李師默，紀(jì) 元，劉 君，汪國蓮，徐建明*

(1.江蘇省環(huán)洪澤湖生態(tài)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，淮陰師范學(xué)院，江蘇淮安223300;2.江蘇省徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)科所，江蘇淮安223001)

我國農(nóng)作物秸稈資源十分豐富。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國年產(chǎn)各種秸稈資源約超過7億t，占全世界秸稈總量的20% ～30%?；窗彩械靥幗K中北部，是農(nóng)業(yè)大市，全市農(nóng)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(dá)200.1萬t，占全部可利用秸稈資源的96.6%。近年來，由于農(nóng)村生活水平的提高，農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)改變，農(nóng)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(shí)間緊、勞動力少、直接經(jīng)濟(jì)價(jià)值低等原因，農(nóng)村中還是出現(xiàn)大量的秸稈焚燒現(xiàn)象，既浪費(fèi)了資源，又污染了環(huán)境，導(dǎo)致空氣質(zhì)量下降。如何科學(xué)、合理利用農(nóng)作物秸稈資源，是政府、科技等各級單位、個(gè)人關(guān)心的焦點(diǎn)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(jī)質(zhì)含量、改善土壤理化性質(zhì)、增加土壤微生物等多方面的作用，而且能在一定范圍內(nèi)增加后茬作物的產(chǎn)量［1-6］。為幫助人們了解秸稈還田技術(shù)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(jìn)行探討，為秸稈還田技術(shù)在作物秸稈資源綜合利用過程中發(fā)揮充分作用提供技術(shù)支撐。

1 秸稈還田技術(shù)概況

我國目前秸稈還田技術(shù)主要有直接還田和過腹還田兩類。過腹還田與畜牧業(yè)發(fā)展、飼料業(yè)發(fā)展關(guān)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(jī)械粉碎旋耕還田是目前主要的一種還田方式。由于機(jī)械化技術(shù)的不斷提高，采用機(jī)械作業(yè)直接粉碎還田，生產(chǎn)效率提高了40～140倍。與旋耕滅茬結(jié)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(jìn)作物產(chǎn)量的持續(xù)增加［9-10］。該技術(shù)是一項(xiàng)高效低耕、省工、省時(shí)的有效措施，已被農(nóng)民普遍接受和推廣。

采用覆蓋栽培還田技術(shù)，在秸稈腐爛后能增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，補(bǔ)充土壤N、P、K和微量元素的含量，改善土壤理化性狀，促進(jìn)土壤中物質(zhì)的生物循環(huán)，同時(shí)能為土壤增強(qiáng)蓄水能力，提高水分利用率，促進(jìn)后茬作物的生長發(fā)育［11-13］。王振忠等［14-16］研究發(fā)現(xiàn)，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(chǎn)量與常規(guī)稻產(chǎn)量持平而略增，能夠省工節(jié)水，增加農(nóng)民效益。但是，該項(xiàng)技術(shù)有待進(jìn)一步研究。

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

2 農(nóng)作物秸稈還田對土壤性狀的影響

2.1 農(nóng)作物秸稈還田對土壤有機(jī)質(zhì)的影響 土壤有機(jī)質(zhì)不僅能改善土壤理化性狀，而且能促進(jìn)作物生長發(fā)育。秸稈還田是提高土壤有機(jī)質(zhì)的一項(xiàng)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(chǎn)量增加9.3%，土壤有機(jī)質(zhì)含量比對照提高了0.08個(gè)百分點(diǎn)。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(chǎn)6.4%，花生增產(chǎn)9.2%，連續(xù)2年還田，花生增產(chǎn)14.2%，土壤有機(jī)質(zhì)提高了0.05個(gè)百分點(diǎn)。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(jī)質(zhì)，在增加的有機(jī)質(zhì)中易氧化態(tài)有機(jī)質(zhì)所占比例為77%，使土壤土壤有機(jī)質(zhì)氧化穩(wěn)定系數(shù)下降，土壤有機(jī)質(zhì)的化學(xué)性能增強(qiáng)，有助于增強(qiáng)土壤養(yǎng)分的供應(yīng)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(jī)質(zhì)減少問題的有效途徑，在未實(shí)施麥秸直接還田區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量平均每年減少0.45 g/kg，而實(shí)施麥秸還田區(qū)有機(jī)質(zhì)含量平均每年減少0.12 g/kg，在實(shí)施麥秸還田區(qū)按低中高量配施化肥，有機(jī)質(zhì)含量則每年平均增加了0.16、0.17、0.05 g/kg。嚴(yán)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(jī)質(zhì)含量增加了0.1%，翻壓還田處理的有機(jī)質(zhì)含量增加了11%［30］。

