秸稈還田方式對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)積累與轉(zhuǎn)化影響的研究進(jìn)展

趙懿，杜建軍，張振華，陳海斌，郭佳明，范如芹，李曉波

摘要：土壤有機(jī)質(zhì)（Soil organic matter， SOM）是農(nóng)田地力的基礎(chǔ)，也是評(píng)估農(nóng)田質(zhì)量的首要參數(shù)，對(duì)作物產(chǎn)量提升和國(guó)家糧食安全都有重大意義。秸稈還田作為秸稈資源化利用的重要方式，在消納秸稈廢棄物和改善土壤板結(jié)等問(wèn)題上具有巨大潛力，尤其是其對(duì)SOM提升的影響成為海內(nèi)外研究的熱門話題。目前，關(guān)于秸稈還田對(duì)SOM含量的影響已有大量報(bào)道，但對(duì)不同秸稈還田方式下SOM的提升效果缺乏總體概述。本文簡(jiǎn)要概述了秸稈直接還田、發(fā)酵還田、添加生物腐熟劑后還田和炭化還田4種應(yīng)用較廣泛的秸稈還田方式，綜合評(píng)述其提高SOM含量的效果及優(yōu)缺點(diǎn)，聚焦其對(duì)SOM含量的影響機(jī)制，并從秸稈還田的高效性、可持續(xù)性角度為今后進(jìn)一步開(kāi)展秸稈還田技術(shù)研究進(jìn)行了展望，以期為優(yōu)選秸稈還田方式、提升SOM含量提供理論參考。

關(guān)鍵詞：秸稈還田;秸稈發(fā)酵還田;生物腐熟劑;秸稈炭化還田;土壤有機(jī)質(zhì)

中圖分類號(hào)：S154.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000-4440（2021）06-1614-09

Research progress on the effects of straw returning on soil organic matter accumulation and transformation

ZHAO Yi1，DU Jian-jun1，ZHANG Zhen-hua2，CHEN Hai-bin1，GUO Jia-ming1，F(xiàn)AN Ru-qin1，LI Xiao-bo1

（1.College of Resources and Environment， Zhongkai University of Agriculture and Engineering/Guangdong Engineering and Technology Center for Environmental Pollution Prevention and Control in Agricultural Areas， Guangzhou 510225， China;2.Institute of Agricultural Resources and Environment， Jiangsu Academy of Agricultural Sciences， Nanjing 210014， China）

Abstract：Soil organic matter （SOM） is the foundation and core of soil fertility and the primary parameter for soil quality evaluation. Moreover， it is of great significance to the improvement of crop yield and national food security. As an important way of straw utilization， straw returning has great potential in consuming straw waste， improving soil consolidation and increasing SOM content. In particular， the effect of straw returning on SOM content has become one of the research hotspots. Although a large number of studies at home and abroad have reported the effects of straw returning on SOM content and its role in improving soil fertility， there is a lack of general review on the promotion effects of SOM under different returning methods. In this paper， four widely used straw returning methods including direct straw returning， fermentation returning， returning after adding biological decomposing agent and carbonization returning were summarized. This paper focused on the influence and mechanisms of straw returning on SOM content， and comprehensively reviewed the advantages and disadvantages of different returning methods. The further research on straw returning technology was prospected from the perspective of high efficiency and sustainability， so as to provide theoretical reference for optimizing straw returning methods and increasing SOM content.

Key words：straw returning;fermentation returning;biological decomposing agent;carbonization returning;soil organic matter

中國(guó)農(nóng)作物廢棄資源產(chǎn)量巨大[1]，2014-2018年，中國(guó)秸稈年均產(chǎn)量高達(dá)6.538 7×108 t，其中谷類、麥類和玉米秸稈產(chǎn)量分別占32.3%、22.7%和45.0%[2]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和農(nóng)民生活的改變，秸稈利用方法與途徑也產(chǎn)生了巨大變革[3]，如用作發(fā)電的原料[4]、生產(chǎn)乙醇[5]、制造沼氣、用作飼料等[6]，但是秸稈利用有限、利用不合理等問(wèn)題依然嚴(yán)峻，且隨意丟棄、堆放、焚燒等現(xiàn)象普遍存在[7]。大量研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田可有效降低土體容重、改善土壤板結(jié)情況、增加土體總孔隙度，而且有助于提升土壤有機(jī)質(zhì)（Soil organic matter， SOM）含量與肥力[8]。因此，秸稈還田成為政府和農(nóng)業(yè)工作者大力倡導(dǎo)的土壤培肥途徑之一。

