設(shè)施蔬菜秸稈覆蓋技術(shù)研究進展

閻世江，田如霞，劉 潔，張繼寧

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所，山西太原030031；2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技信息研究所，山西太原030031）

農(nóng)田覆蓋是一種重要的作物栽培技術(shù)[1-2]。研究證明，農(nóng)田覆蓋具有保水保溫，提高土壤養(yǎng)分，改善生態(tài)環(huán)境，增加作物產(chǎn)量的作用，是我國糧食和蔬菜高產(chǎn)的有力保障之一。我國早在西漢就有關(guān)于農(nóng)田覆蓋的記載[3-5]。反觀歐美等國采用農(nóng)田覆蓋的時間僅有三四百年，其利用的覆蓋物有砂、石、油紙、樹葉、殘茬等。目前，研究或應(yīng)用較多的主要有地膜覆蓋等技術(shù)。而隨著我國人民生活水平的提高，設(shè)施生產(chǎn)蔬菜的需求越來越高，其生產(chǎn)中應(yīng)用較多的是地膜覆蓋。這項技術(shù)有一定的優(yōu)越性，但同時會造成“白色污染”、破壞農(nóng)田生態(tài)環(huán)境。秸稈覆蓋是指將玉米、小麥、水稻、高粱的秸稈經(jīng)過粉碎后覆蓋于土壤表面，起到保溫保水的作用。2017年習(xí)近平總書記視察山西時指出，有機旱作是山西農(nóng)業(yè)的一大傳統(tǒng)技術(shù)特色。山西省在長期的生產(chǎn)實踐中，面對山多地少、土壤貧瘠、水資源匱乏的自然環(huán)境，探索和發(fā)展了平整土地、施用有機肥、精耕細(xì)作、保持水土等有機旱作農(nóng)業(yè)技術(shù)，充分利用了自然資源，有效抵御了干旱，實現(xiàn)了耕地持續(xù)開發(fā)利用，形成了獨具一格的農(nóng)業(yè)特色產(chǎn)業(yè)。尤其是在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中，使用秸稈覆蓋技術(shù)既具有綠色環(huán)保的優(yōu)點，同時又有效利用了農(nóng)田廢棄物——秸稈，符合山西省的省情，值得推廣。

筆者從覆蓋技術(shù)概況、設(shè)施蔬菜秸稈覆蓋的應(yīng)用現(xiàn)狀、秸稈覆蓋的優(yōu)勢等方面作一綜述，并就秸稈覆蓋的未來進行展望，以期為設(shè)施蔬菜的地面覆蓋技術(shù)的發(fā)展奠定理論基礎(chǔ)。

1 覆蓋技術(shù)概況

1.1 地膜覆蓋技術(shù)

自20世紀(jì)以來，隨著石油工業(yè)、精細(xì)化工的發(fā)展，地膜覆蓋技術(shù)得以出現(xiàn)。1951年日本最早研制成功塑料薄膜，開始在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用，代替了以往長期使用的油紙和玻璃，大大降低了生產(chǎn)成本。美國1952年初也開始應(yīng)用，首先是在夏威夷[6]。我國學(xué)者1978年從日本引進該項技術(shù)。經(jīng)過多年的發(fā)展，我國成為世界上地膜覆蓋面積最大的國家，涵蓋了大多數(shù)的糧食與蔬菜，積累了豐富的經(jīng)驗[7]。經(jīng)過科研工作者的研究發(fā)現(xiàn)，地膜覆蓋能有效保水[8-9]，隔絕土壤與外界的熱量交換[10-11]，抑制雜草的生長[2]，提高土壤養(yǎng)分含量[12]。

然而，近年來的研究卻表明，地膜覆蓋的大面積推廣也造成了許多負(fù)面的影響。首先，造成“白色污染”，塑料薄膜在下茬作物生長過程中很難降解，成為新的污染源。其次，雖然在最初的幾年中起到保墑和增產(chǎn)作用，但長時間使用使土壤物理性質(zhì)惡化、養(yǎng)分含量降低、農(nóng)作物產(chǎn)量降低、水土流失嚴(yán)重[3]。第三，未降解的地膜使作物扎根變淺，出現(xiàn)早衰和徒長等[4]。第四，清理殘膜費工費時。近年來，雖然出現(xiàn)了可降解等新型地膜[6]，但技術(shù)還不成熟，成本高，推廣難度較大。

