農作物秸稈還田對土壤性狀的影響

摘要 農作物秸稈還田作為一項有效的農業措施得到了大力地推廣應用。重點對秸稈還田對土壤有機質、土壤微生物區系、土壤結構、土壤養分以及對土壤產生不利的影響進行探討，為秸稈還田技術在作物秸稈資源綜合利用過程中發揮充分作用提供技術支撐。

關鍵詞 農作物秸稈還田；土壤性狀；探討

中圖分類號 S141.4 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）25-08560-03

Abstract The cropstraw returning as an effective measure has been vigorously promoted. The effects of cropstraw returning on soil organic matter， microorganisms in soil， soil structure， soil nutrition and negative influences were discussed， which will provide technical support for cropstraw returning in utilizations of crop straw.

Key words Cropstraw returning； Characteristics of soil； Discussion

我國農作物秸稈資源十分豐富。據不完全統計，全國年產各種秸稈資源約超過7億t，占全世界秸稈總量的20%～30%。淮安市地處江蘇中北部，是農業大市，全市農作物種植面積約61.2萬hm2，可收獲秸稈資源總量為371.4萬t，主要種植水稻、小麥、玉米、大豆、薯類、油菜、花生等，其中水稻、小麥、玉米種植面積最大，秸稈資源量達200.1萬t，占全部可利用秸稈資源的96.6%。近年來，由于農村生活水平的提高，農村能源結構改變，農民不再以秸稈作為主要燃料，造成秸稈大量過剩。盡管各級政府頒布了禁燒令，由于種植茬口安排時間緊、勞動力少、直接經濟價值低等原因，農村中還是出現大量的秸稈焚燒現象，既浪費了資源，又污染了環境，導致空氣質量下降。如何科學、合理利用農作物秸稈資源，是政府、科技等各級單位、個人關心的焦點問題。秸稈還田是秸稈利用的一種重要方式，既具有提高土壤有機質含量、改善土壤理化性質、增加土壤微生物等多方面的作用，而且能在一定范圍內增加后茬作物的產量[1-6]。為幫助人們了解秸稈還田技術和對土壤性狀的影響，筆者就秸稈還田后對土壤性狀的影響進行探討，為秸稈還田技術在作物秸稈資源綜合利用過程中發揮充分作用提供技術支撐。

1 秸稈還田技術概況

我國目前秸稈還田技術主要有直接還田和過腹還田兩類。過腹還田與畜牧業發展、飼料業發展關系密切。目前，全國過腹還田的總消耗量約1 000萬t[7-8]。筆者探討的是直接還田對土壤性狀的影響。

機械粉碎旋耕還田是目前主要的一種還田方式。由于機械化技術的不斷提高，采用機械作業直接粉碎還田，生產效率提高了40～140倍。與旋耕滅茬結合，能加速秸稈在土壤中的腐熟降解，從而易被土壤吸收，改善土壤的理化性狀，增加肥力，促進作物產量的持續增加[9-10]。該技術是一項高效低耕、省工、省時的有效措施，已被農民普遍接受和推廣。

采用覆蓋栽培還田技術，在秸稈腐爛后能增加土壤有機質含量，補充土壤N、P、K和微量元素的含量，改善土壤理化性狀，促進土壤中物質的生物循環，同時能為土壤增強蓄水能力，提高水分利用率，促進后茬作物的生長發育[11-13]。王振忠等

[14-16]研究發現，高茬麥秸還田是麥茬旱直播稻的一種秸稈覆蓋栽培還田方式，其水稻產量與常規稻產量持平而略增，能夠省工節水，增加農民效益。但是，該項技術有待進一步研究。

堆肥漚肥腐熟還田是解決我國當前有機肥源缺乏的主要途徑之一，也是中低產田改良土壤、增強肥力的一項重要措施。該技術利用快速堆腐菌劑產生大量纖維素、半纖維素酶，在較短時間內將有機物堆制成有機肥[17-24]。當前，堆漚肥腐熟還田技術大多采用在高溫、密閉、兼氣性條件下腐爛秸稈，同時能夠減輕田間病蟲草害，但是實際操作中有一定難度，因此該技術難于推廣。

