探討小麥秸稈還田對土壤物理性質(zhì)及農(nóng)作物的影響

隨著全球農(nóng)業(yè)的發(fā)展和環(huán)境問題的日益突出，農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展成為重要議題。秸稈處理一直困擾著農(nóng)民和農(nóng)業(yè)管理者，傳統(tǒng)的焚燒或堆積方式不僅浪費資源，還造成大氣污染和溫室氣體排放。秸稈還田作為一種綠色環(huán)保的方式逐漸受到重視，它將收獲后的秸稈直接翻入土壤中，使其分解并提高土壤有機質(zhì)含量和肥力。本研究旨在探討小麥秸稈還田對土壤肥力的影響，重點分析其對土壤物理、化學(xué)和生物性質(zhì)的改變。通過研究秸稈還田對土壤結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分循環(huán)、微生物群落及酶活性的影響，揭示其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的長遠(yuǎn)生態(tài)與經(jīng)濟效益。研究結(jié)果為秸稈資源的合理利用提供了科學(xué)依據(jù)，并為未來農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持。

一、小麥秸稈還田的背景與意義

1、小麥秸稈還田的概念與發(fā)展

小麥秸稈還田指的是在小麥?zhǔn)崭詈?，不采取焚燒或運輸?shù)姆绞教幚斫斩?，而是利用機械將其粉碎并翻入土壤中，作為自然肥料的一部分，以此來增強和改善土壤的肥沃度。這項技術(shù)的推廣源于對秸稈焚燒所引起的空氣污染和資源浪費問題的擔(dān)憂，同時也致力于通過資源的優(yōu)化利用來增進土壤的營養(yǎng)成分和改善其結(jié)構(gòu)。秸稈內(nèi)含有豐富的植物生長所需的有機物質(zhì)和營養(yǎng)素，將其還田到土壤中，可以避免因焚燒或丟棄而造成的資源流失。隨著農(nóng)業(yè)機械化水平的提高，秸稈還田技術(shù)已經(jīng)發(fā)展出多種操作方式，包括機械化的秸稈粉碎、深翻混入以及覆蓋還田等。這些方法不僅減少了秸稈露天焚燒對空氣質(zhì)量的負(fù)面影響，而且通過長期增加土壤中的有機質(zhì)含量，促進了農(nóng)田的可持續(xù)發(fā)展。它不僅幫助農(nóng)民有效管理了廢棄物，還顯著提升了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的生態(tài)效益。

2、秸稈還田在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用

秸稈還田在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域扮演了多重角色，尤其在增強土壤肥沃度、優(yōu)化土壤質(zhì)地以及調(diào)整土壤微環(huán)境方面表現(xiàn)出色。秸稈中含有豐富的碳、氮、磷、鉀等營養(yǎng)成分，經(jīng)由微生物分解，逐漸釋放至土壤，顯著提升了土壤的有機質(zhì)水平，從而改善了土壤的肥力。特別是秸稈中的碳質(zhì)成分，對于維護土壤的碳氮平衡至關(guān)重要，它促進了土壤有機質(zhì)的累積。此外，秸稈還田亦能顯著改善土壤的物理特性，增強土壤團聚體的穩(wěn)定性，提升土壤孔隙度，進而優(yōu)化土壤的透氣性和保水性。優(yōu)良的團聚體結(jié)構(gòu)有助于降低水分和肥料的流失，增強土壤的保水和保肥能力。秸稈還田同樣能調(diào)節(jié)土壤溫度。秸稈覆蓋于土壤表面，能夠緩解日夜溫差對作物根系的影響，尤其在春季初期或秋季晚期等溫差較大的時段，為作物根系提供更為穩(wěn)定的溫度條件，從而促進植物的健康成長。

3、小麥秸稈還田的研究現(xiàn)狀

目前，關(guān)于小麥秸稈還田的研究主要集中在對土壤理化性質(zhì)、作物產(chǎn)量以及生態(tài)環(huán)境影響等多方面的探討。研究顯示，秸稈還田能顯著提升作物產(chǎn)量，在連續(xù)多年還田后，作物的生長速度和產(chǎn)量均有顯著改善。然而，研究也指出，秸稈還田在短期內(nèi)可能會引發(fā)一些問題，例如秸稈分解不完全，導(dǎo)致土壤中缺少氮，形成所謂的“氮饑餓”現(xiàn)象，這可能會影響作物短期內(nèi)對氮素的吸收。不同地區(qū)的氣候、土壤類型以及作物品種對秸稈還田效果的響應(yīng)存在顯著差異。在溫暖濕潤的地區(qū)，秸稈分解較快，效果較好；而在干旱或寒冷地區(qū)，秸稈的分解速度較慢，可能需要調(diào)整還田方式以獲得更佳效果。當(dāng)前研究的一個重點是如何通過優(yōu)化秸稈還田的技術(shù)和管理措施，例如合理控制翻耕深度、調(diào)整秸稈粉碎程度以及選擇適宜的還田季節(jié)等，以提高秸稈還田的效率并減少可能出現(xiàn)的負(fù)面效應(yīng)。盡管面臨一些挑戰(zhàn)，但秸稈還田作為一種高效、經(jīng)濟且環(huán)保的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，已展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

