探討小麥秸稈還田對土壤物理性質及農作物的影響

隨著全球農業的發展和環境問題的日益突出，農業的可持續發展成為重要議題。秸稈處理一直困擾著農民和農業管理者，傳統的焚燒或堆積方式不僅浪費資源，還造成大氣污染和溫室氣體排放。秸稈還田作為一種綠色環保的方式逐漸受到重視，它將收獲后的秸稈直接翻入土壤中，使其分解并提高土壤有機質含量和肥力。本研究旨在探討小麥秸稈還田對土壤肥力的影響，重點分析其對土壤物理、化學和生物性質的改變。通過研究秸稈還田對土壤結構、養分循環、微生物群落及酶活性的影響，揭示其對農業生產的長遠生態與經濟效益。研究結果為秸稈資源的合理利用提供了科學依據，并為未來農業的可持續發展提供技術支持。

一、小麥秸稈還田的背景與意義

1、小麥秸稈還田的概念與發展

小麥秸稈還田指的是在小麥收割后，不采取焚燒或運輸的方式處理秸稈，而是利用機械將其粉碎并翻入土壤中，作為自然肥料的一部分，以此來增強和改善土壤的肥沃度。這項技術的推廣源于對秸稈焚燒所引起的空氣污染和資源浪費問題的擔憂，同時也致力于通過資源的優化利用來增進土壤的營養成分和改善其結構。秸稈內含有豐富的植物生長所需的有機物質和營養素，將其還田到土壤中，可以避免因焚燒或丟棄而造成的資源流失。隨著農業機械化水平的提高，秸稈還田技術已經發展出多種操作方式，包括機械化的秸稈粉碎、深翻混入以及覆蓋還田等。這些方法不僅減少了秸稈露天焚燒對空氣質量的負面影響，而且通過長期增加土壤中的有機質含量，促進了農田的可持續發展。它不僅幫助農民有效管理了廢棄物，還顯著提升了農業生產的生態效益。

2、秸稈還田在農業生產中的作用

秸稈還田在農業領域扮演了多重角色，尤其在增強土壤肥沃度、優化土壤質地以及調整土壤微環境方面表現出色。秸稈中含有豐富的碳、氮、磷、鉀等營養成分，經由微生物分解，逐漸釋放至土壤，顯著提升了土壤的有機質水平，從而改善了土壤的肥力。特別是秸稈中的碳質成分，對于維護土壤的碳氮平衡至關重要，它促進了土壤有機質的累積。此外，秸稈還田亦能顯著改善土壤的物理特性，增強土壤團聚體的穩定性，提升土壤孔隙度，進而優化土壤的透氣性和保水性。優良的團聚體結構有助于降低水分和肥料的流失，增強土壤的保水和保肥能力。秸稈還田同樣能調節土壤溫度。秸稈覆蓋于土壤表面，能夠緩解日夜溫差對作物根系的影響，尤其在春季初期或秋季晚期等溫差較大的時段，為作物根系提供更為穩定的溫度條件，從而促進植物的健康成長。

3、小麥秸稈還田的研究現狀

目前，關于小麥秸稈還田的研究主要集中在對土壤理化性質、作物產量以及生態環境影響等多方面的探討。研究顯示，秸稈還田能顯著提升作物產量，在連續多年還田后，作物的生長速度和產量均有顯著改善。然而，研究也指出，秸稈還田在短期內可能會引發一些問題，例如秸稈分解不完全，導致土壤中缺少氮，形成所謂的“氮饑餓”現象，這可能會影響作物短期內對氮素的吸收。不同地區的氣候、土壤類型以及作物品種對秸稈還田效果的響應存在顯著差異。在溫暖濕潤的地區，秸稈分解較快，效果較好；而在干旱或寒冷地區，秸稈的分解速度較慢，可能需要調整還田方式以獲得更佳效果。當前研究的一個重點是如何通過優化秸稈還田的技術和管理措施，例如合理控制翻耕深度、調整秸稈粉碎程度以及選擇適宜的還田季節等，以提高秸稈還田的效率并減少可能出現的負面效應。盡管面臨一些挑戰，但秸稈還田作為一種高效、經濟且環保的農業生產方式，已展現出廣闊的應用前景。