1.2 秸稈覆蓋技術(shù)

秸稈覆蓋技術(shù)是指將玉米、小麥、水稻、高粱的秸稈經(jīng)過粉碎后覆蓋于土壤表面，形成土地保護層，用于蔬菜、果樹、苗木等作物栽培。秸稈覆蓋操作簡便，原料來源廣。通過這項技術(shù)的實施，可以起到保墑的作用，秸稈腐爛后，能增加土壤有機質(zhì)的含量。自該技術(shù)問世以來，歐美國家開展大量研究，取得許多成果。我國的應(yīng)用面積居世界首位，并于1990年舉辦了中國首屆少免耕和覆蓋技術(shù)學(xué)術(shù)討論會，在會議上各專家就秸稈覆蓋展開熱烈的討論，推動了技術(shù)的發(fā)展[5]。據(jù)統(tǒng)計，1991年全國秸稈覆蓋技術(shù)應(yīng)用面積達350多萬hm2，到2013年全國秸稈覆蓋面積達600多萬hm2[13]，發(fā)展勢頭良好。

2 秸稈覆蓋技術(shù)在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中的應(yīng)用

由于設(shè)施蔬菜栽培可以控制環(huán)境，使惡劣天氣的影響降低，因此，成為近年來的研究熱點。在研究中發(fā)現(xiàn)，設(shè)施蔬菜隨著蔬菜的生長需水量逐漸升高，如何保持蔬菜生長所需的水分，又節(jié)約水資源成為學(xué)者研究的熱點。最初學(xué)者采用地膜覆蓋的方法[14-16]，證實可以保水保溫，但近年來的研究證明，秸稈覆蓋的作用優(yōu)于地膜覆蓋。翟勝等[17]的研究發(fā)現(xiàn)，地表覆蓋后保持了充足的水分，與地膜覆蓋相比較，覆蓋秸稈后黃瓜的株高和莖粗均升高；凈光合速率、葉綠素含量分別比地膜覆蓋增加。周茂娟等[18]研究認(rèn)為，覆蓋秸稈能有效地提高溫室土壤可持續(xù)生產(chǎn)力和水分利用效率，可改善辣椒品質(zhì)以及氮肥利用率。吳興等[19]研究發(fā)現(xiàn)，辣椒采用秸稈覆蓋處理后，結(jié)果盛期和結(jié)果末期土壤溫度降溫趨勢小于地膜覆蓋；增加結(jié)果期辣椒產(chǎn)量，減少耗水量，秸稈覆蓋處理的水分利用效率分別為地膜覆蓋處理的1.67倍，是提高水分利用效率的較佳方式。筆者認(rèn)為，由于秸稈覆蓋采用的是玉米秸稈等農(nóng)田廢棄物，在使用時不造成新的污染，并就地解決秸稈回收的問題，因此，具有不可忽視的優(yōu)勢，應(yīng)大力推廣。

3 秸稈覆蓋技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢

3.1 秸稈資源豐富

我國每年種植的玉米、高粱、小麥、水稻很多，在收獲后除可食用的部分會產(chǎn)生大量的秸稈，據(jù)統(tǒng)計近7億t。以往在廣大農(nóng)村秸稈被用來作為燃料、牲畜飼料，而作為工業(yè)原料和食用菌基料的占有很小的比例。近年來，玉米種植面積居高不下產(chǎn)生的秸稈較多，出現(xiàn)秸稈過剩的局面，再加上農(nóng)民工進城、農(nóng)村空心化等原因，使大量的秸稈無法得到利用，在一些地區(qū)出現(xiàn)違規(guī)焚燒的現(xiàn)象，嚴(yán)重污染了環(huán)境，產(chǎn)生的煙霧還影響周邊道路運輸安全。采用秸稈覆蓋的技術(shù)一方面有效利用了農(nóng)田廢棄物，另一方面降低白色污染，可謂一舉兩得。

