秸稈還田培肥土壤的研究現(xiàn)狀

矯麗娜　李志洪　殷程程

摘 要：中國秸稈總產(chǎn)量居世界首位，如何使秸稈資源利用合理化、經(jīng)濟化和環(huán)?；蔀楫?dāng)務(wù)之急。該文從土壤有機碳、土壤酶活性、秸稈還田后腐解特征和秸稈還田對作物產(chǎn)量的影響這幾方面，綜述秸稈還田培肥土壤的效果，旨在為今后秸稈還田培肥土壤提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：秸稈還田；有機碳；土壤酶

中圖分類號 S153 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2014）10-54-03

Abstract：The production of straw is the highest in the world，therefore，how to rationalize the use of straw resources，economy and environmental protection，is the priority. This article from the soil organic carbon，soil enzyme activity，decomposing characteristics and the impact of staw returning on crop yield，summary the effect of straw returning in improving soil fertility to provide a theoretical basis for future.

Key words：Straw returning；Organic carbon；Soil enzyme

1 前言

農(nóng)業(yè)在我國的國民經(jīng)濟中起著至關(guān)重要的作用，農(nóng)業(yè)的發(fā)展和土地的利用是保證食物供給以及可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。中國僅以占世界7%的耕地要養(yǎng)活占全球22%的人口，其特殊的國情決定了農(nóng)業(yè)在中國具有遠(yuǎn)比世界上其它國家更為重要的地位[1]。因此走農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的道路，是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的一種必然趨勢[2]?！懊褚允碁樘?，食以土為本”，精辟地概括了人類—農(nóng)業(yè)—土壤之間的關(guān)系，農(nóng)業(yè)是人類生存的基礎(chǔ)，而土壤是農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)[3]。構(gòu)成作物產(chǎn)量40%～80%的養(yǎng)分來自于土壤，只有在土壤肥力提高的條件下，才能達(dá)到高產(chǎn)，穩(wěn)產(chǎn)[4]。秸稈還田可以有效保持農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的物質(zhì)循環(huán)、能量的交換和信息的傳遞，減輕作物對外部能量、物質(zhì)的依賴，形成一個穩(wěn)定的生產(chǎn)系統(tǒng)，最終有利于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[5]。

2 我國秸稈資源現(xiàn)狀和利用現(xiàn)狀

中國是世界第一秸稈大國，高利偉等[6]研究表明，2006年中國作物秸稈總量超過7.6億t。秸稈通常指作物主產(chǎn)品進行初加工過程產(chǎn)生的副產(chǎn)物及主產(chǎn)品收獲之后所有大田剩余的副產(chǎn)物[7]。秸稈數(shù)量以水稻、小麥和玉米三大作物居多，2000-2006年秸稈資源總量中，這3大作物秸稈量的比例為60%～89%[6-7]。2005年秸稈資源總量中，水稻、玉米、小麥三大糧食作物秸稈分別約占秸稈總產(chǎn)量的25.10%、24.00%、12.73%，分別分布于中南、華東地區(qū)及西南的部分省份，東北、華北地區(qū)的各省份及華東、中南的部分省份，華東、中南及華北等地區(qū)[8]。

秸稈的綜合利用主要是飼料，肥料，燃料，工業(yè)原料等4個方面。主要利用途徑有：（1）用作飼料：通過秸稈氨化技術(shù)、膨化技術(shù)、微儲飼料技術(shù)和青貯技術(shù)等對秸稈進行加工，秸稈變得柔軟，易于消化吸收，增加飼料粗蛋白含量，變成牲畜喜歡食用的主飼料[9]。（2）用作肥料：農(nóng)作物秸稈作為有機肥料來源之一，不僅可增加土壤有機質(zhì)和速效養(yǎng)分含量，培肥地力，還可以增加作物產(chǎn)量，優(yōu)化農(nóng)田生態(tài)環(huán)境[10]。（3）用作燃料：可以將秸稈能源化利用，通過沼氣技術(shù)、制煤技術(shù)、發(fā)電技術(shù)，提高秸稈資源的利用效率。（4）用作工業(yè)原料：多種食用菌的栽培可以用秸稈做培養(yǎng)基，稻草、麻稈、麥稈等可以用于造紙、建筑等，以及手工紡織材料。據(jù)粗略估計，目前我國直接用作于農(nóng)村飼料、肥料、生活燃料、工業(yè)原料的秸稈量約占秸稈總產(chǎn)量的15%、15%、20%和2%，露天焚燒或廢棄的部分秸稈約占秸稈總產(chǎn)量的33%[11]。

3 秸稈還田培肥土壤的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

我國秸稈總產(chǎn)量居世界首位，因此，如何使秸稈資源利用合理化、經(jīng)濟化和環(huán)?；蔀楫?dāng)務(wù)之急。國內(nèi)科技工作者研究表明[18-20]，秸稈覆蓋農(nóng)田后，土壤的水、肥、氣、熱狀況重新進行了組合，顯著提高了土壤肥力，成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑之一。國外科技工作者研究表明，殘茬覆蓋土壤表面，可以減少水土流失、土壤溫度和蒸發(fā)的波動，作物秸稈是土壤有機質(zhì)的主要來源，影響土壤的肥力，團聚體穩(wěn)定性，滲透，微生物的活動，和其他土壤性質(zhì)[21-24]。Sharratt等[25]研究也發(fā)現(xiàn)，未進行秸稈覆蓋的土壤，夏天土壤溫度很高，冬天土壤溫度很低，而且與秸稈覆蓋的相比，土壤溫度也有較大波動。

