秸稈還田對不同地區(qū)土壤溫度的影響研究現(xiàn)狀分析

王 娜， 王 璐， 宋昌海， 洪恩眾

（1.呼倫貝爾市農(nóng)牧技術(shù)推廣中心，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021008；2.呼倫貝爾市農(nóng)牧科學(xué)研究所，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021008）

秸稈還田可以提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)、增強(qiáng)土壤固碳能力、調(diào)節(jié)地溫，是世界普遍推廣的一種培肥地力、提升耕地質(zhì)量的措施[1]。土壤溫度在田間作物體系研究中經(jīng)常被忽略，但是在作物系統(tǒng)中土壤溫度起到非常重要的作用，它影響作物的生長發(fā)育以及土壤的各種生理生化過程。過去的幾十年里，秸稈還田試驗(yàn)在不同地區(qū)普遍開展，取得了豐富成果，研究認(rèn)為秸稈還田可以降低土壤溫度[2]；或者增加土壤溫度[5]；抑或可以調(diào)節(jié)土壤溫度[3-4]，低溫天氣下提高土壤溫度，高溫天氣下則降低土壤溫度。然而對于不同地區(qū)、不同作物、不同種植模式下秸稈還田對土壤溫度的影響還缺乏整體性的分析研究。本試驗(yàn)整合近30 年公開發(fā)表的秸稈還田對土壤溫度效應(yīng)的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析，明確不同地區(qū)、不同作物秸稈、不同耕作措施、不同還田時期等因素下秸稈還田對土壤溫度的影響，以期為在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的秸稈還田方式提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本試驗(yàn)數(shù)據(jù)來源于中國知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)知識服務(wù)平臺、維普網(wǎng)等數(shù)據(jù)庫，通過設(shè)置關(guān)鍵詞：秸稈還田、土壤溫度，檢索截至2022 年1 月公開發(fā)表的關(guān)于秸稈還田對土壤溫度的影響的文獻(xiàn)，共獲得文獻(xiàn)529 篇，按以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行篩選：①剔除相同文獻(xiàn)或采用同一試驗(yàn)數(shù)據(jù)的文獻(xiàn)；②為研究報告型論文，試驗(yàn)對象為大田農(nóng)作物，試驗(yàn)地點(diǎn)在全國陸域（不含港澳臺地區(qū)）；③文獻(xiàn)中寫明了秸稈還田方式、秸稈的作物類型以及種植作物類型；④設(shè)置對照空白試驗(yàn)和秸稈還田試驗(yàn)，各處理設(shè)置3 個重復(fù)及以上。經(jīng)過篩選，共獲得文獻(xiàn)33 篇[4-36]、有效獨(dú)立研究性試驗(yàn)數(shù)據(jù)606 組，將數(shù)據(jù)按照試驗(yàn)地區(qū)、不同作物秸稈、耕作措施、土層深度、不同還田時期進(jìn)行分組。

1.2 數(shù)據(jù)分析

利用MetaWin 2.1進(jìn)行薈萃分析，效應(yīng)值選用反應(yīng)比R（response ration）描述秸稈還田對土壤溫度的影響：

式中：Xe為秸稈還田處理土壤溫度均值；Xc為秸稈不還田處理土壤溫度均值。采用隨機(jī)效應(yīng)模型計算累計效應(yīng)值：

其中：

式中：yi為第i個研究效應(yīng)值；wi為第i個研究權(quán)重；τ2為研究間方差（τ2采用MetaWin 2.1內(nèi)置的Dersimonianlaird法計算）；Se為秸稈還田處理土壤溫度標(biāo)準(zhǔn)差；Sc為秸稈不還田處理土壤溫度標(biāo)準(zhǔn)差；Ne為秸稈還田處理樣本數(shù)；Nc為秸稈不還田處理樣本數(shù)。

采用總體平均效應(yīng)值的95%置信區(qū)間C判斷秸稈還田對土壤溫度的影響：C全部大于0，秸稈還田顯著提升土壤溫度；C全部小于0，秸稈還田顯著降低土壤溫度；C包含0，秸稈還田后土壤溫度變化不明顯。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田對土壤溫度的整體效應(yīng)量和偏倚性檢驗(yàn)

整合分析秸稈還田對土壤溫度的效應(yīng)，異質(zhì)性檢驗(yàn)的統(tǒng)計量為699.51，異質(zhì)性檢驗(yàn)的顯著性為0.004 6，達(dá)到顯著水平，整體平均效應(yīng)量為-22.69%（95%置信區(qū)間：-29.48%～-15.89%），秸稈還田降低土壤溫度。失安全系數(shù)為8 961.9＞5×605（樣本數(shù)）+10[37]，這表明所獲得的文獻(xiàn)不存在發(fā)表偏倚。

表1 整體效應(yīng)量分析

2.2 不同地區(qū)秸稈還田對土壤溫度的影響

不同地區(qū)秸稈還田對土壤溫度的影響存在差異，但差異不顯著（n=606，P=0.1079）。不同地區(qū)秸稈還田后土壤溫度均下降，其中，華北、東北地區(qū)秸稈還田區(qū)土壤溫度顯著低于秸稈不還田區(qū)（P＜0.05），西北地區(qū)土壤溫度差異不顯著，華東地區(qū)土壤溫度變化小。華北地區(qū)土壤溫度降低28.88%，受秸稈還田的影響最大，東北地區(qū)次之，降幅為26.41%，其次為西北地區(qū)（13.24%），華東地區(qū)（4.64%）最?。▓D1）。

