秸稈還田對土壤養(yǎng)分的提升和作物產量的影響

李夢瑤

（安圖縣農業(yè)環(huán)境與農村能源管理站/安圖縣農產品質量安全監(jiān)督檢測中心，吉林 延邊 133600）

據統(tǒng)計，我國農作物秸稈的產量約為10 億t/年。農作物秸稈是農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中十分寶貴的生物質能資源，因為在秸稈中儲存著1/2 以上農作物光合作用的產物，且富含N、P、K 和有機質，同時秸稈富含粗纖維素、木質素、半纖維素等非淀粉類大分子物質，有較高的營養(yǎng)價值，因此對農作物秸稈加以利用，對促進農民增收、環(huán)境保護、資源節(jié)約以及農業(yè)經濟的可持續(xù)發(fā)展意義重大。

在未推行秸稈綜合利用項目前，農業(yè)生產者通常會將無法作為飼料的秸稈進行焚燒處理，將其變?yōu)椴菽净以俅卫?。然而，焚燒秸稈產生的大量濃煙會對環(huán)境產生污染，還會對人體造成危害。為有效解決秸稈焚燒問題，治理污染，保護環(huán)境，同時提高秸稈綜合利用率，國家大力推行秸稈綜合利用項目。秸稈還田是把適合用作飼料和其他綜合利用之外的秸稈還田到土壤中的農業(yè)技術，不僅可以改善土壤的物理性狀，提高土壤肥力，還能夠減輕因焚燒造成的污染，保護生態(tài)環(huán)境。

1 秸稈還田概述

秸稈種類豐富，包括稻草、麥秸稈、玉米秸稈，豆秸稈等，是寶貴的有機質資源。秸稈還田是把廢棄的物品再次利用，補充土壤有機質，實現培肥增產的重要措施。

秸稈還田不僅能夠減輕秸稈焚燒導致的大氣煙塵污染問題，還可以通過堆漚腐熟等處理進行能量轉換，將秸稈中含有的營養(yǎng)素和有機質施入土壤中，改變土壤的結構和物理性狀，為農作物提供生長所必須的營養(yǎng)元素和環(huán)境。農作物秸稈中含有N、P、K 等營養(yǎng)物質，這些都是作物生長必須的營養(yǎng)元素，將秸稈還田后可以替代少量化肥。秸稈進入土壤后可以變成土壤有機質，東北地區(qū)黑土地保護所面臨的嚴峻問題就是黑土地中有機質含量的減少，加入秸稈后，可以有效避免發(fā)生土壤有機質減少的問題，并進一步提升土壤有機質含量。然而，沒有經過處理的秸稈，直接深翻入土需要長達1～2 年才可以分解成可被農作物吸收的有機物質，而且在秸稈的分解過程中，會與作物根系爭奪營養(yǎng)，因此秸稈還田需采用合理的方式，實現提高土壤養(yǎng)分含量和作物產量的目的。目前，我國秸稈還田的方式主要包括漚堆還田、過腹還田和直接還田3 種方式。

堆漚還田是利用生物反應堆技術，將農作物秸稈堆積在一起后，加入發(fā)酵菌，借助高溫對秸稈進行發(fā)酵。經過30 d 的充分腐熟反應后，秸稈分解成質量較高的有機肥，可以直接施入土壤使用，有助于培肥土壤。

過腹還田是將秸稈作為食物喂給家畜牛羊鹿兔等動物，秸稈經由家畜消化吸收蛋白質、糖、各類纖維元素等后，其余被家畜排泄出來后的物質經過處理，會成為提高土壤養(yǎng)分的環(huán)保有機肥。

直接還田是將秸稈粉碎翻壓還田，即把作物收獲后的秸稈通過機械化粉碎耕地，直接翻壓在土壤里，該方式可以有效提高土壤內有機質含量，增強土壤微生物活性、疏松土壤、提高土壤肥力。

2 秸稈還田對土壤養(yǎng)分的提升和作物產量的影響

在農作物產量構成中，土壤因素約占1/3，其他因素諸如種子、栽培技術等也要通過土壤發(fā)揮作用，可以說土壤是農作物賴以生存的基礎條件，是獲得產量的關鍵因素。

土壤為農作物提供了生長所需的常量營養(yǎng)元素和微量營養(yǎng)元素，如果土壤肥力不足，缺乏作物生長所必須的營養(yǎng)元素，則會導致農作物品質受到影響。缺少含氮無機鹽，作物就會長得矮小瘦弱，葉子小會影響光合作用；缺少含磷無機鹽，作物果實會小而少；缺少含鉀無機鹽，作物光合作用制造的有機物不能正常運輸到指定部位，植株也特別容易倒伏。因此，需要培肥地力，提高土壤的肥沃度。秸稈還田就是培肥地力的有效途徑。農作物秸稈中有機質平均含量為15%，并且含有N、P、K、Ca、S 等多種農作物生長所必需的營養(yǎng)元素[1]。作物秸稈肥料具有來源廣、數量大，資源豐富的特點，把秸稈做成肥料，養(yǎng)分全、肥效長，改土培肥效果好。

