德州市玉米秸稈還田技術(shù)及其對土壤的影響

摘 要 秸稈還田作為一種有效的土壤管理技術(shù)，對于提升土壤質(zhì)量和促進(jìn)生態(tài)平衡具有重要意義。隨著我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推進(jìn)，秸稈還田技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用逐漸廣泛。為有效推廣玉米秸稈還田技術(shù)，探討山東省德州市玉米秸稈還田技術(shù)對土壤健康管理的影響，并基于當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，介紹直接還田法、堆漚還田法、過腹還田法等科學(xué)的秸稈還田技術(shù)。

關(guān)鍵詞 玉米秸稈還田；可持續(xù)農(nóng)業(yè)；土壤管理；山東省德州市

中圖分類號：S38 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.18.040

德州市作為山東省重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地，其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要影響。近年來，隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的推進(jìn)，如何有效管理農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的大量秸稈，成為德州市農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的關(guān)鍵問題。玉米作為德州市的主要糧食作物，其秸稈的處理方式直接關(guān)系到土壤健康和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的改善。研究以德州市為案例，通過實(shí)地調(diào)查和數(shù)據(jù)分析，探討了玉米秸稈還田對當(dāng)?shù)夭煌寥李愋偷挠绊?，以及如何根?jù)德州市的具體情況，制訂合理的秸稈還田策略，以期為德州市乃至類似地區(qū)的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 德州市農(nóng)業(yè)概況

德州市位于山東省西北部，享有“九達(dá)天衢”的美譽(yù)，其地理位置優(yōu)越，氣候條件適宜，為農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了得天獨(dú)厚的環(huán)境。根據(jù)2023年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，德州市糧食播種面積約106.67萬hm2，年產(chǎn)農(nóng)作物總量接近800萬t，其中玉米作為當(dāng)?shù)氐闹饕Z食作物，種植面積約50.67萬hm2，年產(chǎn)量高達(dá)460萬t。然而，隨著玉米產(chǎn)量的穩(wěn)步增長，德州市面臨大量玉米秸稈需要處理的問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年德州市產(chǎn)生的玉米秸稈量超過1 000萬t。這些秸稈如果得不到合理利用，不僅會造成資源浪費(fèi)，還會對環(huán)境造成嚴(yán)重影響。為了解決這一問題，德州市積極探索玉米秸稈資源化利用的有效途徑。研究介紹不同玉米秸稈還田技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)秸稈資源的高效利用，促進(jìn)德州市農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[1]。

2 玉米秸稈還田技術(shù)

2.1 直接還田法

玉米秸稈直接還田法是一種將收獲后的玉米秸稈經(jīng)過粉碎，隨后利用深耕犁將其翻入土壤中的土壤管理技術(shù)。這種方法簡便易行，能夠有效地將秸稈資源轉(zhuǎn)化為土壤肥力，提升土壤的有機(jī)質(zhì)含量和結(jié)構(gòu)。具體需要注意以下4點(diǎn)。

1）控制秸稈還田的數(shù)量。過量的秸稈可能導(dǎo)致土壤透氣性下降，影響作物的正常生長。因此，建議每公頃還田的秸稈量控制在300～500 kg，以確保秸稈能夠適時分解，同時避免對耕作和作物出苗造成不利影響。

2）適量施用氨肥。由于新鮮秸稈的碳氮含量比較高，其在分解過程中會消耗土壤中的氮素。因此，在還田時，每公頃可配合施用10.0 kg碳酸銨和3.5 kg尿素，以降低秸稈的碳氮比，補(bǔ)充土壤中的速效氮含量，促進(jìn)微生物活動和秸稈的腐熟。

3）選擇正確的翻埋時期。最佳翻埋時期是作物收獲后，此時秸稈含水量較高，有利于加快腐熟過程。對于旱地而言，應(yīng)采取邊收獲邊翻埋的方式，以保持秸稈的濕潤狀態(tài)，促進(jìn)其分解[2]。

4）施用適量石灰。秸稈分解過程中可能產(chǎn)生有機(jī)酸，對作物根系生長產(chǎn)生抑制作用。適量施入石灰可以有效中和土壤酸性，減少對根系的毒害，同時為秸稈的分解創(chuàng)造有利條件。

2.2 堆漚還田法

堆漚還田法是將玉米秸稈粉碎后進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃终{(diào)節(jié)并堆壓，利用微生物在高溫條件下的生物轉(zhuǎn)化作用，加速分解有機(jī)物質(zhì)和殺滅病菌。這種方法不僅能夠有效減少病害的傳播，還能將秸稈轉(zhuǎn)化為豐富的土壤養(yǎng)分，提高土壤肥力。

實(shí)施堆漚還田時，需要選擇合適的堆漚場地，如田間地頭或空閑地等，以便于操作和管理。秸稈經(jīng)過粉碎后，應(yīng)澆透水并保持適宜的含水量，建議保持在70%左右。接著，將秸稈與適量的腐熟有機(jī)肥料混合均勻，堆成堆，并用泥漿或塑料布密封，以保持堆體的濕度和溫度。經(jīng)過大約15 d的堆漚，秸稈會逐漸變成褐色或黑褐色，濕時柔軟有彈性，干時脆易碎，即表明秸稈已經(jīng)腐熟。