由于長(zhǎng)期的秸稈不還田、有機(jī)肥施用不足等原因，中國(guó)耕地退化嚴(yán)重，使得SOM含量降低[9]。秸稈還田作為一種重要的農(nóng)業(yè)技術(shù)，能改善土壤質(zhì)量、提升SOM含量、增強(qiáng)肥力[10]，因此受到了極大關(guān)注。李敬王[11]對(duì)砂姜黑土的研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田能顯著增加砂姜黑土耕層SOM含量、保持土壤水分、改善土壤水熱條件。Huang等[12]通過(guò)對(duì)江西省水稻土的研究，也得出了長(zhǎng)期秸稈還田能夠顯著增加SOM含量的結(jié)論。但也有很多研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田并不能提升SOM含量，甚至由于新鮮秸稈帶來(lái)的激發(fā)效應(yīng)會(huì)使SOM含量降低[13]。Liu等[14]總結(jié)了176項(xiàng)經(jīng)同行評(píng)議的試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，秸稈還田12年后，土壤有機(jī)碳（Soil organic carbon， SOC）達(dá)到飽和。顏麗等[15]在北方地區(qū)棕壤上的研究發(fā)現(xiàn)，春季玉米秸稈還田不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且對(duì)土壤質(zhì)量沒(méi)有顯著的提升作用。劉義國(guó)等[16]通過(guò)對(duì)青島旱地麥田的研究也指出，過(guò)量的秸稈還田不僅會(huì)浪費(fèi)資源，甚至?xí)邢喾吹男?yīng)。

由此可見(jiàn)，秸稈還田對(duì)SOM含量提升的效果主要受土壤質(zhì)地、天氣條件、秸稈特性和還田模式等影響，尤其在不同秸稈還田方式下，對(duì)SOM含量的影響不同。近年來(lái)，關(guān)于不同秸稈還田方式對(duì)SOM影響的研究明顯增多，但通過(guò)秸稈還田提升有機(jī)質(zhì)含量的技術(shù)總體上仍處于起步階段，面臨諸多挑戰(zhàn)[17-18]，因而有必要及時(shí)總結(jié)該領(lǐng)域已有的研究結(jié)果以厘清研究現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展方向。據(jù)此，本文總結(jié)了不同秸稈還田方式對(duì)不同地區(qū)、土壤類型下SOM提升的影響效果及其機(jī)制，以期為篩選合理的秸稈還田方式以及提升SOM含量提供理論參考。

1不同秸稈還田方式對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

1.1直接還田

直接還田不僅能夠改善土壤生態(tài)環(huán)境、保溫保墑、降低水土流失，而且快捷、省工，是一種經(jīng)濟(jì)高效的還田方式[19]，研究者建議秸稈量大時(shí)可采取直接還田方式[20]。楊旭等[21]對(duì)沈陽(yáng)旱地棕壤的研究結(jié)果顯示，與秸稈炭化還田處理相比，直接還田處理對(duì)土壤碳庫(kù)管理指數(shù)的提高效果更為顯著。但也有許多研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)大量秸稈直接還田時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法腐爛分解成為SOM，而且會(huì)帶來(lái)耕作障礙、有機(jī)酸積累、阻礙作物種子發(fā)芽及生長(zhǎng)、增加病蟲(chóng)害等一系列負(fù)面影響[22]。秸稈直接還田又分成覆蓋還田和翻壓還田[23]，這2種方式均較為普遍且各有利弊（圖1）。