圖1 不同地區(qū)土壤溫度的反應(yīng)比

2.3 不同作物秸稈還田對土壤溫度的影響

不同作物秸稈還田對土壤溫度的影響有顯著差異（n=606，P＜0.05）。花生秸稈、大豆秸稈、玉米秸稈、小麥秸稈還田后，土壤溫度顯著下降，而水稻秸稈還田后對土壤溫度無影響。不同作物秸稈還田后土壤溫度降幅大小依次為大豆（73.89%）、花生（55.70%）、小麥（29.20%）、玉米（22.09%）、水稻（0.10%）（圖2）。

圖2 不同作物秸稈還田土壤溫度的反應(yīng)比

2.4 不同耕作措施下秸稈還田對土壤溫度的影響

不同耕作措施下秸稈還田對土壤溫度的影響存在顯著差異（n=575，P＜0.001）。條耕、旋耕、免耕下秸稈還田后土壤溫度顯著下降，深松、深翻下秸稈還田后土壤溫度的變化不明顯（圖3）。

圖3 不同耕作措施下土壤溫度的反應(yīng)比

2.5 秸稈還田對不同土層土壤溫度的影響

與秸稈不還田相比，秸稈還田區(qū)各土層的土壤溫度均下降，其中5、10、15、20、30 cm 土層溫度與秸稈不還田區(qū)的差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05），25 cm土層溫度差異不顯著。各土層土壤溫度降幅大小依次為5 cm（39.10%）、10 cm（29.35%）、15 cm（25.78%）、30 cm（20.78%）、20 cm（17.68%）、25 cm（15.12%）（圖4）。

圖4 土壤溫度的反應(yīng)比隨土層的變化

2.6 不同時期秸稈還田對土壤溫度的影響

不同時期秸稈還田對土壤溫度的影響不同，1月、2月、4月、11月、12月秸稈還田區(qū)土壤溫度升高，3月、5月、6月、7月、8月、9月、10月秸稈還田區(qū)土壤溫度降低，其中5月、6月、7月、8月、12月秸稈還田對土壤溫度的影響差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05）（圖5）。

3 討論與結(jié)論

土壤溫度對土壤氮吸收、土壤呼吸和作物生長發(fā)育均有顯著影響，秸稈還田對農(nóng)田土壤溫度的影響研究較多，但結(jié)果不同。薈萃分析結(jié)果表明，在不同地區(qū)、不同作物秸稈、不同耕作措施、不同土層下秸稈還田均表現(xiàn)為降溫效應(yīng)，秸稈還田后土壤溫度降低。這一效應(yīng)在溫?zé)岬貐^(qū)可以減輕土壤溫度過高給作物帶來的不利影響；但在冷涼地區(qū)，播種期較晚，秸稈還田可能會影響播種期土壤溫度的回升，從而降低播種質(zhì)量。

3.1 不同作物秸稈和耕作措施對土壤溫度變化的影響

本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同作物秸稈還田后土壤溫度變化不同，這可能與作物種植方式有關(guān)，花生秸稈、大豆秸稈、玉米秸稈、小麥秸稈還田區(qū)為旱作農(nóng)田，秸稈腐解慢，影響效應(yīng)大；水稻秸稈還田區(qū)為水作農(nóng)田，秸稈在水中腐解快，影響效應(yīng)小。不同耕作措施下秸稈還田對土壤溫度的影響存在差異，這與前人的研究結(jié)果相符[38-39]，深松、深翻將秸稈翻入土壤中，使土層表面秸稈覆蓋度降低，從而與對照區(qū)的差異減小，而免耕、旋耕、條耕處理下，秸稈覆蓋在土層表面，表層土覆蓋度高，秸稈阻隔太陽的直接輻射，使土壤吸收的熱量減少，從而使土壤溫度降低。

3.2 土壤溫度在不同土層和不同時期的變化

秸稈還田后不同土層土壤溫度下降，且淺層土壤溫度降幅大。地表的溫度隨氣溫變化明顯，秸稈覆蓋后，在土壤與大氣之間形成了阻隔層，熱導(dǎo)率變慢[27]，地表吸收的太陽熱量減少，溫度下降。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，30 cm 土層降溫的幅度大于20、25 cm 土層，原因可能是開展30 cm 土層溫度研究的試驗(yàn)在秸稈還田的同時配合深翻措施，使秸稈移位到該土層。

不同時期秸稈還田對土壤溫度的影響不同，氣溫低時，秸稈的覆蓋減少土壤熱量散失，提高土壤溫度；氣溫高時，秸稈的覆蓋阻擋土壤對熱量的吸收，降低土壤溫度。這2 種不同的效應(yīng)在作物生育時期產(chǎn)生變換，減輕了高溫和低溫脅迫對作物生長的不利影響[22]。