為了進(jìn)一步提高堆漚效果，可以在夏季選擇不漏水的地方挖掘一個容積為3～5 m3的土坑，坑底鋪設(shè)一層熱源，如騾馬糞等，通常比例為每1 000 kg玉米秸稈使用600 kg濕騾馬糞、200 kg人糞尿，并加入適量水分，混合后填入坑中并壓實(shí)?？犹顫M后，表面用土覆蓋或用泥抹嚴(yán)，10～15 d翻動一次，漚制35～45 d即可達(dá)到腐熟狀態(tài)。通過堆漚還田法，不僅可以有效處理玉米秸稈，減少病害傳播，還能將其轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥料，為作物生長提供豐富的養(yǎng)分[3]。

2.3 過腹還田法

過腹還田法是一種將玉米秸稈作為飼料喂養(yǎng)大牲畜，再將牲畜的糞便作為有機(jī)肥料還入土壤的生態(tài)農(nóng)業(yè)技術(shù)。這種方法充分利用了農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品的再利用價值，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)的循環(huán)和能量的流動。經(jīng)過適當(dāng)處理的玉米秸稈可以作為優(yōu)質(zhì)的飼料，用于飼養(yǎng)牛、羊、鹿等草食性大牲畜。在動物的消化道中，玉米秸稈中的部分營養(yǎng)物質(zhì)被消化吸收，轉(zhuǎn)化為動物生長需要的能量和蛋白質(zhì)，而未能消化的部分則以糞便的形式排出體外。這些糞便含有較高的氨和豐富的微生物群落，施入土壤能夠有效提升土壤肥力，促進(jìn)作物生長，增加農(nóng)業(yè)產(chǎn)出。

3 玉米秸稈還田技術(shù)對土壤健康的影響

3.1 改良土壤

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤肥力的核心組成部分，在維持土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤生物活性、促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。玉米秸稈還田通過將作物殘留物直接施入土壤中，增加了土壤有機(jī)質(zhì)的輸入。這一過程不僅提供了豐富的碳源，還為土壤微生物提供了生存和繁殖的基礎(chǔ)，從而促進(jìn)微生物的生長和土壤生物活性的提高。秸稈分解過程中，微生物通過分解有機(jī)質(zhì)，釋放多種養(yǎng)分，如氮、磷、鉀等，這些養(yǎng)分能夠被作物吸收利用，從而提高土壤的供肥能力。在實(shí)際操作中，秸稈還田技術(shù)需要注意秸稈的粉碎程度、還田時間、還田量及與土壤的混合均勻度等因素。研究表明，秸稈還田能夠顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。例如，一項(xiàng)在我國北方地區(qū)進(jìn)行的研究顯示，經(jīng)過連續(xù)5年的秸稈還田，土壤有機(jī)質(zhì)含量從1.0%提高到了1.6%。德州市土壤類型多樣，特別是輕質(zhì)土壤多見。這類土壤結(jié)構(gòu)疏松，養(yǎng)分易流失，而玉米秸稈還田技術(shù)能夠有效改善這一問題。在德州市實(shí)施的秸稈還田試驗(yàn)表明，通過定期將玉米秸稈粉碎后還田，可以顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)的含量，從而改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)其保肥保水能力。這對于德州市輕質(zhì)土壤地區(qū)的土壤改良尤為重要，能顯著提升耕作質(zhì)量[4]。

3.2 促進(jìn)微生物活性

土壤微生物活性是土壤生態(tài)系統(tǒng)健康的重要指標(biāo)，直接關(guān)系到土壤的養(yǎng)分循環(huán)、有機(jī)物質(zhì)分解及植物病害的防治。玉米秸稈還田技術(shù)通過引入豐富的有機(jī)碳源，為土壤微生物提供了必要的能量和營養(yǎng)，從而顯著提高了微生物的活性和多樣性。在秸稈還田過程中，秸稈中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等復(fù)雜有機(jī)物被微生物分解，這一過程不僅釋放出能量供微生物利用，還產(chǎn)生了一系列中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物，如二氧化碳、水、礦物質(zhì)養(yǎng)分等。這些物質(zhì)的產(chǎn)生和積累，為土壤中的微生物群落提供了豐富的營養(yǎng)來源，促進(jìn)了微生物的生長和繁殖。為了最大化秸稈還田對微生物活性的促進(jìn)效果，需要考慮秸稈的碳氮比、水分含量及還田時間等因素。秸稈的碳氮比對微生物的分解活動和氮素的可用性有顯著影響。在德州市，尤其是玉米種植密集區(qū)域，秸稈還田可顯著增加土壤微生物的數(shù)量和活性。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，德州市采用秸稈還田的農(nóng)田土壤微生物數(shù)量比未還田的增加了約20%，這表明秸稈還田技術(shù)在當(dāng)?shù)鼐哂忻黠@的生態(tài)效益。

