秸稈還田對(duì)土壤養(yǎng)分的提升和作物產(chǎn)量的影響

李夢(mèng)瑤

（安圖縣農(nóng)業(yè)環(huán)境與農(nóng)村能源管理站/安圖縣農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)督檢測(cè)中心，吉林 延邊 133600）

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)農(nóng)作物秸稈的產(chǎn)量約為10 億t/年。農(nóng)作物秸稈是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中十分寶貴的生物質(zhì)能資源，因?yàn)樵诮斩捴袃?chǔ)存著1/2 以上農(nóng)作物光合作用的產(chǎn)物，且富含N、P、K 和有機(jī)質(zhì)，同時(shí)秸稈富含粗纖維素、木質(zhì)素、半纖維素等非淀粉類大分子物質(zhì)，有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，因此對(duì)農(nóng)作物秸稈加以利用，對(duì)促進(jìn)農(nóng)民增收、環(huán)境保護(hù)、資源節(jié)約以及農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展意義重大。

在未推行秸稈綜合利用項(xiàng)目前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者通常會(huì)將無(wú)法作為飼料的秸稈進(jìn)行焚燒處理，將其變?yōu)椴菽净以俅卫?。然而，焚燒秸稈產(chǎn)生的大量濃煙會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，還會(huì)對(duì)人體造成危害。為有效解決秸稈焚燒問題，治理污染，保護(hù)環(huán)境，同時(shí)提高秸稈綜合利用率，國(guó)家大力推行秸稈綜合利用項(xiàng)目。秸稈還田是把適合用作飼料和其他綜合利用之外的秸稈還田到土壤中的農(nóng)業(yè)技術(shù)，不僅可以改善土壤的物理性狀，提高土壤肥力，還能夠減輕因焚燒造成的污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

1 秸稈還田概述

秸稈種類豐富，包括稻草、麥秸稈、玉米秸稈，豆秸稈等，是寶貴的有機(jī)質(zhì)資源。秸稈還田是把廢棄的物品再次利用，補(bǔ)充土壤有機(jī)質(zhì)，實(shí)現(xiàn)培肥增產(chǎn)的重要措施。

秸稈還田不僅能夠減輕秸稈焚燒導(dǎo)致的大氣煙塵污染問題，還可以通過堆漚腐熟等處理進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，將秸稈中含有的營(yíng)養(yǎng)素和有機(jī)質(zhì)施入土壤中，改變土壤的結(jié)構(gòu)和物理性狀，為農(nóng)作物提供生長(zhǎng)所必須的營(yíng)養(yǎng)元素和環(huán)境。農(nóng)作物秸稈中含有N、P、K 等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，這些都是作物生長(zhǎng)必須的營(yíng)養(yǎng)元素，將秸稈還田后可以替代少量化肥。秸稈進(jìn)入土壤后可以變成土壤有機(jī)質(zhì)，東北地區(qū)黑土地保護(hù)所面臨的嚴(yán)峻問題就是黑土地中有機(jī)質(zhì)含量的減少，加入秸稈后，可以有效避免發(fā)生土壤有機(jī)質(zhì)減少的問題，并進(jìn)一步提升土壤有機(jī)質(zhì)含量。然而，沒有經(jīng)過處理的秸稈，直接深翻入土需要長(zhǎng)達(dá)1～2 年才可以分解成可被農(nóng)作物吸收的有機(jī)物質(zhì)，而且在秸稈的分解過程中，會(huì)與作物根系爭(zhēng)奪營(yíng)養(yǎng)，因此秸稈還田需采用合理的方式，實(shí)現(xiàn)提高土壤養(yǎng)分含量和作物產(chǎn)量的目的。目前，我國(guó)秸稈還田的方式主要包括漚堆還田、過腹還田和直接還田3 種方式。

堆漚還田是利用生物反應(yīng)堆技術(shù)，將農(nóng)作物秸稈堆積在一起后，加入發(fā)酵菌，借助高溫對(duì)秸稈進(jìn)行發(fā)酵。經(jīng)過30 d 的充分腐熟反應(yīng)后，秸稈分解成質(zhì)量較高的有機(jī)肥，可以直接施入土壤使用，有助于培肥土壤。

過腹還田是將秸稈作為食物喂給家畜牛羊鹿兔等動(dòng)物，秸稈經(jīng)由家畜消化吸收蛋白質(zhì)、糖、各類纖維元素等后，其余被家畜排泄出來后的物質(zhì)經(jīng)過處理，會(huì)成為提高土壤養(yǎng)分的環(huán)保有機(jī)肥。

