秸稈還田培肥土壤的效應及機制研究進展

張 婷， 張一新，2， 向洪勇，2

(1.西交利物浦大學淮安新型城鎮化發展研究院，江蘇淮安 223005； 2.西交利物浦大學環境科學系，江蘇蘇州 215123)

隨著我國人口數量日益增加，耕地面積逐年減少、耕地質量逐漸下降，人地矛盾越來越突出[1]。我國糧食安全正面臨著日益嚴峻的挑戰[2-3]。為保證糧食安全，我國在農業上會使用大量化肥，而過量使用化肥會導致我國土壤酸化、板結、結構破壞、養分失衡等地力衰退問題及水體污染問題[2，4-5]，因而迫切須要尋求在保障糧食安全前提下可改良土壤結構、改善土壤養分狀況、減少化肥使用的新施肥措施。

秸稈作為農業生產的主要副產品，含有豐富的有機碳及大量的氮、磷、鉀、硅等農作物生長所必需的營養元素，是一類重要的能直接利用的可再生生物資源[6]。我國是世界上秸稈產量最大的國家之一，平均利用率僅有32%，遠低于美國68%、英國73%的秸稈還田量[7]。一方面大量秸稈的棄置會導致資源的嚴重浪費；另一方面秸稈田間地頭的隨意堆放會導致水體富營養化等水污染問題，秸稈的焚燒會導致霧霾等空氣污染、土壤與微生物結構破壞等問題[8]。研究發現，秸稈還田不僅能夠提高土壤養分含量，而且能夠改良土壤結構，還具有一定的提高糧食產量的潛力[9-10]，同時還能增加農田土壤的固碳量，作為化肥的補充甚至替代品改善因化肥的過度使用導致的土壤酸化、板結、地力衰退等問題，為發展有機農業提供條件[11-12]。因而廣泛推廣實施秸稈還田對保障我國糧食安全、農業可持續發展、生態環境健康具有重要的意義。

本文綜述了國內外關于秸稈還田培肥土壤的效應及其機制的研究進展，旨在為開展秸稈還田培肥土壤機制的深入研究提供參考。

1 秸稈還田對土壤的培肥效應研究

土壤肥力是指土壤為植物生長供應和協調養分、水分、空氣和熱量的能力，主要包括容重、團聚體組成等土壤物理性質，有機質、氮、磷、鉀、pH值等土壤化學性質以及微生物、酶、動物等土壤生物學性質[13]。因此，秸稈還田的培肥效應也包括對土壤物理、化學、生物學性質的影響。

1.1 秸稈還田對土壤物理性質的影響

容重是土壤松緊狀況的度量，其在一定程度上能夠反映土壤的總孔隙度、毛管孔隙度、通氣孔隙度等土壤通氣透水條件，良好的土壤通氣透水條件不僅能夠促進土壤微生物的活動，而且能夠增強土壤養分的轉化與運移，從而促進作物生長。因此，土壤容重常用于農業生產中，是反映土壤物理性質的重要指標[14-15]。大量研究均發現，秸稈還田可以顯著降低土壤容重，提高土壤孔隙度[16-18]，但其對容重的影響還與秸稈還田量[19]、化肥配合使用[18]有關。

團聚體作為反映土壤物理性質的另一個重要指標，可為土壤水分和養分儲存提供重要的場所，在一定程度上團聚體數量越多，土壤養分水分含量越高，相反團聚體數量越少，土壤養分水分含量越低[20]。研究發現，秸稈還田對土壤團聚體具有顯著影響[21-24]，但秸稈還田對土壤團聚體粒徑分布的影響不大[25]。同時，秸稈還田主要通過使土壤中的細小土壤顆粒締結成較大的微團聚體以改變土壤團聚體組成。一方面秸稈釋放出的有機物質在微生物作用下形成腐殖質，能提高土壤膠結作用，有利于0.25～1.00 mm土壤微團聚體的形成；另一方面秸稈分解釋放的有機物被礦物顆粒吸附、包被成團聚體內核，增加土壤團粒結構[26]。另外，秸稈還田對團聚體組成的影響還與秸稈種類有關[27-28]。

1.2 秸稈還田對土壤化學性質的影響

土壤有機質作為土壤質量和土地可持續利用的評價指標，不僅可以反映土壤肥力，而且可以反映區域土壤生態系統進化。大量研究表明，秸稈還田可以增加有機質積累[29-32]，提高土壤有機質含量[23，33-35]。一定范圍內，土壤有機質含量隨著秸稈還田量的增加而增加，但存在一個因耕作方式、土壤類型、氣候條件而異的最佳還田量[36-38]。當秸稈還田量為 4 500～6 000 kg/hm2時，可穩定土壤有機質含量[39]。另外，耕作方式[40-41]、還田年限[42-43]、土層深度[44]、土壤類型[45]、化肥使用[46]均會影響秸稈還田對土壤有機質的影響。研究發現，秸稈還田后土壤有機質含量明顯增加，在增加的有機質中主要是易氧化態有機質，有助于土壤養分供應的增強[47-48]。劉鵬程等研究也發現，高留茬處理增加的有機質中，易氧化形態的有機質占很大比例，大概在77%左右，由于增加的有機質主要是易氧化態有機質，從而導致土壤有機質的氧化穩定系數下降，土壤有機質的化學性增強，也對土壤養分供應的增強有利[49]。

秸稈除有較多的有機質外，還有一定數量的氮、磷、鉀，因而也會對土壤氮、磷、鉀含量產生影響。研究發現秸稈還田會顯著增加土壤氮[50-52]、磷[53]、鉀[54-55]含量。但這種增加作用與秸稈種類[56]、秸稈還田量[57]、化肥使用[57]、土壤肥力[58]、秸稈被翻埋的深度[59]有關。