二、秸稈還田對土壤物理性質的影響

1、土壤結構與水分保持能力的變化

秸稈還田顯著提升了土壤的結構，通過提高土壤中的有機質含量，促進了土壤團粒結構的形成。土壤團粒結構的強化有效增強了土壤的穩定性，使土壤顆粒更加緊密地結合，從而降低了土壤遭受風蝕和水蝕的可能性。這種改良不僅增強了土壤的結構，還提升了土壤的保水能力。秸稈分解過程中釋放的有機質增加了土壤的孔隙度，使土壤變得更加疏松，從而更好地吸收和保持水分。尤其在干旱或少雨的氣候條件下，秸稈還田為土壤提供了關鍵的保濕作用，有效避免了水分的流失，確保植物在水分有限的環境中仍能獲得必需的生長條件。秸稈殘體覆蓋在土壤表面，還能夠降低水分的蒸發，形成一層保濕層，減緩土壤中水分的散失速度。通過增強土壤的水分保持能力，秸稈還田不僅促進作物的健康生長，還為土壤微生物的生存創造更有利的環境。此外，秸稈還田還能減少土壤硬化的現象，防止土壤因長期耕作而過度壓實，最終提升水分的滲透性和作物的吸水能力。

2、土壤緊實度與通透性的影響

秸稈還田顯著增強了土壤的緊實度與通透性。長期的農業機械化耕作，特別是重型機械的使用，往往會造成土壤緊實度的增加，導致土壤硬化，這對植物根系的正常生長以及水分和空氣的滲透極為不利。土壤的緊實狀態限制了養分和水分在土壤中的流動，進而影響作物的生長。秸稈還田通過提升土壤有機質含量，有效地促進了土壤顆粒的分離，使土壤變得更加松散，減輕了壓實帶來的不良影響。土壤結構的松散化顯著提升了水分和空氣在土壤中的流動性，這不僅增強了土壤的透氣性，還促進了水分的深入滲透，使得作物根系能夠更深入地吸收養分和水分。隨著土壤結構的優化，根系的生長更為自由，能夠更深入地扎入土壤，從而獲取更豐富的養分。土壤通透性的提升還能夠有效降低表層徑流的形成，減少水土流失的風險。因此，秸稈還田通過改善土壤的疏松度和通透性，為農作物營造了更為有利的生長環境，并提升了土壤的耕作適宜性。

3、秸稈還田對土壤溫度的調節作用

秸稈還田能顯著調節土壤溫度，尤其在穩定土壤溫度和控制極端溫度波動方面發揮著關鍵作用。夏季高溫時，秸稈覆蓋在土壤表面形成隔熱層，可有效降低表面溫度，防止高溫損害作物根系。秸稈覆蓋減緩了陽光直射產生的熱量，使土壤表層溫度維持在適宜范圍內，減少水分因高溫蒸發。這種保濕效應不僅保持土壤濕潤，還能緩解高溫和干旱對作物的壓力。冬季，秸稈還田則起到保溫效果，覆蓋的秸稈阻止土壤熱量散失，維持土壤內部溫度穩定，防止寒冷天氣凍傷作物根系。這種保溫作用為冬季作物生長提供穩定溫度環境，尤其在溫度波動劇烈的季節，減少晝夜溫差對作物的負面影響。秸稈還田的溫度調節功能有助于延長土壤適耕期，使農民能在更多季節進行耕作，提升農業生產的靈活性和效率。

