打捆离田”的社会化服务。打捆后的秸秆可作为饲料、基质或燃料使用，既减轻了田间覆盖压力，也提升了秸秆资源化利用率。近年来，还出现了打捆—粉碎一体机，能够根据需要灵活选择直接还田或收集离田，提高了机具的作业多样化。
2.5 多功能一体化机具
随着农机装备的发展，逐渐出现“粉碎—旋耕—播种”联合作业机具，能够在一次作业中完成秸秆粉碎、土壤整地和小麦播种，大幅缩短稻麦衔接期的作业时间。田间应用显示，这类机具的作业效率明显提升，农作物的出苗率和产量均达到或超过常规分步作业模式。未来，基于智能控制与北斗导航技术的多功能机具有望进一步提升精度和效率。
3 稻麦周年轮作区秸秆还田的农机农艺融合实践
稻麦周年轮作区秸秆还田的核心在于机具的更新迭代及农机与农艺的深度融合。秸秆还田的效果受秸秆粉碎质量、翻埋深度、播种方式、肥水管理及病虫草害防控等多重因素共同影响。若机械作业与农艺措施融合性不足，即便机具性能先进，也可能因作业不当导致出苗率下降、土壤障碍加重和产量不稳定。因此，农机农艺融合是秸秆还田提质增效的关键。其内涵不仅是机械作业参数与农艺需求（如粉碎长度、埋覆深度、播种行距等）的匹配，更是装备与耕作制度的适配，以及农机服务与农艺推广的协同。在稻茬麦播过程中，机具既要适应湿润土壤特性，又要满足稻麦茬口紧凑的轮作需求；同时，通过合作社和农机服务组织实现机械化作业与农艺指导同步开展，从而提升整体效益。由此可见，农机农艺融合不仅是技术组合，更是系统优化与制度创新，其成效直接关系到秸秆还田的质量与可持续性。未来，应在不同耕作制度下进一步探索农机与农艺的耦合模式，形成可复制、可推广的解决方案。
3.1 典型农机农艺融合模式及区域实践
在稻麦周年轮作区的实践中，已经探索出多种典型的农机农艺融合模式。例如，“粉碎还田+免耕播种”模式利用联合收割机，在稻谷收获的同时将秸秆粉碎，并配合免耕播种机实现小麦适期播种，从而有效缩短了茬口衔接时间；“秸秆粉碎+深松整地+宽窄行种植”模式通过粉碎还田与深松作业改善土壤结构，再结合宽窄行种植优化光热资源利用，在部分地区表现出群体结构协调、抗倒伏性增强和产量稳定等优势；“部分还田+秸秆肥料化利用”模式则通过打捆机收集部分秸秆离田利用，剩余秸秆粉碎后直接还田，并辅以腐熟剂或有机肥加速分解，实现了田间作业的可行性与秸秆资源化利用的统一；“秸秆还田+配方施肥+病虫草害综合防控”模式则针对秸秆还田可能带来的氮素竞争和病虫草害风险，通过测土配方施肥、播后化学除草以及综合防治手段，有效降低了秸秆还田的不良影响。总体来看，这些模式在农机与农艺的耦合优化中发挥了重要作用，不仅提升了稻麦周年轮作区秸秆还田的整体水平，也为农业可持续发展提供了可借鉴的实践经验。
3.2 农机农艺融合的关键技术
在稻麦周年轮作区，秸秆还田的农机农艺融合依赖于一系列关键技术的协同应用。秸秆粉碎与覆盖控制是机具作业与农艺需求的结合点，将秸秆粉碎长度控制在3～5 cm、覆盖厚度保持在1～2 cm，有利于提高小麦出苗率。在稻茬地免耕播种中，机具需要具备强制开沟与排秸功能，农艺上则需合理控制播种深度与覆土厚度，以保障幼苗顺利出土；秸秆粉碎还田若能与腐熟剂、有机肥的施用相结合，则可明显加快分解进程，缓解“氮素锁定”现象，促进养分循环利用；通过均匀覆盖、优化轮作制度、药剂防治及抗病品种应用等措施，可实现对秸秆还田可能引发的纹枯病、赤霉病等病害风险的综合防控[11]。