土壤pH值作為土壤化學性質的重要方面，一方面會影響作物根系生長，另一方面還會影響土壤微生物、動物的生長繁殖及酶活性，進而影響土壤中養分的轉化和循環[60]。有研究表明，秸稈還田后土壤pH值降低[61]。但也有研究發現，秸稈還田對土壤pH值的影響與土壤本來的pH值有關，在酸性土壤上稻草覆蓋還田后，土壤pH值上升；而在堿性土壤上稻草覆蓋后，土壤pH值下降[62]。

1.3 秸稈還田對土壤生物學性質的影響

1.3.1 秸稈還田對土壤微生物的影響 秸稈還田不僅改善了土壤的理化性質，為微生物的生長繁殖提供了良好的環境[63]，而且提高了土壤養分含量，為微生物提供了豐富的碳源、氮源[64]，因而也會對土壤微生物產生影響。大量研究發現，秸稈還田會增加土壤微生物的數量和活性[65-66]。秸稈還田對微生物的影響隨著秸稈還田量的增加先增加后減少，即存在一個最佳還田量[67-68]。周文新等研究發現，在不同秸稈還田量處理中，在2/3稻稈還田量處理下增加微生物數量的效果最明顯[68]。陳冬林等研究發現，翻耕條件下以2/3還田量處理的土壤微生物數量和活性較高，而少免耕條件下1/3還田量處理提高作用最顯著[69]。因為秸稈中含有的養分大部分以難釋放的有機形式存在，而以易釋放的礦質形式存在的相對較少，短期內向土壤中釋放的養分效果不明顯，這樣會導致土壤碳氮比(C/N)失衡，因此秸稈還田量過高會增加土壤 C/N 比，較高的C/N不利于微生物的生長繁殖，因而導致微生物的數量和活性降低[70]。秸稈還田還會影響土壤微生物群落結構。在甘肅隴中地區的試驗表明，豌豆小麥輪作制度下，秸稈覆蓋導致土壤細菌、真菌數量分別增加56.7%、12.5%，而放線菌數量減少28.2%[71]。

另外，秸稈還田對微生物的影響還與秸稈還田方式[34]、還田深度[72]、化肥配合使用[73]、耕作方式[69]有關。在西藏自治區中部的試驗表明，與其他秸稈還田方式相比，秸稈覆蓋和高茬還田對土壤微生物數量的增加效果最好[34]。土壤中微生物數量的變化還與還田秸稈在耕層土壤中的分布有關[72]。秸稈還田量為6 000 kg/hm2，有機肥施用量為4 500 kg/hm2，氮肥施用量為240 kg/hm2時，土壤中微生物的數量較單獨秸稈還田增加顯著，因為較高的C/N不利于微生物生長繁殖[73]。Kushwaha等發現，秸稈還田配合少耕比配合常規耕作和免耕擁有更高的土壤微生物量碳和微生物量氮[74]。Staley等認為，秸稈還田配合免耕比配合常規耕作增加了表層土壤31%的微生物量碳[75]。另外，秸稈還田對土壤微生物的影響還隨還田時間而變化：短期內土壤微生物的變化主要由秸稈類型和還田方式決定；較長時間尺度上，其主要由秸稈還田引起的土壤理化性質的改變所決定[76-77]。尚志強等研究發現，不同秸稈還田后植煙土壤根際細菌和放線菌數量大小為麥稈還田>稻稈還田>無秸稈還田的處理，而根際真菌的數量大小為無秸稈還田處理>麥稈還田處理>稻稈還田處理[78]。然而與這些研究結果不同的是，Cao等認為由于細菌和放線菌對木質素的敏感度低于真菌，水稻秸稈還田后細菌和放線菌數量較低，而真菌數量較高[79]。也有研究認為，不同的秸稈類型可能通過其C/N差異而不是木質素含量來影響土壤微生物的群落演替[80]，但其內在機制有待未來進一步研究。劉建國等在長期的秸稈還田中發現，隨著秸稈還田年限的增加，土壤微生物總數呈先減少后增加的趨勢，土壤微生物在種群結構方面則表現為短期內真菌數量增加，土壤微生物總量下降，生物多樣性指數較低，而秸稈還田10年以上，細菌數量增加，微生物總量增加，真菌所占比重下降，生物多樣性指數增加[81]。

秸稈作為外源養分物質介入農田土壤后，土壤微生物區系發生了顯著變化，目前的研究主要集中于土壤優勢微生物種群數量、活度及微生物量碳氮對秸稈介入的響應，由于土壤是多種有機體并存的復雜動態生物系統，因此土壤微生物組成對秸稈介入的響應很難精確測定。隨著土壤微生物研究技術和手段的改進，秸稈還田下土壤微生物學效應研究有待深入。揭示秸稈介入農田土壤后微生物組成及區系上的變化，有助于更加全面地評價秸稈還田后土壤肥力的變化特征。

1.3.2 秸稈還田對土壤酶的影響 土壤酶作為土壤組分中最活躍的有機成分之一，主要來源于土壤微生物、植物根系分泌及動植物殘體分解，包括氧化還原酶類、水解酶類、裂合酶類和轉移酶類，與土壤營養元素循環、植物營養等密切相關，是評價土壤肥力水平及土壤健康的重要指標[82]。陳強龍研究表明，玉米秸稈還田可顯著提高土壤脫氫酶及過氧化物酶2種氧化還原酶的活性，對過氧化氫酶、多酚氧化酶這2種氧化還原酶活性則沒有顯著影響[83]。大量研究表明，作物秸稈還田可顯著提高土壤熒光素二乙酸酯水解酶、酸性磷酸酶、堿性磷酸酶、芳基硫酸酯酶、β-葡糖苷酶、纖維素酶和脲酶等水解酶的活性[84-86]。