2 農作物秸稈還田對土壤性狀的影響

2.1 農作物秸稈還田對土壤有機質的影響

土壤有機質不僅能改善土壤理化性狀，而且能促進作物生長發育。秸稈還田是提高土壤有機質的一項重要舉措[25]。馬愛國等[26]研究表明，秸稈以7 500 kg/hm2還田效果最佳，水稻產量增加9.3%，土壤有機質含量比對照提高了0.08個百分點。王才斌等[27]研究表明，在小麥花生兩熟栽培模式下，上年度小麥秸稈還田比下年度小麥增產6.4%，花生增產9.2%，連續2年還田，花生增產14.2%，土壤有機質提高了0.05個百分點。劉鵬程等[28]水稻高留茬還田研究表明，與對照相比，高留茬能顯著提高土壤有機質，在增加的有機質中易氧化態有機質所占比例為77%，使土壤土壤有機質氧化穩定系數下降，土壤有機質的化學性能增強，有助于增強土壤養分的供應能力。張振江[29]研究表明，麥稈直接還田、配施化肥是解決土壤有機質減少問題的有效途徑，在未實施麥秸直接還田區土壤有機質含量平均每年減少0.45 g/kg，而實施麥秸還田區有機質含量平均每年減少0.12 g/kg，在實施麥秸還田區按低中高量配施化肥，有機質含量則每年平均增加了0.16、0.17、0.05 g/kg。嚴慧嶺[30]研究表明，在鹽土上，以同量的秸稈覆蓋和翻壓還田，3年后覆蓋還田處理土壤有機質含量增加了0.1%，翻壓還田處理的有機質含量增加了11%[30]。

2.2 秸稈還田對土壤微生物區系的影響

農作物秸稈還田為土壤微生物提供充分的碳源，促進微生物的生長繁殖，提高微生物活性。曾木祥等[31]研究表明，秸稈還田后，肥沃土壤細菌數量增加了0.5～2.5倍，貧瘠土壤細菌數量增加了2.6～3.0倍，在20%的合適土壤含水量時，細菌數量更多，兩類土壤分別增加了3.5、3.0倍。譚周進等[32]研究表明，秸稈還田后，由于水稻田土壤的氧化還原電位較低，不利于好氣性霉菌和放線菌的滋生，因此降解作物秸稈的主要微生物是細菌。秸稈覆蓋還田處理的土壤中細菌總數要高于無覆蓋土壤。這是因為秸稈促進土壤細菌的繁殖，提高土壤細菌活性。在覆草免耕土壤中，放線菌數量多于覆草翻耕土壤，但總數與其他處理土壤相比有所下降。這主要因為放線菌是好氣微生物。

2.3 農作物秸稈還田對土壤結構的影響

秸稈還田能夠增加土壤孔隙度，減少土壤容重。許多研究表明，秸稈還田后土壤孔隙度明顯增加，且大孔隙占總孔隙的比例較大，使容重變輕，收縮率和破碎系數變小，土壤疏松通透性改善。李新舉等[33]研究表明，經3年秸稈還田后，秸稈覆蓋方式還田土壤總孔隙度增加了4.11%，土壤容重減少了0.11 g/cm3，秸稈翻耕還田方式使土壤孔隙度增加了3.34%，土壤容重減少了0.09 g/cm3。秸稈還田還能通過增強土壤微生物的活性來提高土壤團聚體的穩定性。劉鵬程等[28]研究表明，水稻高留茬還田能減少土壤細團聚體的數量，增加粗微團聚體的數量，說明高留茬還田中增加有機質促進了土壤顆粒的膠結和團聚作用，使得土壤中的微小顆粒結成較大的微團聚體，土壤結構得到改善。高明等[34]研究同樣表明，不同稻草還田處理可使得土壤中0.25～1.00 mm粗微團聚體含量增加，而小于0.01 mm細顆粒含量減少。