在粉碎环节，“粗粉碎+精细粉碎”的组合方式逐渐成为融合技术的重要路径，即先将秸秆切成10～20 cm，再进一步切至2～5 cm，并配合水分调控与微生物菌剂施用，从而提升腐殖化效率。总体而言，这些机械措施与农艺措施的有机衔接不仅提升了秸秆还田的作业质量与生态效益，还为作物的稳产高产提供了可靠保障。
3.3 农机农艺融合中的现实挑战
尽管稻麦周年轮作区的秸秆还田技术体系和装备发展取得了明显的进展，但在实际应用中仍面临诸多挑战。（1）地形适应性方面。在江淮丘陵区，由于田块破碎、坡度较大，大型机械受制于转弯半径，作业效率难以保障。（2）秸秆处理效率方面。在稻麦茬口紧张的条件下，常规机具容易延误小麦适期播种窗口，影响轮作衔接的顺畅性。（3）土壤理化性质方面。重复机械作业导致土壤压实问题突出，使得土壤通气性下降、耕层理化性质恶化，不利于根系生长。（4）病虫草害方面。秸秆覆盖还田可能加剧病虫草害的发生，如赤霉病、纹枯病等在稻麦连作体系中的发生风险上升，对农艺管理提出了更高要求。这些问题表明，当前农机农艺融合仍需在装备适应性、作业效率和病虫害防控等方面进一步优化与提升，从而实现秸秆还田的高质量、高效率与可持续发展。
4 稻麦周年轮作区秸秆还田农机农艺融合技术展望
针对农机农艺融合面临的如地形适应性、秸秆处理效率、土壤理化性质以及病虫草害等方面的现实挑战，未来发展需从以下几个方面推进。
4.1 因地制宜与智能融合
针对地形适应性方面，结合不同区域的土壤环境和耕作制度，探索差异化的农机农艺耦合模式。针对黏重土壤和秸秆过量覆盖情况，可研发轻简型、多功能及可组合式机具，或推广“间歇性深翻+免耕播种”等区域化组合模式。同时，兼顾大规模农场与中小农户的差异化需求，实现大功率多功能一体化机具与经济型轻便机具的并行发展。同时，广泛应用北斗导航、RTK测绘、作业参数传感器和智能控制单元，实现对粉碎长度、翻埋深度、播深、覆土厚度等关键指标的实时监测与闭环调控。例如，安装切碎长度在线监测装置，实时识别是否存在秸秆堆积或覆盖过量问题；在深翻犁具中布设压力传感器，动态调整下压力以适应不同土壤硬度。结合无人驾驶拖拉机、变量播种系统和无人机飞播技术，以实现作业路径自动规划、种肥协同投放和秸秆分布精准调节，有效缓解因覆盖不均造成的出苗障碍。同时，作业数据可通过物联网平台回传与分析，为农机农艺一体化决策提供实时依据。
4.2 节能高效与模式创新
针对秸秆处理效率方面，可以通过改进粉碎装置的刀辊结构与传动系统，提升刀具材料的耐磨性与锋利度，降低切割阻力，同时在犁具与翻埋机构中引入低阻型铲刀和螺旋抛撒装置，提高秸秆翻埋均匀度与作业顺畅性。另外，应加快粉碎—翻埋—播种一体化复式机具的迭代升级，在一次作业中完成秸秆处理与播种，减少重复作业环节，明显缩短稻麦衔接期。未来，还需推动电动化、混合动力及新能源机具的发展，配合能量回收技术与智能调动系统，在保证作业强度的前提下降低燃油消耗和碳排放，实现节能减排与经济运行的统一。
4.3 参数优化与精准作业