1.1.1覆蓋還田秸稈覆蓋還田后秸稈直接覆于土體表面，有助于提高土壤的蓄水能力，促進(jìn)秸稈腐解，從而增加SOM含量[24]，且對(duì)緩解地表徑流和風(fēng)對(duì)農(nóng)田土壤造成的侵蝕具有很好的效果[25]。秸稈覆蓋能夠調(diào)節(jié)土壤溫度和水分，緩解氣溫突變對(duì)作物生長(zhǎng)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)[26]。在東北黑土地區(qū)，免耕下的秸稈覆蓋還田可以起到很好的保溫、保墑和提升SOM含量的效果，且在東北地區(qū)一年一季的種植制度下，秸稈覆蓋不會(huì)引起次年耕作障礙問(wèn)題[27]。除此之外，Chen等[28]分析了中國(guó)黃土高原秸稈覆蓋14年的土壤發(fā)現(xiàn)，覆蓋處理顯著增加了土壤含水量、SOC含量、磷酸酶活性和總磷脂脂肪酸含量。Fang等[29]對(duì)太行山山腳壤土的研究發(fā)現(xiàn)，冬小麥秸稈覆蓋能夠提高土壤的蓄水能力和水分利用率，從而提高SOM含量、增加玉米產(chǎn)量。持續(xù)3年同等數(shù)量的秸稈覆蓋和翻壓還田處理后，山東鹽漬土中的SOM含量分別增長(zhǎng)了約30%、19%[30]，可見(jiàn)在該土壤上秸稈覆蓋還田對(duì)提升SOM含量的成效顯著強(qiáng)于翻壓還田。Qu等[31]對(duì)陜西黃土的研究指出，秸稈覆蓋可通過(guò)提高SOC含量來(lái)增加蕎麥產(chǎn)量，這與Cao等[32]報(bào)道的水稻秸稈覆蓋還田處理可以增加山東省潮土、褐土中SOC含量并提高土壤肥力指數(shù)的研究結(jié)果一致。但是，秸稈覆蓋有影響高緯度地區(qū)春季地溫提升等問(wèn)題，會(huì)造成玉米播期滯后[33]。

1.1.2翻壓還田秸稈翻壓還田指將作物秸稈在種植后茬作物前混入土中[34]。翻壓還田有利于秸稈與土壤微生物充分接觸，從而加快腐熟過(guò)程，穩(wěn)步提升SOM含量[35]。英國(guó)洛桑試驗(yàn)站連續(xù)18年進(jìn)行玉米秸稈翻壓還田，SOM含量提高了約2%[36]，這反映翻壓還田對(duì)提高SOM含量具有有利作用。李秀等[37]通過(guò)對(duì)陜西省旱區(qū)粉砂質(zhì)黏壤土的研究指出，翻壓還田能夠增加耕作層SOC含量，且對(duì)0～10 cm土層的影響最為明顯。但是秸稈翻壓還田后土壤過(guò)于松散，阻礙種子發(fā)芽，且易發(fā)生病蟲(chóng)害，不適合重茬[38]。

秸稈翻壓還田可分為粉碎翻壓、整稈翻壓[39]和高留茬翻壓這幾類，其中粉碎翻壓操作一般在作物收獲時(shí)將秸稈進(jìn)行機(jī)器粉碎并旋耕入土，翻壓深度多在5～20 cm，粉碎翻壓還田的秸稈粉碎長(zhǎng)度一般低于10 cm，有利于耕翻且不影響播種，也有利于秸稈中纖維素等成分快速腐解[40]。伍佳等[41]對(duì)湖南省紅黃泥土的研究發(fā)現(xiàn)，秸稈粉碎還田后，水稻成熟期SOM含量明顯提高。相比之下，秸稈整稈翻壓還田效率低、費(fèi)工費(fèi)時(shí)、秸稈腐解困難，不利于SOM含量的提升[42]。鄒清祺等[43]對(duì)陜西省半淋溶土的研究發(fā)現(xiàn)，秸稈粉碎還田處理和高留茬還田處理都能顯著提高SOM含量。對(duì)湖北省黃棕壤水稻土的研究發(fā)現(xiàn)，水稻秸稈高留茬還田后，SOM含量顯著增加，其中易氧化有機(jī)質(zhì)約占77%[44]。Tao等[45]認(rèn)為，秸稈高留茬還田是增加SOC含量最有前景的一種方式，但需明確留茬高度以滿足不同作物的要求。由此可見(jiàn)，在不同地區(qū)、不同土壤類型、不同氣候條件和不同種植制度背景下，秸稈翻壓還田如何有效提高SOM含量與肥力仍需進(jìn)一步研究[46]。