3.3 改善土壤結(jié)構(gòu)與通氣性

玉米秸稈還田技術(shù)可增加土壤有機(jī)質(zhì)，對改善土壤結(jié)構(gòu)和提高土壤通氣性具有積極作用。土壤結(jié)構(gòu)的改善有助于水分保持和根系發(fā)展，而良好的通氣性則是促進(jìn)根系呼吸和養(yǎng)分吸收的關(guān)鍵因素。秸稈還田后，土壤中的有機(jī)質(zhì)含量增加，促進(jìn)了土壤微團(tuán)聚體的形成。這些微團(tuán)聚體能夠增加土壤孔隙，從而提高土壤的通氣性和滲透性。研究顯示，秸稈還田能夠使土壤容重降低，孔隙度增加，具體而言，秸稈還田后的土壤容重可降低0.1～0.3 g·cm-3，孔隙度可提高5%～10%；在一項(xiàng)關(guān)于秸稈還田對土壤水分保持能力影響的研究中，發(fā)現(xiàn)實(shí)施秸稈還田的土壤，其水分保持能力比未實(shí)施的土壤高13%～20%。德州市的土壤由于長期的農(nóng)業(yè)耕作，部分地區(qū)出現(xiàn)土壤板結(jié)現(xiàn)象，這對作物根系的生長和對水分、養(yǎng)分的吸收造成了不利影響。秸稈還田可以通過增加土壤中有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)土壤結(jié)構(gòu)改善，特別是在改善土壤通氣性和孔隙度方面表現(xiàn)突出。在德州市的試驗(yàn)田中，采用秸稈還田后，土壤的通氣性和孔隙度明顯提高，有效緩解了土壤板結(jié)問題，為作物提供了更為有利的生長條件[5]。

3.4 提高土壤水分保持與利用效率

秸稈還田后，土壤的孔隙結(jié)構(gòu)得到改善，這不僅有利于水分的滲透和保持，還有助于提高土壤的抗旱性能。據(jù)研究，在連續(xù)3年實(shí)施秸稈還田的田塊中，土壤的持水能力比未實(shí)施秸稈還田的田塊高出約15%。此外，秸稈還田能夠增加土壤水分入滲速率，可將其提高10%～20%。在水分利用效率方面，秸稈還田通過改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了根系的生長，從而提高了作物對水分的吸收和利用效率。研究表明，秸稈還田能夠提高作物的水分利用效率，具體數(shù)值取決于作物種類和環(huán)境條件，但一般可提高5%～10%。在德州市的干旱和半干旱地區(qū)，秸稈還田對提高土壤水分保持能力尤為重要。通過實(shí)地試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，秸稈還田可以顯著提高土壤的水分保持能力和作物的抗旱性，還田區(qū)域的土壤水分保持能力比未還田的提高了約18%，從而直接提升了作物的水分利用效率和生產(chǎn)力[6]。

3.5 對土壤pH和營養(yǎng)元素平衡的影響

土壤pH是影響土壤養(yǎng)分有效性的關(guān)鍵因素之一。秸稈還田通過引入有機(jī)物質(zhì)，有助于平衡土壤pH。研究表明，秸稈還田能夠提高土壤的pH值，使之更趨近于中性，從而提高土壤中磷、鈣、鎂等礦物質(zhì)養(yǎng)分的溶解度和有效性。在一項(xiàng)研究中，秸稈還田后土壤的pH值平均提高了0.3個單位，這表明秸稈還田對于改善土壤酸堿度具有積極作用。除了調(diào)節(jié)土壤pH值，秸稈還田還能顯著增加土壤中的營養(yǎng)元素含量。通過秸稈還田，土壤中的全氮含量、有效磷含量和速效鉀含量均有顯著提升。例如，根據(jù)李鳳鳴等人的研究，在秸稈還田量為45 t·hm-2的處理下，土壤中的全氮含量提高了約10%，有效磷含量提高了約8%，速效鉀含量提高了約5%。這些營養(yǎng)元素的提升，對于促進(jìn)作物生長和提高作物產(chǎn)量具有重要意義。德州市的土壤類型多樣，pH值各有不同，對作物的生長產(chǎn)生了不同程度的影響。玉米秸稈還田可通過引入大量的有機(jī)質(zhì)調(diào)節(jié)土壤pH值，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，德州市酸性土壤還田區(qū)域的pH值平均提高了0.2個單位，更有利于作物對磷、鈣、鎂等礦物質(zhì)的有效吸收。

4 結(jié)語

玉米秸稈還田技術(shù)能夠有效提升土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤的保水保肥能力，從而促進(jìn)作物生長和提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)出。筆者介紹了目前常見的玉米秸稈還田技術(shù)方法，而在未來的研究中，應(yīng)著眼于秸稈還田技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化，探索與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)實(shí)踐相結(jié)合的新方法，以實(shí)現(xiàn)土壤健康與生態(tài)平衡的長期穩(wěn)定，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)智慧和力量。

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（責(zé)任編輯：張春雨）