2.1 秸稈還田對土壤養(yǎng)分提升的影響

2.1.1 對有機質含量提升的影響

秸稈肥料化后利用省去了農民收獲秸稈后跑、運、扎等工序，減少了勞動負擔也減少了肥料的投入，同時，為來年的作物增產起到積極作用。秸稈含有豐富的C、N、P、K 和微量元素，在腐熟過程中逐漸將營養(yǎng)元素釋放在土壤中，能夠補充土壤肥力，提高全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀和緩效鉀的含量，以玉米秸稈為例，玉米秸稈主要由莖稈、玉米穗和葉組成，莖稈直徑為25～40 mm，實心，高度為800～3 000 mm，玉米秸稈內含有豐富的N、P、K、Ca、Mg 等多種營養(yǎng)元素和有機質，其中碳水化合物30%以上，蛋白質2%～4%，脂肪0.5%～1%，粗纖維37.7%，粗灰分9.5%，含氮量為0.6%，含磷量為0.27%，含鉀量為2.28%，有機質含量能達到15%左右[2]，在經過充分腐熟之后，這些營養(yǎng)元素和有機質就能夠轉換為可被農作物吸收的有機質營養(yǎng)元素，如按每公頃秸稈還田7 500 kg 計算，可增加有機質1 125 kg。

秸稈還田的腐殖化系數較高，可達到0.25～0.50，即有25%～50%秸稈轉化成為土壤的腐殖質。經腐熟后形成的腐殖酸與土壤中的Ca 和Mg 結合形成的腐殖酸鈣和腐殖酸鎂，可以增加土壤的透氣性促進土壤水冷性團粒的形成，增加總空隙度，使土壤通透性增強，達到調節(jié)耕層水、肥、氣、熱的效果，同時提供豐富的養(yǎng)分。根據相關試驗得知，土壤中連續(xù)3 年使用作物秸稈4.5 t/hm2，可使土壤有機質提高0.05%～0.09%、速效磷增加0.5～3.0 mg/kg、速效鉀增加5～10 mg/kg、容重下降0.01～0.08 g/m3、總孔隙度增加1.11%。秸稈還田區(qū)的作物一般比非還田區(qū)的作物產量要高，其中水稻增產8%～15%、小麥5%～13%、棉花4%～9%、玉米5%～12%[3]。秸稈還田不僅在當季能夠取得培肥改土、增效增收的效果，而且對后茬作物的生長發(fā)育也有促進作用。

2.1.2 對土壤酶活性的影響

酶對作物的生長至關重要，大部分的酶為蛋白質，主要發(fā)揮催化和調節(jié)作用，酶作用在植物葉片上，可以發(fā)揮固碳的作用；作用在莖稈上，可以促進細胞的增殖和活躍；作用在根部，能夠增強植物代謝能力，在土壤中能夠活化P、K，提高肥料的利用率。當作物生長缺乏微量元素時，酶還能夠發(fā)揮調節(jié)作用，調節(jié)作物生長狀態(tài)。秸稈還田對土壤酶活性有一定的影響，通過秸稈還田可以培肥土壤、提高土壤酶活性和減少因過量施用化肥而造成的土壤污染和退化作用。秸稈還田可以提高土壤微生物的數量，改善土壤環(huán)境，使微生物向土壤分泌更多的酶，提高土壤酶活性，同時可提高土壤纖維素酶、蔗糖酶、β-葡萄苷酶的活性，為土壤中的有機質轉化提供保障，為土壤微生物的生長提供充足的碳源。研究表明，在農田中覆蓋碎段秸稈，地布、透明膜和反光膜均可提高土壤酶的活性，其中覆蓋秸稈效果最佳[4]。通過秸稈還田，可顯著提高過氧化氫酶活性，提高根際和非根際土壤的氨化細菌、真菌、放線菌的數量及脲酶和磷酸酶的活性。

脲酶是土壤酶中唯一對尿素的轉化作用具有重要影響的酶。土壤脲酶對土壤和肥料中的氮素循環(huán)有著不可替代的作用，與土壤肥力緊密相連，土壤脲酶能夠增加土壤中潛在養(yǎng)分的有效化速率，因而可以用土壤中脲酶活性評價土壤肥力的狀況，并能很好地表示土壤生產力狀況。磷酸酶作為土壤中的主要酶類，能夠將對應底物去磷酸化的酶通過水解磷酸單脂將底物分子上的磷酸基團除去，并生成磷酸根離子和自由的羥基。磷酸酶可以被分為兩類，一類為酸性磷酸酶，一類為堿性磷酸酶。其中，酸性磷酸酶可以從不同的磷酸酶底物上水解磷酸基團供植物吸收利用，而堿性磷酸酶是非特性磷酸單脂酶，可以催化幾乎所有的磷酸單脂的水解反應，生成無機磷酸和相應的無機磷酸、醇、酚供作物吸收。

