秸稈腐解規(guī)律和養(yǎng)分釋放特征影響因素的研究進(jìn)展

劉方明 高玉山 孫云云 竇金剛 侯中華 劉慧濤 王立春

摘要：秸稈還田是一項(xiàng)提高土壤肥力的有效措施。秸稈還田中，秸稈腐解規(guī)律和養(yǎng)分釋放特征受到多方面因素的影響。從秸稈還田方式及基本要素、氣候條件、土壤類型、生物因素以及農(nóng)業(yè)措施幾個(gè)方面，概述了目前秸稈還田腐解規(guī)律及養(yǎng)分釋放特征的影響因素，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)狀，提出研究展望，為解決秸稈還田問題提供理論參考。

關(guān)鍵詞：秸稈還田；腐解規(guī)律；養(yǎng)分釋放；影響因素

中圖分類號(hào)：S156.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2018）04-0005-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.04.001

Research Progress of the Factors Influencing Straw Decomposition Regularity and Nutrient Release Characteristics

LIU Fang-ming，GAO Yu-shan，SUN Yun-yun，DOU Jin-gang，HOU Zhong-hua，LIU Hui-tao，WANG Li-chun

（Jilin Academy of Agricultural Sciences，Institute of Agricultural Environment and Resources Research，Changchun 130033，China）

Abstract： Straw returning is an effective measure to improve soil fertility. During the straw returning，straw decomposition regularity and nutrient release characteristics are influenced by many factors. From aspects of the straw returning patterns and basic elements，climatic conditions，soil types，biological factors and agricultural management practices，the factors influencing straw decomposition regularity and nutrient release characteristics were summarized，and the prospects were put forward combined with the current situation.

Key words： straw returning； straw decomposition regularity； nutrient release characteristic； influence factor

秸稈還田作為改土培肥的技術(shù)之一，可以改善土壤理化性質(zhì)、 提高土壤肥力，改善土壤環(huán)境，對(duì)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和保障國家糧食安全具有重要意義。秸稈還田的方式有全方位深松、高茬還田、粉碎還田等，分別比現(xiàn)行耕法產(chǎn)量提高8.27%、13.50%和13.59%[1]。在秸稈還田技術(shù)研究中，提出了秸稈還田方式、還田時(shí)間、還田量、碳氮比等因素會(huì)對(duì)秸稈腐解速率及養(yǎng)分釋放產(chǎn)生影響[2-5]。作物還田秸稈的腐解受諸多因素的影響，不同地區(qū)不同作物種類的秸稈腐解狀況差異較大。因地制宜地綜合考慮不同地區(qū)、氣候、土壤及人工管理?xiàng)l件下影響還田腐解的因素，調(diào)節(jié)秸稈腐解速率和養(yǎng)分釋放動(dòng)態(tài)，可為解決秸稈腐解問題提供理論指導(dǎo)。

本研究分析秸稈腐解的主要影響因素，概述秸稈還田方式及基本要素、氣候條件、土壤類型、生物因素以及農(nóng)業(yè)措施等對(duì)秸稈腐解速率和養(yǎng)分釋放動(dòng)態(tài)的影響，為秸稈還田理論及技術(shù)應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 秸稈還田方式及基本要素

1.1 秸稈還田方式

秸稈還田方式影響到秸稈腐解率，常規(guī)耕作、旋耕、耙耕、翻耕和免耕相比較，免耕模式的秸稈腐解率較低。江曉東等[3]對(duì)山東龍口玉米常規(guī)耕作秸稈還田、旋耕秸稈還田、耙耕秸稈還田、免耕秸稈覆蓋4種土壤耕作模式進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，玉米免耕模式的秸稈腐解率和腐解速度較低。在小麥秸稈還田中，免耕處理的秸稈分解速率低于翻耕和旋耕處理，翻耕和旋耕處理的秸稈腐解速率基本接近[4]。龐黨偉等[5]提出山東省小麥秸稈還田宜采用2年旋耕1年深耕、配施純氮225 kg/hm2的技術(shù)模式。

秸稈帶膜還田時(shí)，翻壓帶膜還田的秸稈腐解較快，腐解率高于覆蓋帶膜還田。盧秉林等[6]對(duì)河西綠洲灌區(qū)秸稈還田技術(shù)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，翻壓帶膜還田處理秸稈進(jìn)入腐解高峰期的時(shí)間比秸稈覆蓋帶膜還田處理提早30 d；翻壓帶膜還田處理秸稈月腐解率比秸稈覆蓋帶膜還田處理稍高。

秸稈破碎和粉碎對(duì)養(yǎng)分釋放的影響程度不同。徐萌等[7]提出，破碎秸稈1 800 kg/hm2處理土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤全N含量提高最顯著；粉碎秸稈1 800 kg/hm2處理土壤堿解氮含量增加最顯著。