Pimentel和Dabney等[26-27]報道，秸稈覆蓋土壤表層可以減少土壤侵蝕，有益于生態(tài)環(huán)境的改善，還可以幫助農(nóng)民增加糧食產(chǎn)量。Burket和Rees等[28-29]研究認(rèn)為，對豆科植物秸稈進行還田后，提高土壤有機質(zhì)含量和土壤固碳能力，有機質(zhì)對土壤中的氮起到固定作用，因此可以減少土壤氮的淋洗和揮發(fā)損失。Lindstrom等[30]研究表明，土壤中33%秸稈覆蓋比46%秸稈覆蓋氮，磷，鉀分別損失了98、37和29kg/hm2。

3.1 秸稈還田對土壤有機碳的影響 Starr等[31]認(rèn)為農(nóng)作物秸稈是有機碳的來源，也有利于保護富含有機質(zhì)的土壤團聚體的侵蝕，因為水的侵蝕最容易帶走較小的顆粒，如顆粒有機碳，可溶性有機碳和粘土大小的顆粒。土壤有機碳是土壤中含碳有機物質(zhì)，它包括土壤中微生物體分解的各種有機物質(zhì)和動植物的殘體，土壤有機碳占土壤總量的很小部分，它對全球碳平衡，土壤肥力方面起著非常重要的作用。土壤有機碳含量是進入土壤的生物殘體等有機物質(zhì)的輸入與以土壤微生物分解作用為主的有機物質(zhì)的損失之間的平衡。endprint

土壤有機碳根據(jù)研究需要，Pat-ton將土壤有機碳分為活性庫（active pool）、緩性庫（slow pool）、鈍性庫（passive pool）[32]。邵月紅對農(nóng)田土壤有機碳庫大小及周轉(zhuǎn)的研究結(jié)果表明，農(nóng)田土壤各剖面的活性碳、緩效性碳、惰效性碳分別占土壤有機碳的0.6%～3.7%，37.7%～81.2%，17.1%～48.1%[33]。許多研究表明，秸稈直接還田對改善土壤的理化性狀有明顯效果，秸稈還田各處理的有機碳含量都高于無秸稈還田處理，同時作物增產(chǎn)效果明顯。秸稈還田在增加土壤活性有機碳含量的同時，也提高了活性有機碳占總有機碳含量的比重。

3.2 秸稈還田對土壤酶活性的影響 土壤微生物、植物和土壤動物是土壤酶的主要來源，土壤酶是土壤的組成成分之一，是土壤中各種生物化學(xué)過程重要的參與者，其活性大小可以作為表征土壤肥力的一個重要指標(biāo)。甄麗莎等[34]通過大田定位試驗研究得出，在玉米生長期內(nèi)進行小麥秸稈還田和小麥生長期進行玉米秸稈還田配合施用氮肥和有機肥，土壤蔗糖酶可以顯著提高；相同秸稈還田方式配合施用氮、磷肥可以顯著提高脲酶活性。季立聲等[35]對秸稈直接還田進行了生物學(xué)效應(yīng)的研究表明，無論是常規(guī)翻耕還是輪耕，土壤中的蔗糖酶、脲酶和過氧化氫酶的數(shù)量均以秸稈直接還田處理為高。在小麥整個生育期，土壤轉(zhuǎn)化酶、脲酶活性表現(xiàn)有秸稈處理大于無秸稈處理。閆超[36]等連續(xù)3a水稻秸稈還田，研究結(jié)果表明，秸稈還田處理脲酶平均活性較不還田處理低28.1%，蔗糖酶平均活性較不還田處理高19.8%，過氧化氫酶和酸性磷酸酶無明顯影響。國外學(xué)者研究表明，秸稈還田對土壤酶的活性具有促進作用。

3.3 秸稈還田后秸稈腐解特征的變化 在土壤微生物和酶的作用下秸稈進行分解和轉(zhuǎn)化。其腐解速率一方面受土壤微生物和酶活性的高低限制，另一方面秸稈的腐解又必然對土壤養(yǎng)分釋放、生物學(xué)特性產(chǎn)生重大作用。有大量研究表明腐解速率均表現(xiàn)在秸稈還田前期腐解較快，后期腐解速率逐漸變慢。李新舉等[37]研究得出，輕壤，中壤，重壤三種土壤質(zhì)地中，腐解速度大小為埋深5cm>埋深15cm>覆蓋在表面的秸稈。32周時間內(nèi)秸稈腐解百分率分別為65%、62%、50%左右。武際等[38]采用尼龍網(wǎng)袋法研究了不同水稻栽培模式下小麥秸稈腐解特征及對土壤生物學(xué)特性和養(yǎng)分狀況的影響，結(jié)果表明，0～30d為快速腐解期，30d之后，腐解速率逐漸放緩，90d小麥秸稈腐解率累計達(dá)48.9%～61.3%。

3.4 秸稈還田對作物產(chǎn)量的影響 近來，中國100多個5a以上秸稈還田的定位試驗研究表明，與不還田相比，平均增產(chǎn)率為12.8%。也有不少報道表明秸稈還田后，出現(xiàn)秸稈分解過程中微生物與植物爭奪土壤有效態(tài)氮，播種質(zhì)量降低，但由于提高了土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分含量，改善土壤物理及生物化學(xué)性狀，產(chǎn)量仍比傳統(tǒng)耕作高，具有較好的增產(chǎn)效果。曾木祥[39]等認(rèn)為：我國的秸稈還田量大約在1 500～9 000kg·hm-2，平均4611kg·hm-2，增產(chǎn)幅度在1.7%～145.8%，平均增產(chǎn)15.17%。

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