1.2發(fā)酵還田

秸稈發(fā)酵還田是為了提高秸稈腐解效率，將其與畜禽糞便、人糞尿等農(nóng)業(yè)廢棄物混合發(fā)酵后作為有機(jī)肥施入土壤，可以有效改善土壤微生物特性，提高SOM含量，增強(qiáng)土壤肥力[47]。馬守田[48]對(duì)河南省新鄉(xiāng)市黏壤土的研究發(fā)現(xiàn)，秸稈發(fā)酵還田后，0～40 cm土層的SOC含量明顯高于對(duì)照，說(shuō)明發(fā)酵還田對(duì)SOC含量的提高有明顯作用。范如芹等[8]對(duì)比研究了江蘇省黃棕壤條件下不同秸稈還田方式對(duì)SOM含量的影響，發(fā)現(xiàn)秸稈發(fā)酵還田，特別是加入豬糞發(fā)酵還田在增加土壤胡敏酸（Humic acid，HA）含量的同時(shí)有效提高了腐殖質(zhì)質(zhì)量。值得注意的是，由于發(fā)酵原材料在配比、發(fā)酵條件和過(guò)程等方面存在差異，不同秸稈有機(jī)肥的養(yǎng)分和有機(jī)物料腐熟程度差異甚大，其對(duì)施用土壤的影響也存在很大差異。當(dāng)前，關(guān)于秸稈發(fā)酵還田對(duì)SOM含量影響機(jī)制的研究也有待進(jìn)一步深入。最新的研究發(fā)現(xiàn)，不同秸稈因質(zhì)量和成分存在差異，往往導(dǎo)致發(fā)酵過(guò)程中物料腐解速率產(chǎn)生差異，從而使有機(jī)肥施用后對(duì)SOM的激發(fā)效應(yīng)產(chǎn)生差異[49-50]。張葉葉等[51]發(fā)現(xiàn)，雖然小麥和玉米秸稈間的SOM激發(fā)效應(yīng)無(wú)顯著差異，但是小麥和玉米秸稈還田造成的SOM激發(fā)效應(yīng)顯著高于豆科作物秸稈和水稻秸稈。由此可見(jiàn)，進(jìn)一步研究不同作物秸稈還田對(duì)有機(jī)質(zhì)或有機(jī)碳的激發(fā)效應(yīng)，能夠?yàn)樘嵘斩掃€田的肥力效應(yīng)提供科學(xué)指導(dǎo)和技術(shù)借鑒。

1.2.1堆漚還田秸稈堆漚還田指作物秸稈經(jīng)堆漚腐熟后施用于土壤中，按含水量高低可分漚肥和堆肥[52]。堆漚還田能為土壤供給充足的養(yǎng)分并提升SOM含量，尤其對(duì)沙土、黏土和鹽漬土有很好的改善效果[53]。朱方明等[54]研究蔬菜殘?bào)w堆漚還田技術(shù)指出，該技術(shù)成本低、操作簡(jiǎn)單且長(zhǎng)期應(yīng)用有益于提高SOM含量并增強(qiáng)土壤中的脲酶活性。但在堆漚還田過(guò)程中，氮素易流失，且費(fèi)時(shí)、占地，使其應(yīng)用受到一定限制[55]。

將秸稈用養(yǎng)殖發(fā)酵床進(jìn)行發(fā)酵也是生產(chǎn)秸稈有機(jī)肥的重要方法之一。20世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題日趨嚴(yán)峻，發(fā)酵床養(yǎng)殖作為一種新型健康的養(yǎng)殖模式應(yīng)運(yùn)而生。畜禽排泄物會(huì)被預(yù)先接種微生物的秸稈等墊料吸收并發(fā)酵降解，不僅改善了畜禽生長(zhǎng)狀況、控制了環(huán)境污染，而且為秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物發(fā)酵腐解提供了環(huán)境條件，且墊料出圈后經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的二次發(fā)酵可作為有機(jī)肥還田。研究發(fā)現(xiàn)，施用發(fā)酵床墊料有機(jī)肥對(duì)于提升土壤微生物活性和SOM含量具有較好的效果[56]?？傮w而言，關(guān)于堆漚還田的研究還不充分，堆漚發(fā)酵過(guò)程中有機(jī)物料的變化尚不完全明確，為了更好地闡明堆漚還田對(duì)SOM的影響和機(jī)制，有必要進(jìn)一步開(kāi)展發(fā)酵產(chǎn)物性質(zhì)和發(fā)酵過(guò)程中有機(jī)物料腐解過(guò)程的研究。