但秸稈還田對土壤酶活性的影響還與化肥配施、秸稈類型、土壤類型、秸稈還田量、耕作方式有關。Gaind等研究表明，水稻秸稈與化肥配施顯著提高了土壤脫氫酶活性[87]。朱強根等研究表明，秸稈還田處理與試驗初相比土壤過氧化氫酶活性有所下降[88]。褐潮土長期玉米秸稈還田結果表明，土壤磷酸酶和蔗糖酶的活性顯著提高，但脲酶的活性有所下降[89]。旱地黃土長期定位試驗則表明，秸稈還田顯著提高了脲酶和堿性磷酸酶活性[90]。不同稻草量同一時期還田的結果表明，67%稻草還田處理的土壤纖維素酶、蛋白酶和脲酶都表現了最強的活性，而0%與100%稻草還田由于未能改善土壤的理化性質及微生物狀況從而不利于土壤酶活性的提高[91]。此外，耕作方式及秸稈還田方式的不同對土壤酶活性的影響也有顯著差異。與常規耕作相比，免耕條件下秸稈還田顯著提高了0～10 cm土壤蔗糖酶、堿性磷酸酶和脲酶活性[61]，這是由于不同耕作方式對土壤的擾動程度不同，形成了不同的土壤環境，從而造成土壤酶活性的差異[92]。

1.3.3 秸稈還田對土壤動物的影響 土壤動物的存在和活動可以改善土壤生態環境、培肥土壤地力、增加植物可利用養分含量，因此，土壤動物的活動強弱也是表征土壤肥力水平的重要指標[93-94]。秸稈還田對土壤動物種群分布有明顯影響。研究表明，秸稈還田能明顯促進原生動物豐度，但不影響土壤原生動物豐度的季節性動態變化特征[88，95]。曹志平等研究表明，秸稈還田量和化肥配施均會影響秸稈還田對土壤動物的影響，蚯蚓種群數量隨秸稈還田量的增加而增加，配施化肥能顯著增加蚯蚓種群數量[96]。另外，秸稈還田對土壤動物的影響還因秸稈種類的不同而不同。研究表明，三葉草秸稈還田對原生動物的促進作用高于水稻秸稈[97]。

盡管大量研究已證實土壤動物是土壤肥力的重要組成部分，但由于研究手段的缺乏，目前關于秸稈還田對土壤動物影響的研究還較少，主要集中在少數幾個土壤動物類群(如土壤線蟲、彈尾類、蚯蚓等)，且多為描述性[98]。隨著各種先進儀器和研究方法的進步，今后有待加強秸稈還田對土壤動物的影響，以全面認識秸稈還田對土壤的培肥效應。

2 秸稈還田培肥土壤的可能機制

秸稈還田培肥土壤實際上是秸稈在各種生物作用下將養分釋放出來，增加土壤養分含量，同時又在另外一些生物的作用下，改變土壤的物理、化學、生物性質的過程，在此過程中土壤微生物、酶、動物發揮著重要的作用，因而把秸稈還田培肥土壤的機制分為微生物學機制、酶學機制和動物學機制。

2.1 微生物學機制

秸稈還田對土壤的作用開始于土壤微生物對秸稈的分解過程，進而土壤微生物作為地下食物網最初的分解者，參與了有機質的分解、腐殖質的形成，調控著秸稈還田后土壤中能量和養分循環等各個生化過程[99]。Weber等指出秸稈碎片上的水解反應大多開始于細菌黏附于秸稈之上并產生水解酶[100]。Tun等將秸稈施入土壤后利用電鏡掃描在秸稈表面也發現了微生物的大量附著[101]。國內外已有較多文獻報道了土壤微生物在秸稈腐解和營養元素釋放過程中的作用[102]。

不同土壤微生物的生長環境、功能不同，因而其在秸稈分解的不同過程中發生著不同的變化，參與秸稈中特定物質的分解。Glissmann等在水稻土中混入秸稈培養一段時間后再將秸稈和土壤分開繼續培養，隨后分別測定秸稈和土壤中細菌和古菌的豐富度，發現在同一個樣品、同樣的時間點上，細菌的16S rRNA比例要高于古菌，特別是在秸稈樣品中，細菌所占比例極高[103]。古菌雖然在秸稈的微生物群落中只占了很小一部分，但隨著培養時間的延長而增加，而土壤中細菌所占比例則在培養28 d后降低。對16S rRNA進行定量化發現，秸稈樣中微生物rRNA量的增加主要來源于細菌，在土壤樣中，細菌rRNA量隨著培養時間延長而下降，而古菌則基本保持穩定。結合甲烷、產甲烷中間產物和水解酶活等指標的測定，Glissmann等認為，秸稈施入土壤后，水解及最初的發酵反應是在秸稈上進行的，而產甲烷過程則主要在土壤中進行[103]。

秸稈還田增加了土壤微生物的碳源，刺激了微生物活性，大量增加了土壤細菌數量，真菌和放線菌的數量也有所增加，土壤微生物的多樣性及生物緩沖性得以提高。此外，秸稈介入顯著提高了微生物碳、氮含量，對于土壤有機質礦化、腐殖質形成和分解、營養元素循環具有積極作用，一定程度上提高了土壤肥力。

秸稈作為外源碳介入農田土壤后，土壤微生物區系發生了顯著變化，目前的研究主要集中于土壤優勢微生物種群數量、活度及微生物量碳氮對秸稈介入的響應，由于土壤是多種有機體并存的復雜動態生物系統，因此土壤微生物組成對秸稈介入的響應很難精確測定。隨著土壤微生物研究技術和手段的改進，秸稈還田下土壤微生物學效應研究將有待深入。揭示秸稈介入農田土壤后微生物組成及區系上的變化，同時明確與土壤肥力提升關鍵生物過程相關微生物對秸稈還田的響應，將有助于闡明秸稈還田提升土壤肥力的微生物學機制。

秸稈還田對土壤微生物的影響復雜，受多種因素的影響。而不同微生物在秸稈分解、養分釋放、培肥土壤的功能不同，因而導致不同秸稈還田方式可能導致不同的培肥效應。闡明不同秸稈還田過程中土壤微生物動態變化特征及機制，全面揭示不同微生物在秸稈還田中的作用，可為揭示秸稈還田的微生物學機制奠定基礎，進而為制定合理的秸稈還田方式及人為干預措施提供指導。