1.2 秸稈還田基本要素

1.2.1 還田深度 作物秸稈還田深度影響到作秸稈腐解率和養(yǎng)分釋放速率。一些研究結(jié)果表明，表層覆蓋還田的秸稈腐解率較低。劉世平等[8]對(duì)麥稻秸稈還田的研究發(fā)現(xiàn)，不同埋深0、7、14 cm對(duì)還田秸稈腐解及C/N比的影響不同，在麥田埋深14 cm的秸稈腐解速度最快，而覆蓋在表層較慢。牛怡[9]研究提出，玉米秸稈翻埋還田的腐解率顯著大于表面覆蓋處理。秸稈深還促使土壤中有機(jī)碳含量增加，胡敏酸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化、年輕化[10]。也有研究者對(duì)黑龍江省海倫地區(qū)秸稈還田研究提出不同結(jié)果，與淺耕秸稈還田相比，深耕20～35 cm秸稈還田可以降低土壤容重增加玉米產(chǎn)量，但是秸稈腐解率低5.5%～10.3%[11]。

1.2.2 還田量 秸稈還田量是影響作物秸稈腐解率和養(yǎng)分釋放動(dòng)態(tài)的主要因素之一。在一定還田量范圍內(nèi)，秸稈腐解率及腐解速率隨著還田量的增加而增加。研究者提出，土壤有機(jī)質(zhì)和活性有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨秸稈添加量的增加而顯著增加[12]。對(duì)翻耕還田秸稈（生物碳）還田量和免耕覆蓋秸稈（生物碳）還田量共5種還田方式的研究發(fā)現(xiàn)，砂質(zhì)潮土免耕條件下秸稈配合生物碳還田效果最優(yōu)[13]。在吉林西部干旱區(qū)秸稈還田試驗(yàn)中，秸稈還田量由1/2倍量逐漸增加至4倍量，研究者發(fā)現(xiàn)土壤全N、水解性氮、P、K、土壤有機(jī)質(zhì)的含量隨秸稈還田量的增加而提高[14]。遼寧西部半干旱區(qū)秸稈還田的研究發(fā)現(xiàn)，秸稈深還田12 000 kg/hm2用量埋入處理，可以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量[15]。耕層土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量均隨著玉米秸稈還田量的增加而提高，而硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量則表現(xiàn)為隨著玉米秸稈還田量的增加而減少[16]。寧南地區(qū)秸稈還田增加了土壤活性有機(jī)碳含量，同時(shí)提高了0～20 cm土層活性有機(jī)碳比重，土壤碳礦化速率和累積礦化量隨著秸稈還田量的增加而增加[17]。油菜秸稈腐解速率隨秸稈還田量增加而降低，全量還田的秸稈腐解速率最低，其次為2/3量還田和1/2量還田的秸稈腐解速率，1/3量還田秸稈腐解速率最高[18]；油菜秸稈還田增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量，提高了土壤N、P、K含量。

1.2.3 還田時(shí)間 水稻、小麥、玉米、油菜和蠶豆等作物秸稈還田后，秸稈腐解速率具有早期快后期慢的特點(diǎn)[19]。研究發(fā)現(xiàn)，隨玉米秸稈培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng)土壤有機(jī)質(zhì)和活性有機(jī)質(zhì)比例增加，30～45 d秸稈腐解速率較快，第45天達(dá)到最高值（45%）[12]。麥秸腐解也表現(xiàn)為前期較快而后期較慢，腐解20 d時(shí)完成總腐解的75%，之后進(jìn)入緩慢腐解階段[20]。油菜秸稈還田的腐解率隨時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸增大，秸稈腐解速率早期快后期慢[18]。

1.2.4 有機(jī)物料的組成 有機(jī)物料的組成影響到秸稈腐解速率。研究指出，旱地秸稈累積腐解率表現(xiàn)為油菜>水稻>玉米>小麥>蠶豆的趨勢(shì)，水田中秸稈累積腐解率表現(xiàn)為水稻>玉米>小麥>油菜>蠶豆的趨勢(shì)，5種秸稈在旱地和水田中養(yǎng)分釋放率均表現(xiàn)為K>P>N>C，旱地土壤中的秸稈累積腐解率和養(yǎng)分釋放率均大于水田[19]。曹瑩菲等[21]進(jìn)行玉米和大豆秸稈腐解率和組分變化的研究發(fā)現(xiàn)，大豆秸稈腐解前期較玉米秸稈快，各處理作物秸稈的腐解率、組分比例差異明顯。曹湛波等[22]研究大豆、玉米、水稻秸稈還田對(duì)土壤有機(jī)碳的影響發(fā)現(xiàn)，大豆秸稈還田后土壤有機(jī)碳最高，土壤碳封存能力高于玉米和水稻秸稈。

2 氣候條件、土壤類型和生物因素

氣候條件和土壤類型也是影響秸稈腐解和養(yǎng)分釋放的重要因素。李昌明等[23]研究了三種不同氣候帶的三種土壤條件下小麥、玉米秸稈腐解過程發(fā)現(xiàn)，秸稈中養(yǎng)分釋放速率快慢順序依次為K、P和N；秸稈腐解中氮素和磷素在寒溫帶及紅壤和潮土中的動(dòng)態(tài)特征為先富集再釋放，在暖溫帶、中亞熱帶以及黑土中的動(dòng)態(tài)特征為直接釋放。