1.2.2過(guò)腹還田秸稈過(guò)腹還田指將作物秸稈作為飼料飼養(yǎng)牲畜，而后將牲畜的糞、尿再施入土壤中的方法[57]。有研究者認(rèn)為，目前秸稈過(guò)腹還田在中國(guó)是一項(xiàng)擁有較為嫻熟的技術(shù)、有益于國(guó)家金融和社會(huì)生態(tài)的秸稈綜合利用措施[58]。秸稈過(guò)腹還田措施的應(yīng)用能夠增加SOM含量、培肥地力、改善生態(tài)環(huán)境，落實(shí)了資源循環(huán)利用的理念，但利用比例較低（僅占25%～35%）[59]。唐海龍等[60]對(duì)山東省平邑棕壤土的研究發(fā)現(xiàn)，用禽畜糞便作有機(jī)肥代替化肥時(shí)，在100%有機(jī)肥處理下，SOM含量增加得最明顯。由于不同秸稈間的養(yǎng)分存在差異，有些秸稈干物質(zhì)有效降解率低，有一定的粗蛋白含量（如棉花秸稈等），因此過(guò)腹還田不適合降解率低的作物[61]。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，已經(jīng)有學(xué)者提出在秸稈過(guò)腹還田中加入發(fā)酵劑制成飼料，發(fā)酵劑對(duì)油菜秸稈有較好的降解作用;此外，可用油菜秸稈培養(yǎng)食用菌，為油菜秸稈的還田利用打開(kāi)了出路，提升了秸稈資源的利用率[62]。但截至目前，由于受到飼喂秸稈種類的限制，關(guān)于秸稈過(guò)腹還田的應(yīng)用尚不廣泛，研究也相對(duì)缺乏，尤其是過(guò)腹后秸稈的降解程度和組分變化等方面的研究還有待深入。

1.3添加生物腐熟劑還田

為了解決秸稈還田過(guò)程中出現(xiàn)的腐解緩慢、大量未腐解的秸稈殘留導(dǎo)致病害蟲(chóng)加劇和影響下茬作物出苗與生長(zhǎng)等問(wèn)題[63]，添加生物腐熟劑是很有必要的選擇。有效的秸稈腐熟劑可以在合適的條件下推進(jìn)秸稈快速腐熟并釋放出氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[64]。大量研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)添加有機(jī)物料腐熟劑可以促進(jìn)秸稈中不易分解的纖維素等成分快速腐解，從而有效提高SOM含量，增強(qiáng)植物的抗逆性并提高作物產(chǎn)量[65-66]。趙偉等[67]在東北黑土上的試驗(yàn)結(jié)果顯示，加入微生物菌劑能夠顯著提升SOM含量。陳美淇等[68]通過(guò)對(duì)浙江省桐廬紅黃壤土的研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組和單一處理相比，秸稈還田配施木本泥炭和激發(fā)劑處理的SOM含量及其活性組分含量明顯提升，作物增產(chǎn)9.3%～18.8%，這與農(nóng)傳江等[69]在云南省文山紅壤土上得出的在秸稈中添加有機(jī)物料腐熟劑還田處理能夠顯著增加土壤中活性有機(jī)質(zhì)含量的結(jié)論一致。

近年來(lái)，有關(guān)加快秸稈成分降解的功能菌種和酶類的研究不斷加深。Qin等[70]研究添加蠟樣芽孢桿菌的促腐效果發(fā)現(xiàn)，玉米秸稈與菌種共同促進(jìn)了玉米秸稈的腐解，明顯提高了腐殖酸、SOM含量;Han等[71]對(duì)上海市閔行區(qū)壤土的研究結(jié)果顯示，應(yīng)用纖維素酶能夠加快秸稈腐解，促進(jìn)養(yǎng)分釋放，提高土壤肥力;趙偉等[72]研究哈爾濱市壤土上秸稈還田配施低溫復(fù)合菌劑的結(jié)果顯示，施用低溫復(fù)合菌劑顯著提高了SOM含量，較對(duì)照提高5.61%。雖然多項(xiàng)研究結(jié)果表明，添加生物腐熟劑對(duì)秸稈腐解有很大促進(jìn)作用，對(duì)SOM含量的提升也有較為明顯的效果，但是目前市場(chǎng)上腐熟劑產(chǎn)品價(jià)格較高，施用后效果參差不齊，使其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的推廣受到限制，亟待進(jìn)一步研究[73]。