2.2 酶學機制

土壤酶作為土壤組分中最活躍的有機成分之一，與有機質礦化分解、營養元素循環、能量轉移、環境質量等密切相關[104]。目前已被鑒定出的約60種土壤酶活性表明，土壤酶活性與土壤質量大部分理化指標顯著相關[105]。土壤脲酶和堿性磷酸酶活性與土壤養分之間呈顯著或極顯著相關關系，可以作為衡量土壤肥力水平的指標[90]。不同的酶參與秸稈培肥土壤的不同過程。土壤水解酶直接參與了秸稈的分解與養分釋放，可分解聚多糖、蛋白質等大分子物質，形成簡單、易吸收的小分子物質，對土壤生態系統中碳、氮、磷循環具有重要作用[106]；而土壤氧化還原酶則與秸稈養分釋放后的有機質轉化及腐殖質組分形成等密切相關[107]。脲酶與土壤供氮能力相關，酸性和堿性磷酸酶與磷素轉化相關，纖維素酶、蔗糖酶、β-葡糖苷酶、芳基硫酸酯酶與土壤碳循環相關。總之，土壤酶不僅提高了秸稈還田后土壤速效養分的供應能力，而且有利于土壤全量養分的積累，從而加速土壤養分轉化循環，有利于土壤肥力的提高。

秸稈還田的酶學研究目前主要集中于少數的幾個酶，且由于土壤酶提取方法的不足導致秸稈還田的酶學研究較為粗淺。隨著土壤酶學研究的發展，秸稈還田的酶學機制研究范圍、內容有待進一步拓展與細化。深入研究土壤養分循環及有機質轉化等關鍵過程相關酶活性對秸稈介入的響應，明確秸稈還田影響酶促反應的機制，全面揭示土壤酶對土壤肥力提升的貢獻，將是秸稈還田條件下土壤酶學效應研究的發展趨勢。

2.3 動物學機制

土壤動物是土壤養分的制造者之一，它能粉碎地面或地下的秸稈，并在土壤微生物作用下將碎片進一步分解成能被植物利用的營養物質，這些營養物質與土壤混合后即為肥沃的腐殖質[108]。蚯蚓作為土壤中最為重要的分解者，被稱為“土壤生態系統工程師”，它能夠通過一系列生命活動影響土壤，并對秸稈還田后有機物的分解做出重要貢獻[109]。蚯蚓在土壤中的取食活動強烈影響著土壤的物理和生物化學性狀，如破碎消化秸稈，使之與土壤礦物質顆粒混合，改善秸稈性質，從而為微生物的活動提供豐富有效的基質，改變土壤微生物的生存環境，增加微生物數量，進而加快秸稈分解和養分釋放[110-111]。焦加國等指出蚯蚓活動在表面施加秸稈時對土壤微生物量碳都有顯著的促進作用[112]。也有研究發現，在秸稈還田時輔以蚯蚓處理，可加快秸稈的腐解過程[113]。

2.4 三者生態關系及相互作用機制

盡管土壤微生物、酶、動物在秸稈還田培肥土壤中發揮著各自的功能，但三者相互聯系、相互影響，共同參與秸稈還田培肥土壤過程。

土壤微生物可以與土壤動物間形成良性循環互動。土壤微生物對秸稈的分解為土壤動物提供了豐富的食物來源；而土壤動物的活動又可大大加速土壤中有機物料的降解，同時擴大微生物的生活空間，增加微生物數量；微生物數量的增加又能進一步促進土壤中有機物的加速分解[110-111]。還有研究表明，在有機物質量較低時，原生動物的捕食作用對細菌固持氮素的釋放尤為重要[114]。也有研究認為，微型土壤動物通過選擇取食、主動遷移和代謝分泌改變微生物群落結構，加速微生物周轉，促進養分和激素釋放，調控有機碳積累和穩定性，驅動微生物多樣性和功能穩定性。土壤微生物與土壤酶的相互聯系體現在土壤微生物是土壤酶的重要來源之一。土壤微生物的變化必然會對土壤酶產生影響，而土壤酶參與的土壤物理、化學性質的改變又會對土壤微生物產生影響，同樣也會影響土壤動物[82]。土壤動物對土壤酶的影響體現在一方面它是土壤酶的來源之一，另一方面它對土壤理化性質的改變會對土壤酶活性產生影響，再一方面它可以通過影響微生物從而影響土壤酶[111]。

因此，在秸稈還田培肥土壤過程中，土壤微生物、酶、動物三者既有分工，又有協作，相互聯系，相互影響，共同完成秸稈還田對土壤的培肥過程。因此，不考慮土壤微生物、酶、動物的相互聯系就不可能全面揭示秸稈還田培肥土壤的機制。