直接還田是將秸稈粉碎翻壓還田，即把作物收獲后的秸稈通過機(jī)械化粉碎耕地，直接翻壓在土壤里，該方式可以有效提高土壤內(nèi)有機(jī)質(zhì)含量，增強(qiáng)土壤微生物活性、疏松土壤、提高土壤肥力。

2 秸稈還田對(duì)土壤養(yǎng)分的提升和作物產(chǎn)量的影響

在農(nóng)作物產(chǎn)量構(gòu)成中，土壤因素約占1/3，其他因素諸如種子、栽培技術(shù)等也要通過土壤發(fā)揮作用，可以說土壤是農(nóng)作物賴以生存的基礎(chǔ)條件，是獲得產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。

土壤為農(nóng)作物提供了生長(zhǎng)所需的常量營(yíng)養(yǎng)元素和微量營(yíng)養(yǎng)元素，如果土壤肥力不足，缺乏作物生長(zhǎng)所必須的營(yíng)養(yǎng)元素，則會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物品質(zhì)受到影響。缺少含氮無(wú)機(jī)鹽，作物就會(huì)長(zhǎng)得矮小瘦弱，葉子小會(huì)影響光合作用；缺少含磷無(wú)機(jī)鹽，作物果實(shí)會(huì)小而少；缺少含鉀無(wú)機(jī)鹽，作物光合作用制造的有機(jī)物不能正常運(yùn)輸?shù)街付ú课?，植株也特別容易倒伏。因此，需要培肥地力，提高土壤的肥沃度。秸稈還田就是培肥地力的有效途徑。農(nóng)作物秸稈中有機(jī)質(zhì)平均含量為15%，并且含有N、P、K、Ca、S 等多種農(nóng)作物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素[1]。作物秸稈肥料具有來源廣、數(shù)量大，資源豐富的特點(diǎn)，把秸稈做成肥料，養(yǎng)分全、肥效長(zhǎng)，改土培肥效果好。

2.1 秸稈還田對(duì)土壤養(yǎng)分提升的影響

2.1.1 對(duì)有機(jī)質(zhì)含量提升的影響

秸稈肥料化后利用省去了農(nóng)民收獲秸稈后跑、運(yùn)、扎等工序，減少了勞動(dòng)負(fù)擔(dān)也減少了肥料的投入，同時(shí)，為來年的作物增產(chǎn)起到積極作用。秸稈含有豐富的C、N、P、K 和微量元素，在腐熟過程中逐漸將營(yíng)養(yǎng)元素釋放在土壤中，能夠補(bǔ)充土壤肥力，提高全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀和緩效鉀的含量，以玉米秸稈為例，玉米秸稈主要由莖稈、玉米穗和葉組成，莖稈直徑為25～40 mm，實(shí)心，高度為800～3 000 mm，玉米秸稈內(nèi)含有豐富的N、P、K、Ca、Mg 等多種營(yíng)養(yǎng)元素和有機(jī)質(zhì)，其中碳水化合物30%以上，蛋白質(zhì)2%～4%，脂肪0.5%～1%，粗纖維37.7%，粗灰分9.5%，含氮量為0.6%，含磷量為0.27%，含鉀量為2.28%，有機(jī)質(zhì)含量能達(dá)到15%左右[2]，在經(jīng)過充分腐熟之后，這些營(yíng)養(yǎng)元素和有機(jī)質(zhì)就能夠轉(zhuǎn)換為可被農(nóng)作物吸收的有機(jī)質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素，如按每公頃秸稈還田7 500 kg 計(jì)算，可增加有機(jī)質(zhì)1 125 kg。

秸稈還田的腐殖化系數(shù)較高，可達(dá)到0.25～0.50，即有25%～50%秸稈轉(zhuǎn)化成為土壤的腐殖質(zhì)。經(jīng)腐熟后形成的腐殖酸與土壤中的Ca 和Mg 結(jié)合形成的腐殖酸鈣和腐殖酸鎂，可以增加土壤的透氣性促進(jìn)土壤水冷性團(tuán)粒的形成，增加總空隙度，使土壤通透性增強(qiáng)，達(dá)到調(diào)節(jié)耕層水、肥、氣、熱的效果，同時(shí)提供豐富的養(yǎng)分。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)得知，土壤中連續(xù)3 年使用作物秸稈4.5 t/hm2，可使土壤有機(jī)質(zhì)提高0.05%～0.09%、速效磷增加0.5～3.0 mg/kg、速效鉀增加5～10 mg/kg、容重下降0.01～0.08 g/m3、總孔隙度增加1.11%。秸稈還田區(qū)的作物一般比非還田區(qū)的作物產(chǎn)量要高，其中水稻增產(chǎn)8%～15%、小麥5%～13%、棉花4%～9%、玉米5%～12%[3]。秸稈還田不僅在當(dāng)季能夠取得培肥改土、增效增收的效果，而且對(duì)后茬作物的生長(zhǎng)發(fā)育也有促進(jìn)作用。