针对土壤理化性质方面，未来的农机农艺融合研究还应注重农艺参数的优化，包括留茬高度控制、播种模式调整和水肥协同管理等，以提升秸秆还田条件下的作物出苗率与群体结构稳定性。同时，加强对典型融合模式的系统研究与推广，总结并推广“粉碎还田+免耕播种”“部分还田+秸秆肥料化利用”等成熟案例，探索适用于不同土壤的可复制技术路径。强化精准化作业能力，研发带碎度分级调节的刀具系统与三维匀抛装置，根据秸秆类型和土壤质地控制粉碎长度、确保秸秆均匀分布，同时集成土壤紧实度传感器与液压调节模块，自动适配不同土壤的秸秆埋深，避免局部堆积堵塞通气孔隙。此外，充分发挥秸秆还田以改善土壤理化性质、提升有机质含量和促进碳循环，推动形成“绿色还田—精准调控—效益增值”的技术体系。
4.4 精准调控与绿色化
针对病虫草害方面，秸秆粉碎还田与有机肥、腐熟剂、微生物菌剂的集成应用，促进秸秆快速腐解与养分循环，减少氮素“锁定”与病虫害累积风险，提升土壤健康水平。通过技术革新从源头切断病虫害传播链、优化秸秆还田环境以抑制病虫害滋生，可研发 “秸秆预处理+还田一体化”设备，在秸秆粉碎环节加装高温热风处理模块（如瞬时 80~100℃高温杀灭病原菌和害虫）。需强化秸秆还田的“精准调控能力”，开发带作物类型与连作年限识别功能的变量覆盖系统，针对稻麦连作田块自动调整秸秆粉碎细度与覆盖深度。同时可在农机上搭载病残体筛选装置，分离出带明显病斑的秸秆残体（如稻麦病株残体）并单独收集处理，而非直接还田。此外，还可推动农机具与农田生态防控的协同设计，比如在秸秆覆盖作业时预留均匀的通风沟槽，降低田间湿度以抑制部分喜湿病害发生。
总体而言，稻麦周年轮作区秸秆还田正经历由单一机械作业向农机—农艺—生态多维融合的转型升级，该趋势不仅强调机械装备在粉碎、翻埋和播种环节的高效衔接，更注重与农艺措施和生态过程的协同配合。未来秸秆还田装备与技术体系将呈现区域适配与智能融合、节能高效、作业精准、绿色发展的协同趋势。通过机械节能、农机农艺深度融合与智能化升级，可全面提升作业质量和适应性，为稻麦周年轮作区的绿色高效生产提供坚实支撑。
5 结语
稻麦周年轮作区是粮食主产区之一，秸秆产量大、处理周期短，直接焚烧虽可快速清田，却带来环境污染与土壤退化等问题。秸秆还田技术作为农业绿色生产的核心措施之一，其优点体现在土壤改良、生态保护、成本节约及资源循环四大维度。稻麦周年轮作区域内粉碎旋耕、覆盖、翻埋与反旋灭茬等多类还田方式得到广泛应用。目前秸秆还田机械装备形成了以粉碎还田机、深翻还田机、免耕与覆盖播种机和秸秆打捆还田机为主的多元化装备格局，相关机具逐渐由单一功能向多功能一体化方向演进，并在一定程度上提升了秸秆利用效率和土壤改良效果。在实际应用中，机械作业还需与农艺措施融合，从而实现秸秆还田的提质增效。然而农机农艺融合面临着地形适应性、秸秆处理效率、土壤理化性质、病虫草害等方面的现实挑战。未来，应在以下几方面加以改进：一是加快多功能、智能化机具的研发与应用，探索适配不同区域土壤的差异化农机农艺耦合模式；二是推动一体化复式机具的迭代升级，提高作业顺畅性，缩短稻麦衔接期；三是强化秸秆资源的高效循环利用，探索“部分粉碎还田+打捆离田”的双轨模式；四是注重长期生态与环境效益评价，推动绿色可持续发展。本文为秸秆资源高效利用和农业绿色转型提供参考。