2.2 秸稈還田對土壤微生物區(qū)系的影響 農(nóng)作物秸稈還田為土壤微生物提供充分的碳源，促進(jìn)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(xì)菌數(shù)量增加了0.5～2.5倍，貧瘠土壤細(xì)菌數(shù)量增加了2.6～3.0倍，在20%的合適土壤含水量時(shí)，細(xì)菌數(shù)量更多，兩類土壤分別增加了3.5、3.0倍。譚周進(jìn)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(xì)菌。秸稈覆蓋還田處理的土壤中細(xì)菌總數(shù)要高于無覆蓋土壤。這是因?yàn)榻斩挻龠M(jìn)土壤細(xì)菌的繁殖，提高土壤細(xì)菌活性。在覆草免耕土壤中，放線菌數(shù)量多于覆草翻耕土壤，但總數(shù)與其他處理土壤相比有所下降。這主要因?yàn)榉啪€菌是好氣微生物。

2.3 農(nóng)作物秸稈還田對土壤結(jié)構(gòu)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(shù)變小，土壤疏松通透性改善。李新舉等［33］研究表明，經(jīng)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(qiáng)土壤微生物的活性來提高土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。劉鵬程等［28］研究表明，水稻高留茬還田能減少土壤細(xì)團(tuán)聚體的數(shù)量，增加粗微團(tuán)聚體的數(shù)量，說明高留茬還田中增加有機(jī)質(zhì)促進(jìn)了土壤顆粒的膠結(jié)和團(tuán)聚作用，使得土壤中的微小顆粒結(jié)成較大的微團(tuán)聚體，土壤結(jié)構(gòu)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(tuán)聚體含量增加，而小于0.01 mm細(xì)顆粒含量減少。

2.4 農(nóng)作物秸稈還田對土壤養(yǎng)分的影響 由于農(nóng)作物秸稈還田提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善了微生物區(qū)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(shù)量的C、N、P、S，可成為作物有效養(yǎng)分儲備庫。微生物還參與土壤C、N、P、S等元素的循環(huán)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(guān)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(yǎng)分的礦化率，使土壤養(yǎng)分有不同程度的增加。應(yīng)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(dāng)補(bǔ)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(yàn)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(chǎn)量，改善品質(zhì)。

2.5 秸稈還田對土壤的不利影響 農(nóng)作物秸稈還田對土壤存在一些不利的影響。首先，產(chǎn)生大量的有機(jī)酸，影響后茬作物的生長發(fā)育，造成大量僵苗、死苗現(xiàn)象，影響產(chǎn)量和品質(zhì);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(yīng)貢獻(xiàn)巨大;再者，秸稈還田可能有增加土壤重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)。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?xì)浔取⒌侍砑恿康年P(guān)系，發(fā)現(xiàn)在不施氮肥條件下隨秸稈還田量的增加，有機(jī)酸積累顯著增多，且麥稈比稻稈還田有機(jī)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(jī)酸的積累，但可能會促進(jìn)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(fā)現(xiàn)，秸稈還田后施氮肥會造成氮素反硝化作用加強(qiáng)，N2O排放量遠(yuǎn)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(jìn)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(dá)到頂峰，同時(shí)發(fā)現(xiàn)麥稈還田量與土壤CH4的排放總量呈線性正相關(guān)。

對于秸稈還田是否增加土壤重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)，有不同的研究結(jié)論。王艮梅等［42］研究在水田中不同有機(jī)物料條件下施用蠶豆苗，發(fā)現(xiàn)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(jī)物料帶入水溶性有機(jī)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(qū)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(jī)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(fēng)險(xiǎn)。

3 展望

農(nóng)作物秸稈還田相關(guān)研究是一個(gè)永恒的課題。秸稈的利用方式和作用研究存在相當(dāng)多的分歧。大量實(shí)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(fā)生有影響［45］等。秸稈還田對土壤的性質(zhì)影響還與秸稈的種類、粉碎的程度、還田量、配施肥料、還田時(shí)間等多種因素相關(guān)［46-51］。同時(shí)，在不同地區(qū)、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(zhì)素、蛋白質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)，采用因地制宜的秸稈還田技術(shù)對改良土壤質(zhì)量、改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤養(yǎng)分等具有重要作用。大量研究表明，農(nóng)作物秸稈還田不僅能改良土壤，而且能提高作物產(chǎn)量，改善作物品質(zhì)。因此，世界各國已陸續(xù)將秸稈還田技術(shù)作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中土壤培肥的一項(xiàng)重要措施。

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