2.1.2 對(duì)土壤酶活性的影響

酶對(duì)作物的生長(zhǎng)至關(guān)重要，大部分的酶為蛋白質(zhì)，主要發(fā)揮催化和調(diào)節(jié)作用，酶作用在植物葉片上，可以發(fā)揮固碳的作用；作用在莖稈上，可以促進(jìn)細(xì)胞的增殖和活躍；作用在根部，能夠增強(qiáng)植物代謝能力，在土壤中能夠活化P、K，提高肥料的利用率。當(dāng)作物生長(zhǎng)缺乏微量元素時(shí)，酶還能夠發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，調(diào)節(jié)作物生長(zhǎng)狀態(tài)。秸稈還田對(duì)土壤酶活性有一定的影響，通過秸稈還田可以培肥土壤、提高土壤酶活性和減少因過量施用化肥而造成的土壤污染和退化作用。秸稈還田可以提高土壤微生物的數(shù)量，改善土壤環(huán)境，使微生物向土壤分泌更多的酶，提高土壤酶活性，同時(shí)可提高土壤纖維素酶、蔗糖酶、β-葡萄苷酶的活性，為土壤中的有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化提供保障，為土壤微生物的生長(zhǎng)提供充足的碳源。研究表明，在農(nóng)田中覆蓋碎段秸稈，地布、透明膜和反光膜均可提高土壤酶的活性，其中覆蓋秸稈效果最佳[4]。通過秸稈還田，可顯著提高過氧化氫酶活性，提高根際和非根際土壤的氨化細(xì)菌、真菌、放線菌的數(shù)量及脲酶和磷酸酶的活性。

脲酶是土壤酶中唯一對(duì)尿素的轉(zhuǎn)化作用具有重要影響的酶。土壤脲酶對(duì)土壤和肥料中的氮素循環(huán)有著不可替代的作用，與土壤肥力緊密相連，土壤脲酶能夠增加土壤中潛在養(yǎng)分的有效化速率，因而可以用土壤中脲酶活性評(píng)價(jià)土壤肥力的狀況，并能很好地表示土壤生產(chǎn)力狀況。磷酸酶作為土壤中的主要酶類，能夠?qū)?duì)應(yīng)底物去磷酸化的酶通過水解磷酸單脂將底物分子上的磷酸基團(tuán)除去，并生成磷酸根離子和自由的羥基。磷酸酶可以被分為兩類，一類為酸性磷酸酶，一類為堿性磷酸酶。其中，酸性磷酸酶可以從不同的磷酸酶底物上水解磷酸基團(tuán)供植物吸收利用，而堿性磷酸酶是非特性磷酸單脂酶，可以催化幾乎所有的磷酸單脂的水解反應(yīng)，生成無(wú)機(jī)磷酸和相應(yīng)的無(wú)機(jī)磷酸、醇、酚供作物吸收。

2.2 秸稈還田對(duì)作物產(chǎn)量的影響

秸稈還田是否能夠有效促進(jìn)作物增產(chǎn)，取決于秸稈還田的質(zhì)量。如果秸稈還田實(shí)施方法或技術(shù)不當(dāng)，如秸稈粉碎不達(dá)標(biāo)，不能將秸稈粉碎至3～5 cm，整地時(shí)會(huì)將秸稈壓到土壤中，造成土壤縫隙過大，作物種子無(wú)法與土壤接觸，導(dǎo)致無(wú)法出苗，造成產(chǎn)量下降。需要將秸稈粉碎至標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度，并及早對(duì)土壤進(jìn)行深翻整地或旋耕整地，進(jìn)行有效鎮(zhèn)壓，保證農(nóng)作物種植時(shí)的地塊平整，不影響農(nóng)作物播種、發(fā)芽，保證種植效果。

在種植農(nóng)作物時(shí)，在底肥中多施加氮肥，保證農(nóng)作物對(duì)N 的吸收和利用，還可以提高微生物對(duì)還田秸稈的分解速率，讓秸稈更快腐熟，促進(jìn)作物對(duì)秸稈分解物的吸收，達(dá)到農(nóng)作物增產(chǎn)的效果。秸稈還田時(shí)對(duì)病蟲害的防治措施也會(huì)影響作物產(chǎn)量，只有在秸稈還田前有效防治秸稈中的病蟲害，才能夠達(dá)到秸稈還田提高作物產(chǎn)量的目的。