二、秸稈還田對土壤物理性質(zhì)的影響

1、土壤結(jié)構(gòu)與水分保持能力的變化

秸稈還田顯著提升了土壤的結(jié)構(gòu)，通過提高土壤中的有機質(zhì)含量，促進了土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成。土壤團粒結(jié)構(gòu)的強化有效增強了土壤的穩(wěn)定性，使土壤顆粒更加緊密地結(jié)合，從而降低了土壤遭受風(fēng)蝕和水蝕的可能性。這種改良不僅增強了土壤的結(jié)構(gòu)，還提升了土壤的保水能力。秸稈分解過程中釋放的有機質(zhì)增加了土壤的孔隙度，使土壤變得更加疏松，從而更好地吸收和保持水分。尤其在干旱或少雨的氣候條件下，秸稈還田為土壤提供了關(guān)鍵的保濕作用，有效避免了水分的流失，確保植物在水分有限的環(huán)境中仍能獲得必需的生長條件。秸稈殘體覆蓋在土壤表面，還能夠降低水分的蒸發(fā)，形成一層保濕層，減緩?fù)寥乐兴值纳⑹俣?。通過增強土壤的水分保持能力，秸稈還田不僅促進作物的健康生長，還為土壤微生物的生存創(chuàng)造更有利的環(huán)境。此外，秸稈還田還能減少土壤硬化的現(xiàn)象，防止土壤因長期耕作而過度壓實，最終提升水分的滲透性和作物的吸水能力。

2、土壤緊實度與通透性的影響

秸稈還田顯著增強了土壤的緊實度與通透性。長期的農(nóng)業(yè)機械化耕作，特別是重型機械的使用，往往會造成土壤緊實度的增加，導(dǎo)致土壤硬化，這對植物根系的正常生長以及水分和空氣的滲透極為不利。土壤的緊實狀態(tài)限制了養(yǎng)分和水分在土壤中的流動，進而影響作物的生長。秸稈還田通過提升土壤有機質(zhì)含量，有效地促進了土壤顆粒的分離，使土壤變得更加松散，減輕了壓實帶來的不良影響。土壤結(jié)構(gòu)的松散化顯著提升了水分和空氣在土壤中的流動性，這不僅增強了土壤的透氣性，還促進了水分的深入滲透，使得作物根系能夠更深入地吸收養(yǎng)分和水分。隨著土壤結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，根系的生長更為自由，能夠更深入地扎入土壤，從而獲取更豐富的養(yǎng)分。土壤通透性的提升還能夠有效降低表層徑流的形成，減少水土流失的風(fēng)險。因此，秸稈還田通過改善土壤的疏松度和通透性，為農(nóng)作物營造了更為有利的生長環(huán)境，并提升了土壤的耕作適宜性。

3、秸稈還田對土壤溫度的調(diào)節(jié)作用

秸稈還田能顯著調(diào)節(jié)土壤溫度，尤其在穩(wěn)定土壤溫度和控制極端溫度波動方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。夏季高溫時，秸稈覆蓋在土壤表面形成隔熱層，可有效降低表面溫度，防止高溫?fù)p害作物根系。秸稈覆蓋減緩了陽光直射產(chǎn)生的熱量，使土壤表層溫度維持在適宜范圍內(nèi)，減少水分因高溫蒸發(fā)。這種保濕效應(yīng)不僅保持土壤濕潤，還能緩解高溫和干旱對作物的壓力。冬季，秸稈還田則起到保溫效果，覆蓋的秸稈阻止土壤熱量散失，維持土壤內(nèi)部溫度穩(wěn)定，防止寒冷天氣凍傷作物根系。這種保溫作用為冬季作物生長提供穩(wěn)定溫度環(huán)境，尤其在溫度波動劇烈的季節(jié)，減少晝夜溫差對作物的負(fù)面影響。秸稈還田的溫度調(diào)節(jié)功能有助于延長土壤適耕期，使農(nóng)民能在更多季節(jié)進行耕作，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的靈活性和效率。