1.4炭化還田

秸稈炭化還田指將農(nóng)作物秸稈在一定前提下制成秸稈生物炭，并將其返還田間的秸稈利用方式[74-75]。大量研究發(fā)現(xiàn)，秸稈炭化還田能顯著提升土壤肥力和作物產(chǎn)量[76]，并可有效增加土壤碳儲(chǔ)量[77-78]。利用秸稈制備生物炭有助于提高秸稈利用率，實(shí)現(xiàn)秸稈的充分利用[79]。已有的田間試驗(yàn)結(jié)果表明，秸稈炭化還田提高了稻谷產(chǎn)量、土壤酸堿度、SOC和全氮含量，降低了土壤容重[80];施用秸稈生物炭可有效促進(jìn)土壤的團(tuán)聚作用，從而提高華北地區(qū)集約種植系統(tǒng)中的SOC儲(chǔ)量[81]。目前，有大量研究者將秸稈炭化還田與其他秸稈還田方式進(jìn)行比較以尋找最佳還田方式[82-83]，發(fā)現(xiàn)秸稈炭化還田對(duì)提高SOM含量和土壤固碳能力的效果極顯著。楊彩迪等[84]比較秸稈直接還田與炭化還田對(duì)浙江省余姚市紅壤土的影響發(fā)現(xiàn)，2種還田方式均可以改良土壤酸度，在等量秸稈還田條件下，炭化還田對(duì)提高SOM含量和陽(yáng)離子交換能力的效果更為明顯。在固碳方面，Liu等[85]研究秸稈炭化還田對(duì)土壤固碳能力的影響發(fā)現(xiàn)，施用由秸稈衍生的生物炭還田比普通秸稈還田具有更高的土壤固碳潛力，這與Li等[86]的研究結(jié)果一致。Guan等[87]在吉林省黏壤土上經(jīng)過(guò)5年的田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，每年以相同碳量施用未炭化、炭化玉米秸稈時(shí)，土壤中的SOC固存效率分別為19.7%、58.2%。對(duì)不同地區(qū)和土壤類型的研究均證明，秸稈炭化還田可作為一項(xiàng)重要的農(nóng)田土壤固碳措施[88]，與其他秸稈還田方式相比，秸稈炭化還田在改良土壤、提高SOM含量和土壤肥力方面的效果更為顯著[89]，但是目前該技術(shù)的應(yīng)用范圍還有限，究其原因，主要是大量秸稈離田燒制生物炭費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、成本過(guò)高[90]，且秸稈生物炭質(zhì)量輕、顆粒細(xì)小，回田撒施過(guò)程中不便操作，還易造成一定的空氣污染。