3 研究展望

土壤肥力及其變化趨勢是涉及到我國糧食安全、農村經濟社會發展和農業可持續發展的重大問題之一。隨著人口的不斷增加，農業單位土地的承載力日益加重，單位土地上的糧食產出需要不斷提高，這就迫切要求廣泛推廣秸稈還田措施，以培肥土壤，促進糧食持續穩產高產。雖然，國內外針對秸稈還田對土壤的培肥效應及其機制已開展了大量研究，并取得了一定進展，但至今仍不能因地制宜制定合理的秸稈還田措施及配套農藝措施，以充分發揮秸稈還田培肥土壤的功能。今后還應重點在以下6個方面開展深入研究：(1)隨著土壤環境的惡化，土壤肥力還應包含土壤中不含有毒物質或者含量在人體健康范圍之內。土壤是由土壤顆粒、土壤微生物、土壤動物構成的有機體，有毒物質的存在可能威脅土壤微生物和動物，進而影響土壤的內穩態。而以往秸稈還田對土壤培肥效應的研究主要集中在土壤物理、化學、生物特征方面，因此，未來關于秸稈還田對土壤的培肥效應還應包括對土壤有毒物質的影響。(2)現代農業既要求土壤肥力較高，又要求生產力可持續，同時還要對生態環境友好、有利人體健康，因而秸稈還田的效果也應該是既能提高土壤速效養分含量以維持甚至提高作物產量，又能可持續、平衡地供給作物養分以保證農業可持續，還能減少農田CO2、CH4、NOx等溫室氣體排放以緩解溫室效應，再者還能降低農田有毒物質的毒性以保證食品安全。因而，在制定秸稈還田方式和配套農藝措施時要綜合考慮上述幾個方面。(3)目前，秸稈還田的研究多集中在秸稈還田對土壤培肥效應的研究，由于研究的不足及秸稈還田對土壤培肥機制的復雜性，關于秸稈還田對土壤的培肥機制還缺乏系統性的闡述，未來有待加強該方面的研究。(4)由于土壤是多種有機體并存的復雜動態生物系統，因此土壤微生物組成對秸稈分解的介入很難精確測定。隨著土壤微生物研究技術和手段的改進，秸稈還田下土壤微生物學效應研究將有待深入。揭示秸稈介入農田土壤后微生物組成及區系上的變化，同時明確與土壤肥力提升相關的關鍵微生物過程，將有助于闡明秸稈還田培肥土壤的微生物學機制。(5)秸稈還田的酶學機制研究目前主要集中于少數的幾個酶，且由于土壤酶提取方法的不足導致秸稈還田的酶學機制研究較為淺顯粗放。隨著土壤酶學研究的發展，秸稈還田的酶學效應研究范圍、內容有待進一步拓展與細化。深入研究秸稈養分釋放及土壤有機質轉化等相關過程的酶學機制，全面揭示土壤酶對土壤肥力提升的貢獻，將是秸稈還田條件下土壤酶學效應研究的發展趨勢。(6)秸稈還田對土壤肥力的提高是在土壤微生物、酶、動物的共同作用下完成的，三者相互聯系，相互影響，共同參與秸稈還田培肥土壤的過程。三者之間的功能差別和聯系有待通過長期田間定位試驗深入研究，以闡明和完善秸稈還田培肥土壤的相關機制，為合理利用秸稈資源培肥土壤提供理論依據與技術支持。

參考文獻：

[1]張福鎖，馬文奇. 肥料投入水平與養分資源高效利用的關系[J]. 土壤與環境，2000，9(2)：154-157.

[2]張福鎖，崔振嶺，王激清，等. 中國土壤和植物養分管理現狀與改進策略[J]. 植物學通報，2008，24(6)：687-694.

[3]胡鞍鋼，鄢一龍. 糧食安全“十三五”規劃基本思路[J]. 清華大學學報(哲學社會科學版)，2015，30(5)：158-165.

[4]魯彩艷，隋躍宇，史 奕，等. 化肥施用對黑龍江省黑土區近50年糧食產量的貢獻率[J]. 農業系統科學與綜合研究，2006，22(4)：273-275.

[5]詹 卉. 提高耕地質量和土壤肥力的政策思考[J]. 中國農業信息，2015，10(5)：3-4.

[6]高利偉，馬 林，張衛峰，等. 中國作物秸稈養分資源數量估算及其利用狀況[J]. 農業工程學報，2009，25(7)：173-179.

[7]李萬良，劉武仁. 玉米秸稈還田技術研究現狀及發展趨勢[J]. 吉林農業科學，2007，32(3)：32-34.

[8]畢于運，王亞靜，高春雨. 我國秸稈焚燒的現狀危害與禁燒管理對策[J]. 安徽農業科學，2009，37(27)：13181-13184.

[9]Moreno-Cornejo J，Zornoza R，Faz A. Carbon and nitrogen mineralization during decomposition of crop residues in a calcareous soil[J]. Geoderma，2014，230-231(7)：58-63.

[10]潘劍玲，代萬安，尚占環，等. 秸稈還田對土壤有機質和氮素有效性影響及機制研究進展[J]. 中國生態農業學報，2013，21(5)：526-535.

[11]郝翔翔，楊春葆，苑亞茹，等. 連續秸稈還田對黑土團聚體中有機碳含量及土壤肥力的影響[J]. 中國農學通報，2013，29(35)：263-269.

[12]Guo J H，Liu X J，Zhang Y，et al. Significant acidification in major Chinese croplands[J]. Science，2010，327(5968)：1008-1010.

[13]黃昌勇. 土壤學[M]. 北京：中國農業出版社，2000.

[14]莊恒揚，劉世平，沈新平，等. 長期少免耕對稻麥產量及土壤有機質與容重的影響[J]. 中國農業科學，1999，32(4)：39-44.

[15]徐永剛，馬 強，周 樺，等. 秸稈還田與深松對土壤理化性狀和玉米產量的影響[J]. 土壤通報，2015，26(2)：428-432.

[16]孫 皓，劉群松. 大力推廣秸稈還田改善農業生態環境[J]. 當代生態農業，1999(3)：47-49.

[17]李新舉，張志國. 秸稈覆蓋與秸稈翻壓還田效果比較[J]. 國土與自然資源研究，1999(1)：43-45.

[18]Guo Z，Wang D Z. Long-term effects of returning wheat straw to croplands on soil compaction and nutrient availability under conventional tillage[J]. Plant，Soil and Environment，2013，59(6)：280-286.

[19]蔣邵農，劉傳桃，陳 琦，等. 稻草還田量對土壤肥力和水稻生產的影響[J]. 湖南農業科學，2001(2)：29-30.

[20]王清奎，汪思龍. 土壤團聚體形成與穩定機制及影響因素[J]. 土壤通報，2005，36(3)：415-421.

[21]吳 婕，朱鐘麟，鄭家國，等. 秸稈覆蓋還田對土壤理化性質及作物產量的影響[J]. 西南農業學報，2006，19(2)：192-195.

[22]李愛宗，張仁陟，王 晶. 耕作方式對黃綿土水穩定性團聚體形成的影響[J]. 土壤通報，2008，39(3)：480-484.

[23]馬永良，師宏奎，張書奎，等. 玉米秸稈整株全量還田土壤理化性狀的變化及其對后茬小麥生長的影響[J]. 中國農業大學學報，2003，8(增刊1)：42-46.