3.2 利用資源、保護環(huán)境

地膜覆蓋引進我國之后使糧食、蔬菜的產(chǎn)量提高，但近年來也發(fā)現(xiàn)一些問題。如地膜是利用石油生產(chǎn)的產(chǎn)品，而石油資源短缺是各國面臨的戰(zhàn)略問題，屬不可再生資源，我國的儲量有限，長此以往的使用，總有資源枯竭的時候。秸稈可以再生，用其覆蓋后一方面替代地膜，減少“白色污染”；另一方面在土壤中增加有機質(zhì)的含量，從而減少化肥的用量，使我國磷鉀資源得以保護，可以說是一舉多得。

3.3 秸稈覆蓋后對土壤養(yǎng)分的影響

3.3.1 改善土壤結(jié)構(gòu)，減少水土流失 秸稈覆蓋使土壤在降雨時雨滴打擊力度降低，保護原有土壤的物理結(jié)構(gòu)，防止土壤板結(jié)，使土壤孔隙度升高。研究表明[5，13]，秸稈覆蓋后土壤中蚯蚓含量增加，耕層土壤容重降低，其模擬降水試驗表明，土壤保水保肥能力增強。筆者認(rèn)為，這主要是因為秸稈在土壤中腐解后為蚯蚓提供了食物與生存的環(huán)境，使其大量的繁殖。

3.3.2 增加土壤養(yǎng)分含量 研究表明，秸稈覆蓋能增加土壤有機質(zhì)含量[20-23]及氮、磷、鉀含量[5]，如使用地膜覆蓋會使土壤有機質(zhì)的含量下降[24]。究其原因主要是秸稈的成分是有機物，其中水溶性成分纖維素和半纖維素占大多數(shù)，在土壤表面易被降解從而形成有機質(zhì)。秸稈內(nèi)的氮、磷、鉀，也同時留在土壤中[20]。筆者認(rèn)為，在土壤中使用秸稈覆蓋后，隨著時間的延長，秸稈腐解后其有機物得到分解，轉(zhuǎn)化為土壤中的有機物，有機物含量的提高對作物的生長十分有益。李英臣等[25]研究表明，秸稈覆蓋使土壤釋放更多的CO2，使蔬菜的光合作用提高，有利于其生長。趙麗麗等[26]以番茄為試材，研究以地膜覆蓋、秸稈覆蓋等不同地面覆蓋方式對秋冬茬日光溫室番茄生長的影響。結(jié)果表明，地膜覆蓋處理能在一定程度上減少土壤水分消耗，但秸稈覆蓋處理土壤酶活性較高，有利于蔬菜養(yǎng)分的吸收，而地膜覆蓋處理酶活性為最低值。筆者認(rèn)為，上述的這些作用均對蔬菜生長有利。

3.3.3 提高微生物數(shù)量和活性 秸稈覆蓋后土壤有機質(zhì)含量增加，適宜微生物生長[5]，微生物數(shù)量和活性均同時增加，其效果優(yōu)于地膜[24]。趙麗麗等[26]以秋冬茬日光溫室番茄為試材，以地膜覆蓋、秸稈覆蓋為栽培方式，研究了不同栽培方式對土壤養(yǎng)分、番茄生長和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，秸稈覆蓋處理后微生物數(shù)量和活性較高，而地膜覆蓋處理后微生物數(shù)量和活性最低。李明等[27]研究不同地面覆蓋方式對溫室黃瓜根際土壤微生物和養(yǎng)分變化的影響，結(jié)果表明，在結(jié)果初期秸稈覆蓋明顯提高了根際土壤中細(xì)菌、固氮菌、真菌細(xì)胞數(shù)量和有機質(zhì)、全氮、全鉀和堿解氮含量。筆者從事多年蔬菜栽培研究，發(fā)現(xiàn)在土壤中細(xì)菌、固氮菌等微生物能改善土壤的物理化學(xué)性質(zhì)，其中，固氮菌可以起到生物固氮的作用，這類微生物的分泌物還能抑制病蟲害的發(fā)生，因此，秸稈覆蓋后蔬菜生長良好，原因之一就是提高了微生物數(shù)量和活性。