三、秸稈還田對土壤肥力的影響

1、增加土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分含量

小麥秸稈，作為一種富含氮、磷、鉀、鈣、鎂及有機質(zhì)等多種營養(yǎng)成分的可再生生物資源，其獨特的化學(xué)組成賦予了其廣泛的應(yīng)用潛力。尤為顯著的是，其粗纖維含量高達(dá)30%-40%，這一特性為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了有力支持。實施秸稈還田策略，不僅能夠顯著加速生土的熟化進程，還能有效改善土壤的通氣狀況，通過降低土壤容重與pH值，為土壤生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與優(yōu)化創(chuàng)造了有利條件。秸稈還田顯著提升了土壤的肥力水平，具體表現(xiàn)在土壤養(yǎng)分含量的顯著增加上。這一過程不僅為作物根系的生長發(fā)育構(gòu)建了一個更加適宜的土壤環(huán)境，促進了作物的茁壯成長，還體現(xiàn)了其在減少碳排放、增強土壤有機質(zhì)積累以及降低氮肥施用量方面的重要價值，這些均是對環(huán)境保護與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的積極貢獻。進一步的數(shù)據(jù)分析顯示了秸稈還田實踐的具體成效。以秸稈中有機質(zhì)含量平均約為15%為基礎(chǔ)，假設(shè)還田秸稈量達(dá)到15000kg/hm2，則預(yù)計可向土壤中增加2250kg/hm2的有機質(zhì)。此外，秸稈還田后，土壤中的有機質(zhì)、全氮及有效磷等關(guān)鍵養(yǎng)分指標(biāo)均實現(xiàn)了顯著提升，其平均值分別達(dá)到24.59g/kg、1.61g/kg及27.19mg/kg，相較于還田前，這些養(yǎng)分的平均增幅分別為0.69g/kg、0.04g/kg及0.55mg/kg，對應(yīng)的百分比增幅則分別為2.89%、2.55%及2.06%。這一系列數(shù)據(jù)充分證明了秸稈還田在改善土壤質(zhì)量、促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的積極作用。

2、改善土壤物理性狀

秸稈還田后，經(jīng)歷微生物的復(fù)雜發(fā)酵過程，顯著促進了腐植酸鈣與腐植酸鎂的形成。這兩種化合物在土壤生態(tài)系統(tǒng)中扮演著關(guān)鍵角色，它們不僅增強了土壤微生物的活性，還加速了養(yǎng)分的有效分解與利用，從而深刻影響了土壤的理化性質(zhì)與肥力水平。具體而言，土壤團粒結(jié)構(gòu)得到了有效改善，土壤容重得以降低，孔隙度與通透性顯著提升，這些變化共同作用于土壤蓄水保肥能力的提升，為作物根系構(gòu)建了一個更加適宜的生長環(huán)境。此外，試驗研究還顯示了秸稈分解過程中的水分動態(tài)變化。在分解初期，秸稈對水分的需求顯著，而進入分解后期，先前被秸稈吸收的水分逐漸釋放回土壤中，導(dǎo)致此時土壤的含水量相較于清茬處理前顯著增加。這一現(xiàn)象不僅體現(xiàn)了秸稈在土壤水分管理中的重要作用，還通過保墑作用，為作物生長提供了更為穩(wěn)定的水分供應(yīng)，進一步強化了秸稈還田的生態(tài)效益與農(nóng)業(yè)應(yīng)用價值。

3、提高土壤的生物活性

秸稈還田后，還可以觀察到土壤生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生了一系列顯著的正向變化。土壤生物活性顯著增強，這一變化直接促進了生物固氮作用的提升，為土壤提供了更為豐富的氮素資源。同時，土壤的堿性環(huán)境得到有效改善，呈現(xiàn)出下降趨勢，這一變化對于維持土壤酸堿平衡至關(guān)重要。具體而言，秸稈還田促進了土壤中微生物的活躍性，加強了其呼吸作用、纖維分解能力、氨化作用以及硝化作用。這些生化過程的強化不僅加速了有機物質(zhì)的礦化速率，還促進了土壤養(yǎng)分的循環(huán)與轉(zhuǎn)化，使得土壤養(yǎng)分結(jié)構(gòu)逐漸趨于合理化。此外，秸稈在分解過程中會釋放大量的CO2，這一氣體釋放現(xiàn)象對于提升近地面葉片的光合作用具有積極作用。CO2作為光合作用的關(guān)鍵原料之一，其濃度的增加直接促進了植物葉片的光能轉(zhuǎn)化效率，進而有利于植物的生長和產(chǎn)量的提升。