三、秸稈還田對土壤肥力的影響

1、增加土壤有機質和養分含量

小麥秸稈，作為一種富含氮、磷、鉀、鈣、鎂及有機質等多種營養成分的可再生生物資源，其獨特的化學組成賦予了其廣泛的應用潛力。尤為顯著的是，其粗纖維含量高達30%-40%，這一特性為農業可持續發展提供了有力支持。實施秸稈還田策略，不僅能夠顯著加速生土的熟化進程，還能有效改善土壤的通氣狀況，通過降低土壤容重與pH值，為土壤生態系統的恢復與優化創造了有利條件。秸稈還田顯著提升了土壤的肥力水平，具體表現在土壤養分含量的顯著增加上。這一過程不僅為作物根系的生長發育構建了一個更加適宜的土壤環境，促進了作物的茁壯成長，還體現了其在減少碳排放、增強土壤有機質積累以及降低氮肥施用量方面的重要價值，這些均是對環境保護與農業可持續發展的積極貢獻。進一步的數據分析顯示了秸稈還田實踐的具體成效。以秸稈中有機質含量平均約為15%為基礎，假設還田秸稈量達到15000kg/hm2，則預計可向土壤中增加2250kg/hm2的有機質。此外，秸稈還田后，土壤中的有機質、全氮及有效磷等關鍵養分指標均實現了顯著提升，其平均值分別達到24.59g/kg、1.61g/kg及27.19mg/kg，相較于還田前，這些養分的平均增幅分別為0.69g/kg、0.04g/kg及0.55mg/kg，對應的百分比增幅則分別為2.89%、2.55%及2.06%。這一系列數據充分證明了秸稈還田在改善土壤質量、促進農業生產中的積極作用。

2、改善土壤物理性狀

秸稈還田后，經歷微生物的復雜發酵過程，顯著促進了腐植酸鈣與腐植酸鎂的形成。這兩種化合物在土壤生態系統中扮演著關鍵角色，它們不僅增強了土壤微生物的活性，還加速了養分的有效分解與利用，從而深刻影響了土壤的理化性質與肥力水平。具體而言，土壤團粒結構得到了有效改善，土壤容重得以降低，孔隙度與通透性顯著提升，這些變化共同作用于土壤蓄水保肥能力的提升，為作物根系構建了一個更加適宜的生長環境。此外，試驗研究還顯示了秸稈分解過程中的水分動態變化。在分解初期，秸稈對水分的需求顯著，而進入分解后期，先前被秸稈吸收的水分逐漸釋放回土壤中，導致此時土壤的含水量相較于清茬處理前顯著增加。這一現象不僅體現了秸稈在土壤水分管理中的重要作用，還通過保墑作用，為作物生長提供了更為穩定的水分供應，進一步強化了秸稈還田的生態效益與農業應用價值。

3、提高土壤的生物活性

秸稈還田后，還可以觀察到土壤生態系統發生了一系列顯著的正向變化。土壤生物活性顯著增強，這一變化直接促進了生物固氮作用的提升，為土壤提供了更為豐富的氮素資源。同時，土壤的堿性環境得到有效改善，呈現出下降趨勢，這一變化對于維持土壤酸堿平衡至關重要。具體而言，秸稈還田促進了土壤中微生物的活躍性，加強了其呼吸作用、纖維分解能力、氨化作用以及硝化作用。這些生化過程的強化不僅加速了有機物質的礦化速率，還促進了土壤養分的循環與轉化，使得土壤養分結構逐漸趨于合理化。此外，秸稈在分解過程中會釋放大量的CO2，這一氣體釋放現象對于提升近地面葉片的光合作用具有積極作用。CO2作為光合作用的關鍵原料之一，其濃度的增加直接促進了植物葉片的光能轉化效率，進而有利于植物的生長和產量的提升。