[24]Malhi S，Lemke R. Tillage，crop residue and N fertilizer effects on crop yield，nutrient uptake，soil quality and nitrous oxide gas emissions in a second 4-yr rotation cycle[J]. Soil and Tillage Research，2007，96(1)：269-283.

[25]Limon-Ortega A，Govaerts B，Sayre K D. Crop rotation，wheat straw management，and chicken manure effects on soil quality[J]. Agronomy Journal，2009，101(3)：600-606.

[26]田文科，顧克禮，唐正元，等. 超高茬麥套稻高產栽培技術講座 第六講 超高茬麥套稻秸稈自然還田與肥水運籌技術[J]. 上海農業科技，1998(6)：62-64.

[27]Raimbault B，Vyn T. Crop rotation and tillage effects on corn growth and soil structural stability[J]. Agronomy Journal，1991，83(6)：979-985.

[28]Martens D A. Plant residue biochemistry regulates soil carbon cycling and carbon sequestration[J]. Soil Biology and Biochemistry，2000，32(3)：361-369.

[29]Duiker S，Lal R. Crop residue and tillage effects on carbon sequestration in a Luvisol in central Ohio[J]. Soil and Tillage Research，1999，52(1)：73-81.

[30]Zhang M，Sparrow S，Lewis C，et al. Soil properties and barley yield under a twenty-years experiment of tillage，straw management and nitrogen application rate in the sub-arctic area of Alaska[J]. Acta Agriculturae Scandinavica Section B—Soil and Plant Science，2007，57(4)：374-382.

[31]王立剛，李維炯，邱建軍，等. 生物有機肥對作物生長，土壤肥力及產量的效應研究[J]. 土壤肥料，2004(5)：12-16.

[32]Gupta R K，Sidhu H S. Nitrogen and residue management effects on agronomic productivity and nitrogen use efficiency in rice-wheat system in Indian Punjab[J]. Nutrient Cycling in Agroecosystems，2009，84(2)：141-154.

[33]汪金平，何圓球，柯建國，等. 廂溝免耕秸稈還田對作物及土壤的影響[J]. 華中農業大學學報，2006，25(2)：123-127.

[34]蔡曉布，錢 成，張 元，等. 西藏中部地區退化土壤秸稈還田的微生物變化特征及其影響[J]. 應用生態學報，2004，15(3)：463-468.

[35]張 鵬，李 涵，賈志寬，等. 秸稈還田對寧南旱區土壤有機碳含量及土壤碳礦化的影響[J]. 農業環境科學學報，2011，30(12)：2518-2525.

[36]Chen G，Weil R R. Root growth and yield of maize as affected by soil compaction and cover crops[J]. Soil and Tillage Research，2011，117(11)：17-27.

[37]Egashira K，Han J L，Karim A. Evaluation of long-term application of organic residues on accumulation of organic matter and improvement of soil chemical properties in a clay terrace soil of Bangladesh[J]. Journal of the Faculty of Agriculture，Kyushu University，2003，48(1)：227-236.

[38]Thomsen I K，Christensen B T. Yields of wheat and soil carbon and nitrogen contents following long‐term incorporation of barley straw and ryegrass catch crops[J]. Soil Use and Management，2004，20(4)：432-438.

[39]何生保. 農作物秸稈還田的可持續發展探討[J]. 農業機械，2001(1)：41.

[40]段華平，牛永志，李鳳博，等. 耕作方式和秸稈還田對直播稻產量及稻田土壤碳固定的影響[J]. 江蘇農業學報，2009，25(3)：706-708.

[41]陳尚洪，朱鐘麟，劉定輝，等. 秸稈還田和免耕對土壤養分及碳庫管理指數的影響研究[J]. 植物營養與肥料學報，2008，14(4)：806-809.

[42]馬永良，崔四平. 玉米秸稈整株原位翻壓還田技術研究[J]. 河北農業科學，2000，4(1)：1-8.

[43]張明亮. 桓臺縣麥套玉米機械化秸稈還田的考察[J]. 作物雜志，1999(6)：33-34.

[44]Tursic I，Husnjak S，Zalac S. Soil compaction as one of the causes of lower tobacco yields in the republic of Croatia[J]. Cereal Research Communications，2008，36：687-690.

[45]Turley D，Phillips M，Johnson P，et al. Long-term straw management effects on yields of sequential wheat (TriticumaestivumL.) crops in clay and silty clay loam soils in England[J]. Soil and Tillage Research，2003，71(1)：59-69.

[46]Liu E，Yan C R，Mei X R，et al. Long-term effect of chemical fertilizer，straw，and manure on soil chemical and biological properties in northwest China[J]. Geoderma，2010，158(3)：173-180.

[47]Tirol‐Padre A，Tsuchiya K，Inubushi K，et al. Enhancing soil quality through residue management in a rice‐wheat system in Fukuoka，Japan[J]. Soil Science & Plant Nutrition，2005，51(6)：849-860.

[48]Munkholm L J，Schj?nning P，Rüegg K. Mitigation of subsoil recompaction by light traffic and on-land ploughing：Ⅰ. soil response[J]. Soil and Tillage Research，2005，80(1)：149-158.

[49]劉鵬程，丘華昌. 不同方式秸稈還田培肥土壤的模擬試驗[J]. 土壤肥料，1994(6)：19-23.

[50]劉世平，聶新濤，張洪程，等. 稻麥兩熟條件下不同土壤耕作方式與秸稈還田效用分析[J]. 農業工程學報，2006，22(7)：48-51.

[51]李孝勇，武 際，朱宏斌，等. 秸稈還田對作物產量及土壤養分的影響[J]. 安徽農業科學，2004，31(5)：870-871.

[52]洪春來，魏幼璋，黃錦法，等. 秸稈全量直接還田對土壤肥力及農田生態環境的影響研究[J]. 浙江農業大學學報，2004，29(6)：627-633.

[53]Kumar S，Pandey D，Rana N. Effect of tillage，rice residue and nitrogen-management practice on yield of wheat (Triticumaestivum) and chemical properties of soil under rice (Oryzasativa)-wheat system[J]. Indian Journal of Agronomy，2004，49(4)：223-225.