2不同秸稈還田方式提升土壤有機(jī)質(zhì)含量的機(jī)制

2.1秸稈腐解過(guò)程

在不同還田方式下，秸稈腐解速率及腐解過(guò)程中物質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程的差異是導(dǎo)致SOM含量差異的根本原因。相關(guān)研究指出，秸稈腐熟可以分成3個(gè)過(guò)程：（1）秸稈中可溶性物質(zhì)的快速消耗以及腐殖質(zhì)的累積;（2）腐殖質(zhì)大量積累;（3）腐殖質(zhì)的分解[91]。張銀平等[92]對(duì)山東省棕褐土的研究發(fā)現(xiàn)，免耕秸稈覆蓋處理和粉碎混土還田處理的秸稈腐解率變化趨勢(shì)一致，都是早期最快、中間緩慢、后期增快，但與免耕秸稈覆蓋方式相比，秸稈粉碎混土還田能縮短秸稈完全腐解所需時(shí)間，有利于養(yǎng)分的充分利用。田平等[93]對(duì)東北棕壤土的研究發(fā)現(xiàn)，與免耕秸稈覆蓋、翻耕秸稈還田方式相比，旋耕秸稈還田在同時(shí)間內(nèi)的腐解率較高，因此在東北棕壤土地區(qū)，秸稈旋耕還田更能有效提升SOM含量。此外，在不同還田方式下，物料組分的轉(zhuǎn)化也存在差異。對(duì)大量水稻土的研究發(fā)現(xiàn)，秸稈粉碎還田比秸稈焚燒還田顯著增加微生物碳含量，從而有效提升SOM含量[94]。與秸稈發(fā)酵還田相比，秸稈直接還田和炭化還田后，更高比例的秸稈物料被礦化為CO2，且腐解時(shí)間大大延長(zhǎng)[95]。但Wang等[96]對(duì)南京沿江沖積土的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)還田深度為20 cm時(shí)，秸稈溝埋還田在增加土壤活性組分和總有機(jī)碳含量方面的效果更加明顯。由此可見(jiàn)，對(duì)于不同地區(qū)和土壤類型而言，秸稈腐解過(guò)程中有機(jī)物質(zhì)組分的變化還需要進(jìn)一步研究。

2.2對(duì)土壤微生物群落的影響

秸稈等有機(jī)物料在土壤中的腐解轉(zhuǎn)化離不開(kāi)細(xì)菌、真菌、放線菌等的作用。有研究發(fā)現(xiàn)，微生物會(huì)優(yōu)先利用容易降解的半纖維素，其次是降解纖維素，最后是降解木質(zhì)素，可見(jiàn)秸稈物料的成分差異會(huì)影響土壤微生物的分解過(guò)程，從而影響物料轉(zhuǎn)化過(guò)程和產(chǎn)物[73]。不用秸稈還田方式對(duì)土壤微生物數(shù)量及土壤酶活性的影響顯著，進(jìn)而影響秸稈腐解過(guò)程[97-98]。劉瑋斌等[99]對(duì)黑土的研究發(fā)現(xiàn)，秸稈深耕還田比覆蓋還田在增加過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶等酶活性方面有更明顯的效果，進(jìn)而導(dǎo)致SOM含量產(chǎn)生差異。高洪軍等[100]研究發(fā)現(xiàn)，秸稈旋耕還田與深翻還田、覆蓋還田相比，其鏈霉菌科（Streptomycetaceae）和伯克氏菌科（Burkholderiaceae）微生物的相對(duì)豐度更高，且相對(duì)豐度與SOM含量呈正相關(guān)。由此可見(jiàn)，不同秸稈還田方式對(duì)微生物群落的影響有差異。也有研究發(fā)現(xiàn)，東北地區(qū)在免耕覆蓋還田、粉碎深耕還田和生物質(zhì)炭還田條件下，土壤微生物數(shù)量顯著增加，土壤脲酶、磷酸酶和轉(zhuǎn)化酶活性都有不同程度的提升，特別是在土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性方面，不同秸稈還田方式均能顯著提高土壤細(xì)菌的多樣性[101]。Yang等[102]通過(guò)研究溝埋秸稈還田對(duì)土壤微生物代謝活性的影響指出，溝埋秸稈還田能夠顯著提高土壤熒光素二乙酸水解酶活性和土壤微生物整體的生長(zhǎng)活性。周運(yùn)來(lái)[56]對(duì)江蘇省黃棕壤土的研究發(fā)現(xiàn)，不同秸稈還田方式能顯著影響土壤微生物碳代謝，從而影響碳礦化和積累過(guò)程。由此可見(jiàn)，不同秸稈還田方式在很大程度上通過(guò)影響不同微生物活性、代謝特征和酶活性等使土壤有機(jī)質(zhì)含量提升效果產(chǎn)生差異。