4、增產、增益、保護生態環境

機械化秸稈還田技術作為一種創新的農業實踐，顯著促進了秸稈中有機質的資源化利用。該技術不僅有效規避了傳統秸稈焚燒所帶來的環境污染問題，還通過提升土壤中有機質及多種養分的含量，對土壤質量產生了積極影響。具體而言，機械化還田減少了土壤水分的蒸發，增強了土壤的保水能力，這對于維持土壤濕度、促進作物生長至關重要。這一系列土壤改良效應直接轉化為顯著的增產增收效果，實驗數據明確顯示，小麥在采用秸稈還田技術后，其平均增產率可達7%-9%，這一成果不僅減少了化學肥料的依賴，還顯著降低了農業生產成本。此外，機械化秸稈還田還從源頭上解決了秸稈無序堆放與隨意丟棄的問題，這些行為曾是農村環境整治的難點之一。通過規范處理秸稈，該技術有效降低了秸稈焚燒的風險，進而減輕了大氣污染，為生態環境的保護作出了積極貢獻。

四、秸稈還田對作物生長的影響

1、影響根系生長

長期推行秸稈還田政策，雖然帶來了諸多生態和環境上的益處，但也存在一定的風險。具體來說，連續的秸稈還田操作可能會導致土壤結構發生顯著變化，表現為土壤變得更加松散，孔隙變大，這會降低種子與土壤之間的接觸緊密度。這種情況對種子的發芽和幼苗的早期生長構成了顯著的挑戰。特別需要注意的是，如果秸稈還田的處理方法不當，很容易引起土壤微生物與作物幼苗之間對養分的劇烈競爭。這種現象不僅會大幅降低種子的發芽率，還常常導致幼苗根系發育不良，出現根系懸空、葉片黃化甚至枯萎等問題。追根溯源，這些負面效應主要是由于幼苗在養分吸收上的延遲和不足，從而阻礙了作物根系的正常生長發育。

隨著根系生長受限，其對后續養分的吸收能力也會減弱，這無疑對作物的整個生長周期和最終產量產生了深遠的影響。在最壞的情況下，還可能出現死苗和斷壟等嚴重問題，直接且明顯地減少了農作物的預期產量。

2、發生病蟲危害

秸稈，作為農業副產品，通常含有大量病原菌和蟲卵。即便在秸稈還田過程中實施了處理措施，這些病原和害蟲卵往往難以徹底根除，特別是某些蟲卵可能仍舊頑固地存留在秸稈組織中。一旦這些含有病蟲卵的秸稈被粉碎并施用于土壤，病原體和害蟲卵便迅速在土壤中扎根并繁殖，顯示出它們強大的生命力。土壤微生態的持續變化，以及生物繁殖力的顯著增強，進一步推動了土壤微生物群落結構的調整。具體來說，土壤中的細菌、真菌和放線菌等微生物數量都出現了不同程度的增長。雖然這種變化反映了土壤生物多樣性的提升，但也帶來了不可小覷的風險直接影響了農作物的生長。具體來說，土壤微生物群落結構的失衡，尤其是病原微生物和害蟲種群的快速擴張，很容易導致農作物病蟲害的爆發。這些病蟲害不僅直接損害農作物的健康生長，還可能通過降低光合作用效率、破壞作物組織結構等途徑，嚴重影響農作物的產量和品質。在最壞的情況下，這可能導致農作物大面積減產，給農業生產帶來重大損失。因此，為了應對秸稈還田過程中潛在的病蟲害傳播風險，采取更加科學和合理的處理措施是必要的，以確保秸稈還田的安全性和有效性。這包括但不限于強化秸稈的預處理步驟，以有效消滅其中潛伏的病菌和蟲卵；改善秸稈還田后的田間管理策略，以監控并預防可能出現的病蟲害問題；以及推廣生物防治等綠色防控技術，以減少化學農藥的使用，保護農業生態環境。

綜上所述，秸稈還田作為一種有效的農田管理措施，不僅改善了土壤的物理化學性質，還增強了土壤的生物活性與養分循環能力，為農作物的健康生長提供了良好的土壤環境。

（作者單位：274601山東省菏澤市鄄城縣箕山鎮人民政府）