[54]譚德水，金繼運，黃紹文，等. 不同種植制度下長期施鉀與秸稈還田對作物產量和土壤鉀素的影響[J]. 中國農業科學，2007，40(1)：133-139.

[55]吳 政. 一年三季秸稈還田培肥增效果研究[J]. 土壤肥料，1994(3)：10-11.

[56]高亞軍，朱培立，黃東邁，等. 稻麥輪作條件下長期不同土壤管理對有機質和全氮的影響[J]. 土壤與環境，2000，9(1)：27-30.

[57]勞秀榮，孫偉紅，王 真，等. 秸稈還田與化肥配合施用對土壤肥力的影響[J]. 土壤學報，2003，40(4)：618-623.

[58]van Asten P J A，van Bodegom P M，Mulder L M，et al. Effect of straw application on rice yields and nutrient availability on an alkaline and a pH-neutral soil in a Sahelian irrigation scheme[J]. Nutrient Cycling in Agroecosystems，2005，72(3)：255-266.

[59]譚德水，金繼運，黃紹文，等. 長期施鉀與秸稈還田對華北潮土和褐土區作物產量及土壤鉀素的影響[J]. 植物營養與肥料學報，2008，14(1)：106-112.

[60]梁東麗，李小平，谷 杰. 陜西省主要土壤養分有效性的研究[J]. 西北農業大學學報，2000，28(1)：37-42.

[61]羅珠珠，黃高寶，張仁陟，等. 長期保護性耕作對黃土高原旱地土壤肥力質量的影響[J]. 中國生態農業學報，2010，18(3)：458-464.

[62]袁家富. 麥田秸稈覆蓋效應及增產作用[J]. 中國生態農業學報，1996，4(3)：61-65.

[63]孟凡喬，吳文良，辛德惠. 高產農田土壤有機質、養分的變化規律與作物產量的關系[J]. 植物營養與肥料學報，2000，6(4)：370-374.

[64]Powlson D，Prookes P，Christensen B T. Measurement of soil microbial biomass provides an early indication of changes in total soil organic matter due to straw incorporation[J]. Soil Biology and Biochemistry，1987，19(2)：159-164.

[65]沙 濤，程立忠，王國華，等. 秸稈還田對植煙土壤中微生物結構和數量的影響[J]. 中國煙草科學，2000，21(3)：40-42.

[66]曾廣驥，付尚志，金 平. 有機物料對提高土壤肥力的效應分析[J]. 黑龍江農業科學，1988(3)：35-39.

[67]譚周進，李 倩，陳冬林，等. 稻草還田對晚稻土微生物及酶活性的影響[J]. 生態學報，2006，26(10)：3385-3392.

[68]周文新，陳冬林，卜毓堅，等. 稻草還田對土壤微生物群落功能多樣性的影響[J]. 環境科學學報，2008，28(2)：326-330.

[69]陳冬林，易鎮邪，周文新，等. 不同土壤耕作方式下秸稈還田量對晚稻土壤養分與微生物的影響[J]. 環境科學學報，2010，30(8)：1722-1728.

[70]韓新忠，朱利群，楊敏芳，等. 不同小麥秸稈還田量對水稻生長，土壤微生物生物量及酶活性的影響[J]. 農業環境科學學報，2012，31(11)：2192-2199.

[71]陳 蓓，張仁陟. 免耕與覆蓋對土壤微生物數量及組成的影響[J]. 甘肅農業大學學報，2005，39(6)：634-638.

[72]任萬軍，劉代銀，吳錦秀，等. 免耕高留茬拋秧對稻田土壤肥力和微生物群落的影響[J]. 應用生態學報，2009，20(4)：817-822.

[73]許仁良，王建峰，張國良，等. 秸稈、有機肥及氮肥配合使用對水稻土微生物和有機質含量的影響[J]. 生態學報，2010，30(13)：3584-3590.

[74]Kushwaha C，Tripathi S，Singh K. Variations in soil microbial biomass and N availability due to residue and tillage management in a dryland rice agroecosystem[J]. Soil and Tillage Research，2000，56(3)：153-166.

[75]Staley T，郎印海. 耕作方式對土壤微生物生物量影響的研究[J]. 水土保持科技情報，2001(1)：12-13.

[76]Azmal A K M，Marumoto T，Shindo H，et al. Changes in microbial biomass after continuous application of azolla and rice straw in soil[J]. Soil Science and Plant Nutrition，1997，43(4)：811-818.

[77]Ocio J，Brookes P，Jenkinson D. Field incorporation of straw and its effects on soil microbial biomass and soil inorganic N[J]. Soil Biology and Biochemistry，1991，23(2)：171-176.

[78]尚志強，徐 剛，許志強，等. 秸稈還田對烤煙根際微生物種群數量的影響[J]. 內蒙古農業科技，2011(5)：63-66.

[79]Cao N Y，Wang P，Kong C H. Effects of lignin from allelopathic and non-allelopathic rice straws onEchinochloacrus-galli and soil microorganisms[J]. Allelopathy Journal，2008，22(2)：397-402.

[80]張成娥，王栓全. 作物秸稈腐解過程中土壤微生物量的研究[J]. 水土保持學報，2000，14(3)：96-99.

[81]劉建國，卞新民，李彥斌，等. 長期連作和秸稈還田對棉田土壤生物活性的影響[J]. 應用生態學報，2008，19(5)：1027-1032.

[82]張詠梅，周國逸，吳 寧. 土壤酶學的研究進展[J]. 熱帶亞熱帶植物學報，2004，12(1)：83-90.

[83]陳強龍. 秸稈還田與肥料配施對土壤氧化還原酶活性影響的研究[D]. 楊凌：西北農林科技大學，2009.

[84]黃繼川，彭智平，于俊紅，等. 施用玉米秸稈堆肥對盆栽芥菜土壤酶活性和微生物的影響[J]. 植物營養與肥料學報，2010，16(2)：348-353.