3.4 保水效果顯著

秸稈覆蓋后在土壤表面形成保護層，遇降雨時地表水的徑流減緩，蒸發(fā)層與下層土壤間形成隔斷層，破壞毛細(xì)管聯(lián)系，使水蒸發(fā)量減小，有效利用水資源[5]。吳傳萬等[28]研究覆蓋方式對溫室紅椒生長發(fā)育及土壤環(huán)境的影響，結(jié)果表明，秸稈覆蓋處理改善了溫室紅椒土壤理化性質(zhì)，提高了土壤溫度和水分利用效率，改善了紅椒品質(zhì)和提高了產(chǎn)量。筆者經(jīng)實踐證明，秸稈覆蓋的保水效果與地膜覆蓋差異較小，但秸稈覆蓋有一定的通透性，地膜覆蓋的透氣性較差，如水分過高容易引起爛根，因此，秸稈覆蓋的優(yōu)勢明顯。

3.5 調(diào)節(jié)土壤溫度，抑制田間雜草

秸稈覆蓋后能保持土壤適宜蔬菜生長溫度的恒定，抑制田間雜草的生長，吳傳萬等[28-29]研究證明，秸稈覆蓋處理能提高土壤溫度。朱秋穎等[30]以地膜和小麥秸稈為覆蓋材料，研究了黃瓜地面覆蓋對日光溫室土壤溫度變化的影響。結(jié)果表明，秸稈覆蓋延緩了土壤溫度變化的速度，土壤溫度變化幅度小。因此，秸稈覆蓋作用更為穩(wěn)定，更具有推廣價值。筆者認(rèn)為，由于秸稈覆蓋后在秸稈的空隙間存在一定量的空氣，這些空氣能起到保溫的作用，同時減緩溫度變化的幅度，避免了極端天氣對蔬菜的影響；而采用地膜覆蓋溫度變化較快，蔬菜為適應(yīng)溫度的變化要付出更大的代價。

4 覆蓋時間和時期

什么時候覆蓋及覆蓋時間是秸稈覆蓋技術(shù)中的關(guān)鍵，總的來講，覆蓋越早，其效果越好。王中英等[31]研究表明，在果園內(nèi)秸稈覆蓋時間越早土層的含水量越高。目前，對于設(shè)施蔬菜秸稈覆蓋在時間效應(yīng)上的報道少見。筆者的實踐表明，應(yīng)在蔬菜幼苗緩苗后及時覆蓋秸稈。

5 覆蓋方式

有關(guān)秸稈覆蓋方式的研究較少，一般分為以下幾種情況：有的在深耕后進行秸稈覆蓋，有的少免耕與秸稈覆蓋相結(jié)合，也有保留原作物殘茬覆蓋。目前在設(shè)施蔬菜中應(yīng)用的秸稈覆蓋方式，多為在深耕后進行秸稈覆蓋?？茖W(xué)研究表明，覆蓋方式應(yīng)與當(dāng)?shù)氐母骷夹g(shù)相一致[32]。筆者的實踐表明，在使用秸稈覆蓋時，以玉米秸稈為例，應(yīng)先用粉碎機將秸稈粉碎為長10 cm的碎屑，均勻覆蓋在土壤表面，厚度約為10 cm，每公頃的用量為7 500 kg。

6 展望

2009年2月，國家頒布實施了《關(guān)于編制秸稈綜合利用規(guī)劃的指導(dǎo)意見》，意見指出，秸稈綜合利用率至少在80%以上。這對于秸稈覆蓋的發(fā)展起到巨大的推動作用。當(dāng)前，對秸稈覆蓋的研究多集中在宏觀方面，詳細(xì)、深入、系統(tǒng)地對秸稈覆蓋的蔬菜生產(chǎn)效果的研究較少。同時，依據(jù)不同蔬菜的需水量，確定秸稈覆蓋方式的研究還鮮見報道。為加強我國秸稈覆蓋研究的深入進行，筆者建議在以下幾方面開展工作。

6.1 加快覆蓋的秸稈腐解速度研究

秸稈覆蓋的優(yōu)點較多，能改善土壤的物理性質(zhì)，避免白色污染，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展。但實踐表明，秸稈在田間覆蓋后，最終會得到腐解，但其腐解速度較慢，用時較長，如何加快腐解速度是今后研究的重點。

6.2 深入系統(tǒng)研究秸稈覆蓋

秸稈覆蓋對蔬菜生長影響的研究還未深入，今后應(yīng)深入系統(tǒng)研究秸稈覆蓋技術(shù)，如使用秸稈的類型、秸稈用量等；另外，秸稈覆蓋會引起農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的改變，在這種情況下蔬菜代謝活動是否發(fā)生變化、如何變化，這些問題均有待研究。