2.2 秸稈還田對作物產量的影響

秸稈還田是否能夠有效促進作物增產，取決于秸稈還田的質量。如果秸稈還田實施方法或技術不當，如秸稈粉碎不達標，不能將秸稈粉碎至3～5 cm，整地時會將秸稈壓到土壤中，造成土壤縫隙過大，作物種子無法與土壤接觸，導致無法出苗，造成產量下降。需要將秸稈粉碎至標準長度，并及早對土壤進行深翻整地或旋耕整地，進行有效鎮(zhèn)壓，保證農作物種植時的地塊平整，不影響農作物播種、發(fā)芽，保證種植效果。

在種植農作物時，在底肥中多施加氮肥，保證農作物對N 的吸收和利用，還可以提高微生物對還田秸稈的分解速率，讓秸稈更快腐熟，促進作物對秸稈分解物的吸收，達到農作物增產的效果。秸稈還田時對病蟲害的防治措施也會影響作物產量，只有在秸稈還田前有效防治秸稈中的病蟲害，才能夠達到秸稈還田提高作物產量的目的。

3 秸稈還田注意事項

秸稈還田的方法較多，主要包括直接還田、過腹還田和堆漚還田，不同還田方法有不同的優(yōu)勢和缺陷，農業(yè)生產者需要根據所在地區(qū)的地理環(huán)境特點和所種植作物的類型選擇適宜的還田方法，秸稈還田不當則會影響下一季產量，只有方法、技術得當，才能切實達到秸稈還田提質增產的目的和效果，促進我國農業(yè)產業(yè)發(fā)展。

直接還田方法的優(yōu)勢是省時、省力，作物收獲后利用機械化粉碎機可直接將秸稈粉碎施于農田中。但秸稈被翻到土壤下后自然發(fā)酵，需要較長的時間，在短期內無法發(fā)揮出增加土壤肥力的效果；秸稈自然發(fā)酵的時間過長通常需要1～2 年，而在秸稈自然分解過程中需要微生物的幫助，而微生物的繁殖和生長需要養(yǎng)分，會進一步消耗土壤中的營養(yǎng)，造成秸稈分解跟作物搶奪營養(yǎng)，尤其是爭奪N，N 缺失會使作物長勢變差。理論上秸稈粉碎程度可達到3～5 cm，但實際操作中無法實現。當秸稈被翻至土壤下層后，會使土壤有很大空隙，出現種子無法直接接觸土壤的情況。如遇干旱天氣，會出現壞種和無法出苗的情況。直接還田會將染病秸稈上帶有的蟲卵或病害繼續(xù)帶入土壤中，增加病蟲害的發(fā)生概率，此時農業(yè)生產者會噴灑更多劑量的藥物防治病蟲害，導致土壤中的微生物減少，進而造成土壤酸化、板結，進一步使作物無法健康生長，如此往復形成惡性循環(huán)[5]。

過腹還田的優(yōu)勢是秸稈經由家畜過腹分解后被家畜排泄出來進行還田處理，成為了提高土壤養(yǎng)分的環(huán)保有機肥，可以增加農業(yè)生產者收入，降低種植成本。但過腹還田需要大量的家畜，沒有養(yǎng)殖家畜的農業(yè)生產者則無法完成過腹還田。

堆漚還田的優(yōu)勢是利用生物堆反應技術加速秸稈分解，將分解后的有機質和營養(yǎng)元素直接施入土壤，避免因秸稈分解搶奪作物營養(yǎng)；堆漚還田經由高溫還能有效殺滅病蟲害秸稈上的有害病菌，避免將舊茬上的病害帶入土壤傳給新茬。堆漚還田前需要先進行腐熟—發(fā)酵—分解，該過程時間較長，且根據所在地區(qū)的不同，腐熟發(fā)酵分解的時長又有所區(qū)別，水分多、濕度大的地區(qū)，在發(fā)酵過程中產生的微生物會較多，秸稈腐熟發(fā)酵的時間就會縮短；在干旱缺水的地區(qū)，腐熟發(fā)酵的時間會相對較長。由于地區(qū)環(huán)境的差異性和作物秸稈的不同，實施堆漚還田時需根據所在地區(qū)的環(huán)境特點及秸稈類型選擇是否堆漚。

4 結束語

作為國家大力推行的治理污染、解決秸稈利用問題的措施，秸稈還田在方法、技術得當的前提下，通過堆漚還田、過腹還田、粉碎直接還田等方式，可以將秸稈中本身含有的有機質和營養(yǎng)元素輸送至土壤中，提升土壤中的養(yǎng)分含量和生物活性并提高農作物的產量。