[85]甄麗莎，谷 潔，高 華，等. 秸稈還田與施肥對土壤酶活性和作物產量的影響[J]. 西北植物學報，2012，32(9)：1811-1818.

[86]Deng S，Tabatabai M. Effect of tillage and residue management on enzyme activities in soils：Ⅲ. phosphatases and arylsulfatase[J]. Biology and Fertility of Soils，1997，24(2)：141-146.

[87]Gaind S，Nain L. Chemical and biological properties of wheat soil in response to paddy straw incorporation and its biodegradation by fungal inoculants[J]. Biodegradation，2007，18(4)：495-503.

[88]朱強根，朱安寧，張佳寶，等. 保護性耕作下土壤動物群落及其與土壤肥力的關系[J]. 農業工程學報，2010，26(2)：70-76.

[89]孫瑞蓮，趙秉強，朱魯生，等. 長期定位施肥對土壤酶活性的影響及其調控土壤肥力的作用[J]. 植物營養與肥料學報，2003，9(4)：406-410.

[90]邱莉萍，劉 軍，王益權，等. 土壤酶活性與土壤肥力的關系研究[J]. 植物營養與肥料學報，2004，10(3)：277-280.

[91]肖嫩群，張楊珠，譚周進，等. 稻草還田翻耕對水稻土微生物及酶的影響研究[J]. 世界科技研究與發展，2008，30(2)：192-194.

[92]Bergstrom D，Monreal C，Tomlin A，et al. Interpretation of soil enzyme activities in a comparison of tillage practices along a topographic and textural gradient[J]. Canadian Journal of Soil Science，2000，80(1)：71-79.

[93]張 一，陳 鵬. 吉林省東部山地主要土壤類型及土壤動物[J]. 東北師大學報(自然科學版)，1984，2：82-92.

[94]張志罡，孫繼英，胡 波，等. 土壤動物研究綜述[J]. 生命科學研究，2006，10(4)：72-75.

[95]曹志平，陳國康，張 凱，等. 不同土壤培肥措施對華北高產農田原生動物豐度的影響[J]. 生態學報，2005，25(11)：2992-2996.

[96]曹志平，喬玉輝，王寶清，等. 不同土壤培肥措施對華北高產農田生態系統蚯蚓種群的影響[J]. 生態學報，2004，24(10)：2302-2306.

[97]王 彗，桂 娟，劉滿強，等. 稻草和三葉草分解對微型土壤動物群落的影響[J]. 土壤學報，2015，52(5)：1124-1134.

[98]Catt J A，Henderson I F. Rothamsted experimental station-150 years of agricultural research the longest continuous scientific experiment?[J]. Interdisciplinary Science Reviews，1993，18(4)：365-378.

[99]薛菁芳，高艷梅，汪景寬，等. 土壤微生物量碳氮作為土壤肥力指標的探討[J]. 土壤通報，2007，38(2)：247-250.

[100]Weber S，Stubner S，Conrad R. Bacterial populations colonizing and degrading rice straw in anoxic paddy soil[J]. Applied and Environmental Microbiology，2001，67(3)：1318-1327.

[101]Tun C C，Kimura M. Microscopic observation of the decomposition process of leaf blade of rice straw and colonizing microorganisms in a Japanese paddy field soil during the cultivation period of paddy rice[J]. Soil Science and Plant Nutrition，2000，46(1)：127-137.

[102]Rogers B，Tate R. Temporal analysis of the soil microbial community along a toposequence in pineland soils[J]. Soil Biology and Biochemistry，2001，33(10)：1389-1401.

[103]Glissmann K，Weber S，Conrad R. Localization of processes involved in methanogenic degradation of rice straw in anoxic paddy soil[J]. Environmental Microbiology，2001，3(8)：502-511.

[104]肖小平，湯海濤，紀雄輝. 稻草還田模式對稻田土壤速效氮、鉀含量及晚稻生長的影響[J]. 作物學報，2008，34(8)：1464-1469.

[105]Nannipieri P，Pankhurst C，Doube B，et al. The potential use of soil enzymes as indicators of productivity，sustainability and pollution[J]. Soil Biota：Management in Sustainable Farming Systems，1994：238-244.

[106]曹 慧，孫 輝，楊 浩，等. 土壤酶活性及其對土壤質量的指示研究進展[J]. 應用與環境生物學報，2003，9(1)：105-109.

[107]裴鵬剛，張均華，朱練峰，等. 秸稈還田的土壤酶學及微生物學效應研究進展[J]. 中國農學通報，2014，30(18)：1-7.

[108]尹文英. 土壤動物學研究的回顧與展望[J]. 生物學通報，2001，36(8)：1-3.

[109]Deca?ns T，Rangel A，Asakawa N，et al. Carbon and nitrogen dynamics in ageing earthworm casts in grasslands of the eastern plains of Colombia[J]. Biology and Fertility of Soils，1999，30(1/2)：20-28.

[110]G?rres J H，Savin M C，Amador J A. Soil micropore structure and carbon mineralization in burrows and casts of an anecic earthworm (Lumbricusterrestris)[J]. Soil Biology and Biochemistry，2001，33(14)：1881-1887.

[111]陶 軍，張樹杰，焦加國，等. 蚯蚓對秸稈還田土壤細菌生理菌群數量和酶活性的影響[J]. 生態學報，2010，30(5)：1306-1311.

[112]焦加國，朱 玲，李輝信，等. 蚯蚓活動和秸稈施用方式對土壤生物學性質的動態影響[J]. 水土保持學報，2012，26(1)：209-213.

[113]Lavelle P，Martin A. Small-scale and large-scale effects of endogeic earthworms on soil organic matter dynamics in soils of the humid tropics[J]. Soil Biology and Biochemistry，1992，24(12)：1491-1498.

[114]Koller R，Robin C，Bonkowski M，et al. Litter quality as driving factor for plant nutrition via grazing of protozoa on soil microorganisms[J]. FEMS Microbiology Ecology，2013，85(2)：241-250.