土壤質(zhì)地和土壤通氣性對(duì)秸稈腐解和養(yǎng)分釋放影響作用不同。楊軍等[24]提出，土壤質(zhì)地對(duì)秸稈腐解和養(yǎng)分釋放影響作用不明顯，小麥和玉米秸稈在砂、壤、黏質(zhì)潮土中經(jīng)過半年分解后，其分解率在不同質(zhì)地土壤處理間無顯著性差異。土壤通氣性明顯影響到秸稈的腐解速率，王景等[25]研究了在好氣與厭氧培養(yǎng)條件下水稻秸稈和玉米秸稈的腐解動(dòng)態(tài)，發(fā)現(xiàn)好氣培養(yǎng)條件下水稻秸稈和玉米秸稈腐解較快，碳、氮釋放速率常數(shù)較高。

不同種類的土壤生物對(duì)秸稈分解和養(yǎng)分釋放的影響不同。添加EM菌微生物和氮肥能促進(jìn)秸稈腐解，加快土壤中有機(jī)態(tài)磷的礦化，提高土壤速效磷含量[26]。影響小麥秸稈分解的生物因素按重要程度排序?yàn)轵球?gt;真菌>線蟲>細(xì)菌>原生動(dòng)物，蚯蚓是影響土壤有機(jī)物分解作用較大的生物種類[27]。

3 農(nóng)業(yè)措施

施氮、種植綠肥、灌溉和施加秸稈腐解劑等農(nóng)業(yè)人工管理措施都可以調(diào)節(jié)秸稈腐解速率，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的釋放，有利于作物高產(chǎn)。小麥秸稈施氮促進(jìn)纖維素腐解，完成腐解進(jìn)程75%所需的時(shí)間可以提前5.3 d[20]。稻油輪作秸稈還田配施化肥可以提高土壤有機(jī)碳、胡敏酸、胡敏素含量及土壤養(yǎng)分含量，有利于產(chǎn)量提高[28]。

種植綠肥也會(huì)對(duì)秸稈腐解率和養(yǎng)分釋放產(chǎn)生一定的影響。徐健程等[29]對(duì)紅壤旱地空閑及綠肥種植模式的玉米秸稈腐解進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)種植三種綠肥能減緩秸稈腐化和秸稈中碳和鉀的釋放，種植肥田蘿卜能促進(jìn)秸稈氮素和磷素釋放。

覆膜與噴灌可以提高作物秸稈腐解率和養(yǎng)分釋放。研究發(fā)現(xiàn)，覆膜與噴灌使玉米秸稈腐解率增加了2.1%～16.7%，覆膜加噴灌對(duì)玉米秸稈腐解率影響作用較明顯，其次為噴灌，覆膜影響作用較小[30]。高濕條件更利于促進(jìn)秸稈腐解，但導(dǎo)致土壤DOC含量較低，TOC的固持量也較少[31]。

秸稈腐解劑對(duì)秸稈腐解具有一定的促進(jìn)作用，不同種類的腐解劑效果存在差異[9，31，32]。添加腐解劑能夠促進(jìn)玉米秸稈的腐解，加速秸稈中有機(jī)碳、氮、磷的釋放，養(yǎng)分釋放表現(xiàn)為K>P>C>N[32]。研究者提出，玉米秸稈施加腐解劑30 d后秸稈降解率可達(dá)到40.2%[33]。玉米秸稈和水稻秸稈加入腐解劑，秸稈腐解率分別提高32.36%和29.76%[34]。秸稈進(jìn)行酸化或氨化處理，也可以促進(jìn)秸稈腐解。玉米秸稈進(jìn)行適當(dāng)酸化或氨化處理，可提高累積腐解率為91.68%和89.22%[35]。

4 研究展望

1）秸稈還田技術(shù)與覆膜、滴灌等技術(shù)相結(jié)合，可以更有效地提高土壤肥力和作物產(chǎn)量。玉米秸稈還田與覆膜相結(jié)合可以培肥地力、改善地膜栽培和連作引起的地力下降問題[36]。膜內(nèi)淺埋式滴灌和膜側(cè)淺埋式滴灌是玉米增產(chǎn)較高的滴灌方式[37]。小麥地秸稈還田與滴灌施肥技術(shù)相結(jié)合可以提高土壤養(yǎng)分含量、提高小麥產(chǎn)量[38]。

2）秸稈還田新技術(shù)可以明顯提高秸稈的腐解速率和養(yǎng)分釋放速率，較迅速提高土壤肥力。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院提出秸稈顆?；筮€田方式[39]，可以提高土壤和秸稈的混合度，有利于作物出苗，具有較好的應(yīng)用前景。

3）秸稈還田作為改良土壤、培肥土壤的有效技術(shù)措施之一，還可以應(yīng)用到果園管理和經(jīng)濟(jì)作物種植方面。梨園采用45 000 kg/hm2秸稈還田量，可以明顯提高土壤有機(jī)碳和速效養(yǎng)分[40]。添加發(fā)酵菌曲的玉米秸稈還田可以改良植煙土壤、提高農(nóng)藝性狀、經(jīng)濟(jì)性狀和品質(zhì)[41]。

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