2.4 農作物秸稈還田對土壤養分的影響

由于農作物秸稈還田提高了土壤有機質含量，改善了微生物區系，特別是為土壤微生物活動提供了充足的能源與碳源，大大提高了微生物繁殖量。微生物本身含有一定數量的C、N、P、S，可成為作物有效養分儲備庫。微生物還參與土壤C、N、P、S等元素的循環過程和土壤礦物的礦化過程，對土壤保N、溶P、解K起著至關重要的作用。

由于秸稈覆蓋還田處理不擾動土壤，可大大降低土壤中養分的礦化率，使土壤養分有不同程度的增加。應該注意的是，由于秸稈的C/N較大，微生物降解秸稈需要消耗土壤中的大量的N，因此適當補充氮肥十分必要。此舉可在一定程度提高P、K水平。王振忠等[35-37]研究表明，秸稈還田加施化肥能使土壤中的速效磷大幅度增加，由試驗前的75 mg/kg增加到100 mg/kg，平均年遞增8.0%，而鉀元素含量提高能極大地提高作物產量，改善品質。

2.5 秸稈還田對土壤的不利影響

農作物秸稈還田對土壤存在一些不利的影響。首先，產生大量的有機酸，影響后茬作物的生長發育，造成大量僵苗、死苗現象，影響產量和品質；其次，秸稈腐熟過程中會釋放N2O和CH4，2種氣體都對地球溫室效應貢獻巨大；再者，秸稈還田可能有增加土壤重金屬污染的風險。單玉華等[38]研究了水稻、小麥秸稈在淹水條件下乙酸、丙酸、丁酸在土壤中的積累與秸稈碳氫比、氮肥添加量的關系，發現在不施氮肥條件下隨秸稈還田量的增加，有機酸積累顯著增多，且麥稈比稻稈還田有機酸積累量顯著偏高，在麥稈還田后增施氮肥能有效減少有機酸的積累，但可能會促進CH4的排放。馬二登等[39]研究表明，稻稈表面覆蓋還田會顯著增加麥田N2O的排放量。鄒國元等[40]研究發現，秸稈還田后施氮肥會造成氮素反硝化作用加強，N2O排放量遠高于不秸稈還田的田塊。陳春梅等[41]研究表明，秸稈還田對CH4的排放有促進作用，麥秸還田20 d后土壤CH4的排放開始急劇增加，并在41～45 d達到頂峰，同時發現麥稈還田量與土壤CH4的排放總量呈線性正相關。

對于秸稈還田是否增加土壤重金屬污染的風險，有不同的研究結論。王艮梅等[42]研究在水田中不同有機物料條件下施用蠶豆苗，發現添加蠶豆苗會明顯提高土壤Cd的有效性。這可能是由于有機物料帶入水溶性有機物，提高土壤中重金屬的活性和遷移能力，從而增加重金屬污染。李戀卿等[43]研究表明，在太湖地區不同土壤利用情況下，秸稈還田會減少有效性Pb庫。這可能是由于添加秸稈后有機物與土壤中的Pb相互作用，改變Pb的存在形式，從而減少污染風險。

3 展望

農作物秸稈還田相關研究是一個永恒的課題。秸稈的利用方式和作用研究存在相當多的分歧。大量實踐表明，秸稈還田對土壤脫氫酶和多酚氧化酶有影響[44]，對田間雜草發生有影響[45]等。秸稈還田對土壤的性質影響還與秸稈的種類、粉碎的程度、還田量、配施肥料、還田時間等多種因素相關[46-51]。同時，在不同地區、不同的土壤類型也存在很大的差異。但是，因秸稈含有一定量的N、P、K等多種元素，還富含大量纖維素、半纖維素、木質素、蛋白質等有機物質，采用因地制宜的秸稈還田技術對改良土壤質量、改善土壤結構、提高土壤養分等具有重要作用。大量研究表明，農作物秸稈還田不僅能改良土壤，而且能提高作物產量，改善作物品質。因此，世界各國已陸續將秸稈還田技術作為農業生產中土壤培肥的一項重要措施。

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