3 秸稈還田注意事項(xiàng)

秸稈還田的方法較多，主要包括直接還田、過腹還田和堆漚還田，不同還田方法有不同的優(yōu)勢(shì)和缺陷，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者需要根據(jù)所在地區(qū)的地理環(huán)境特點(diǎn)和所種植作物的類型選擇適宜的還田方法，秸稈還田不當(dāng)則會(huì)影響下一季產(chǎn)量，只有方法、技術(shù)得當(dāng)，才能切實(shí)達(dá)到秸稈還田提質(zhì)增產(chǎn)的目的和效果，促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

直接還田方法的優(yōu)勢(shì)是省時(shí)、省力，作物收獲后利用機(jī)械化粉碎機(jī)可直接將秸稈粉碎施于農(nóng)田中。但秸稈被翻到土壤下后自然發(fā)酵，需要較長(zhǎng)的時(shí)間，在短期內(nèi)無(wú)法發(fā)揮出增加土壤肥力的效果；秸稈自然發(fā)酵的時(shí)間過長(zhǎng)通常需要1～2 年，而在秸稈自然分解過程中需要微生物的幫助，而微生物的繁殖和生長(zhǎng)需要養(yǎng)分，會(huì)進(jìn)一步消耗土壤中的營(yíng)養(yǎng)，造成秸稈分解跟作物搶奪營(yíng)養(yǎng)，尤其是爭(zhēng)奪N，N 缺失會(huì)使作物長(zhǎng)勢(shì)變差。理論上秸稈粉碎程度可達(dá)到3～5 cm，但實(shí)際操作中無(wú)法實(shí)現(xiàn)。當(dāng)秸稈被翻至土壤下層后，會(huì)使土壤有很大空隙，出現(xiàn)種子無(wú)法直接接觸土壤的情況。如遇干旱天氣，會(huì)出現(xiàn)壞種和無(wú)法出苗的情況。直接還田會(huì)將染病秸稈上帶有的蟲卵或病害繼續(xù)帶入土壤中，增加病蟲害的發(fā)生概率，此時(shí)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者會(huì)噴灑更多劑量的藥物防治病蟲害，導(dǎo)致土壤中的微生物減少，進(jìn)而造成土壤酸化、板結(jié)，進(jìn)一步使作物無(wú)法健康生長(zhǎng)，如此往復(fù)形成惡性循環(huán)[5]。

過腹還田的優(yōu)勢(shì)是秸稈經(jīng)由家畜過腹分解后被家畜排泄出來進(jìn)行還田處理，成為了提高土壤養(yǎng)分的環(huán)保有機(jī)肥，可以增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者收入，降低種植成本。但過腹還田需要大量的家畜，沒有養(yǎng)殖家畜的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者則無(wú)法完成過腹還田。

堆漚還田的優(yōu)勢(shì)是利用生物堆反應(yīng)技術(shù)加速秸稈分解，將分解后的有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)元素直接施入土壤，避免因秸稈分解搶奪作物營(yíng)養(yǎng)；堆漚還田經(jīng)由高溫還能有效殺滅病蟲害秸稈上的有害病菌，避免將舊茬上的病害帶入土壤傳給新茬。堆漚還田前需要先進(jìn)行腐熟—發(fā)酵—分解，該過程時(shí)間較長(zhǎng)，且根據(jù)所在地區(qū)的不同，腐熟發(fā)酵分解的時(shí)長(zhǎng)又有所區(qū)別，水分多、濕度大的地區(qū)，在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的微生物會(huì)較多，秸稈腐熟發(fā)酵的時(shí)間就會(huì)縮短；在干旱缺水的地區(qū)，腐熟發(fā)酵的時(shí)間會(huì)相對(duì)較長(zhǎng)。由于地區(qū)環(huán)境的差異性和作物秸稈的不同，實(shí)施堆漚還田時(shí)需根據(jù)所在地區(qū)的環(huán)境特點(diǎn)及秸稈類型選擇是否堆漚。

4 結(jié)束語(yǔ)

作為國(guó)家大力推行的治理污染、解決秸稈利用問題的措施，秸稈還田在方法、技術(shù)得當(dāng)?shù)那疤嵯?，通過堆漚還田、過腹還田、粉碎直接還田等方式，可以將秸稈中本身含有的有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)元素輸送至土壤中，提升土壤中的養(yǎng)分含量和生物活性并提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。