2.3對(duì)土壤腐殖質(zhì)的影響

土壤腐殖質(zhì)主要包括胡敏酸、富里酸和胡敏素，在提升土壤肥力和保持碳平衡方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用[103]。Chen等[104]在吉林省典型鹽堿土上進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，玉米秸稈粉碎造粒還田使胡敏酸結(jié)構(gòu)脂肪化、年輕化，更有效地提升腐殖質(zhì)含量和結(jié)構(gòu)表征。近年來(lái)，有不少研究者針對(duì)東北黑土肥力下降的問(wèn)題進(jìn)行了研究，結(jié)果均表明，秸稈深耕還田于亞表層1年后顯著增加了胡敏酸、富里酸和胡敏素含碳量，胡敏酸逐漸向簡(jiǎn)單化發(fā)展;但是隨著時(shí)間延長(zhǎng)，胡敏酸成分會(huì)趨于復(fù)雜化[105]。宋羅娜等[106]研究發(fā)現(xiàn)，與秸稈覆蓋還田相比，秸稈與土壤混合深耕還田能更顯著提高胡敏酸含量、富里酸含量、PQ（指可提取腐殖質(zhì)中胡敏酸所占比例）及ΔlgK值（色調(diào)系數(shù)，其中K代表吸光度），從而提升土壤腐殖化程度與SOM含量。與此同時(shí)，不同還田方式對(duì)土壤腐殖質(zhì)含量的影響顯著，特別是在秸稈粉碎混合覆蓋處理下，穩(wěn)結(jié)態(tài)和緊結(jié)態(tài)的腐殖質(zhì)含量最高，因此粉碎混合覆蓋還田方式對(duì)SOM含量提升的效果較佳[107]。由此可見(jiàn)，不同秸稈還田方式對(duì)腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響也在一定程度上影響了其對(duì)SOM含量提升的效果。

3展望

綜上所述，目前關(guān)于秸稈還田對(duì)SOM含量的影響尚需進(jìn)行更加系統(tǒng)和深入的探究，以厘清各種秸稈還田方式對(duì)不同地區(qū)、土壤類型、種植體系等的適用性，揭示不同秸稈還田方式影響SOM的作用機(jī)制，進(jìn)而為合理利用秸稈資源提供理論指導(dǎo)和科學(xué)依據(jù)。未來(lái)的研究應(yīng)注重以下幾個(gè)方面：

（1）不同作物的秸稈成分及不同地區(qū)的土壤、氣候等存在較大差異，目前的研究多以單一作物秸稈為對(duì)象，研究結(jié)論往往具有一定局限性。目前國(guó)內(nèi)的研究期限大多為3～10年，缺乏長(zhǎng)期定位觀測(cè)結(jié)果的報(bào)道，不同耕作、施肥、水分管理等配套措施下的綜合研究尤為不足。今后應(yīng)加強(qiáng)不同作物秸稈在不同地區(qū)特有的氣候條件、土壤類型和種植制度等背景下的研究，特別是輪作體系下秸稈還田的生態(tài)學(xué)研究，從而篩選適宜不同區(qū)域條件和作物種類的最佳秸稈還田方式。

（2）作物秸稈在自然情況下分解得較慢，研發(fā)有效的秸稈腐熟劑作為添加劑是促進(jìn)秸稈高效還田利用的重要途徑，相關(guān)研究亟需進(jìn)一步加強(qiáng)。目前，市場(chǎng)上秸稈腐熟劑產(chǎn)品的有效性參差不齊，缺乏針對(duì)不同大宗作物秸稈的高效腐熟劑產(chǎn)品，應(yīng)加強(qiáng)秸稈腐解過(guò)程中功能微生物的研究，研發(fā)易于擴(kuò)繁且環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的有效促腐菌劑產(chǎn)品。

（3）通過(guò)同位素示蹤等手段探索不同還田方式下秸稈物料轉(zhuǎn)化規(guī)律與去向，是厘清秸稈還田對(duì)有機(jī)質(zhì)含量提升效果與機(jī)制的有效手段，目前的相關(guān)研究多集中在溫室盆栽模擬試驗(yàn)，田間環(huán)境下的研究有待加強(qiáng)。同時(shí)也應(yīng)注重與不同秸稈還田方式配套的機(jī)械化、輕簡(jiǎn)化技術(shù)研究。

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（責(zé)任編輯：徐艷）

收稿日期：2021-06-13

基金項(xiàng)目：廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃-精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)項(xiàng)目（2020B0202080002）;國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（42177299）;廣西自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（2021GXNSFAA075039）

作者簡(jiǎn)介：趙懿（1997-），女，云南楚雄人，碩士研究生，主要從事秸稈還田和土壤改良方面的研究。（E-mail）zhaoyi12cwj520@163.com

通訊作者：李曉波，（E-mail）1984lxb@163.com