4、增產(chǎn)、增益、保護生態(tài)環(huán)境

機械化秸稈還田技術(shù)作為一種創(chuàng)新的農(nóng)業(yè)實踐，顯著促進了秸稈中有機質(zhì)的資源化利用。該技術(shù)不僅有效規(guī)避了傳統(tǒng)秸稈焚燒所帶來的環(huán)境污染問題，還通過提升土壤中有機質(zhì)及多種養(yǎng)分的含量，對土壤質(zhì)量產(chǎn)生了積極影響。具體而言，機械化還田減少了土壤水分的蒸發(fā)，增強了土壤的保水能力，這對于維持土壤濕度、促進作物生長至關(guān)重要。這一系列土壤改良效應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為顯著的增產(chǎn)增收效果，實驗數(shù)據(jù)明確顯示，小麥在采用秸稈還田技術(shù)后，其平均增產(chǎn)率可達(dá)7%-9%，這一成果不僅減少了化學(xué)肥料的依賴，還顯著降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。此外，機械化秸稈還田還從源頭上解決了秸稈無序堆放與隨意丟棄的問題，這些行為曾是農(nóng)村環(huán)境整治的難點之一。通過規(guī)范處理秸稈，該技術(shù)有效降低了秸稈焚燒的風(fēng)險，進而減輕了大氣污染，為生態(tài)環(huán)境的保護作出了積極貢獻。

四、秸稈還田對作物生長的影響

1、影響根系生長

長期推行秸稈還田政策，雖然帶來了諸多生態(tài)和環(huán)境上的益處，但也存在一定的風(fēng)險。具體來說，連續(xù)的秸稈還田操作可能會導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，表現(xiàn)為土壤變得更加松散，孔隙變大，這會降低種子與土壤之間的接觸緊密度。這種情況對種子的發(fā)芽和幼苗的早期生長構(gòu)成了顯著的挑戰(zhàn)。特別需要注意的是，如果秸稈還田的處理方法不當(dāng)，很容易引起土壤微生物與作物幼苗之間對養(yǎng)分的劇烈競爭。這種現(xiàn)象不僅會大幅降低種子的發(fā)芽率，還常常導(dǎo)致幼苗根系發(fā)育不良，出現(xiàn)根系懸空、葉片黃化甚至枯萎等問題。追根溯源，這些負(fù)面效應(yīng)主要是由于幼苗在養(yǎng)分吸收上的延遲和不足，從而阻礙了作物根系的正常生長發(fā)育。

隨著根系生長受限，其對后續(xù)養(yǎng)分的吸收能力也會減弱，這無疑對作物的整個生長周期和最終產(chǎn)量產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。在最壞的情況下，還可能出現(xiàn)死苗和斷壟等嚴(yán)重問題，直接且明顯地減少了農(nóng)作物的預(yù)期產(chǎn)量。

2、發(fā)生病蟲危害

秸稈，作為農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品，通常含有大量病原菌和蟲卵。即便在秸稈還田過程中實施了處理措施，這些病原和害蟲卵往往難以徹底根除，特別是某些蟲卵可能仍舊頑固地存留在秸稈組織中。一旦這些含有病蟲卵的秸稈被粉碎并施用于土壤，病原體和害蟲卵便迅速在土壤中扎根并繁殖，顯示出它們強大的生命力。土壤微生態(tài)的持續(xù)變化，以及生物繁殖力的顯著增強，進一步推動了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的調(diào)整。具體來說，土壤中的細(xì)菌、真菌和放線菌等微生物數(shù)量都出現(xiàn)了不同程度的增長。雖然這種變化反映了土壤生物多樣性的提升，但也帶來了不可小覷的風(fēng)險直接影響了農(nóng)作物的生長。具體來說，土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的失衡，尤其是病原微生物和害蟲種群的快速擴張，很容易導(dǎo)致農(nóng)作物病蟲害的爆發(fā)。這些病蟲害不僅直接損害農(nóng)作物的健康生長，還可能通過降低光合作用效率、破壞作物組織結(jié)構(gòu)等途徑，嚴(yán)重影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。在最壞的情況下，這可能導(dǎo)致農(nóng)作物大面積減產(chǎn)，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來重大損失。因此，為了應(yīng)對秸稈還田過程中潛在的病蟲害傳播風(fēng)險，采取更加科學(xué)和合理的處理措施是必要的，以確保秸稈還田的安全性和有效性。這包括但不限于強化秸稈的預(yù)處理步驟，以有效消滅其中潛伏的病菌和蟲卵；改善秸稈還田后的田間管理策略，以監(jiān)控并預(yù)防可能出現(xiàn)的病蟲害問題；以及推廣生物防治等綠色防控技術(shù)，以減少化學(xué)農(nóng)藥的使用，保護農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。

綜上所述，秸稈還田作為一種有效的農(nóng)田管理措施，不僅改善了土壤的物理化學(xué)性質(zhì)，還增強了土壤的生物活性與養(yǎng)分循環(huán)能力，為農(nóng)作物的健康生長提供了良好的土壤環(huán)境。

（作者單位：274601山東省菏澤市鄄城縣箕山鎮(zhèn)人民政府）