秸稈還田培肥土壤的研究現狀

2014-07-16 09:11:31矯麗娜李志洪殷程程

安徽農學通報 2014年10期

矯麗娜　李志洪　殷程程

摘要：中國秸稈總產量居世界首位，如何使秸稈資源利用合理化、經濟化和環保化成為當務之急。該文從土壤有機碳、土壤酶活性、秸稈還田后腐解特征和秸稈還田對作物產量的影響這幾方面，綜述秸稈還田培肥土壤的效果，旨在為今后秸稈還田培肥土壤提供理論依據。

關鍵詞：秸稈還田；有機碳；土壤酶

中圖分類號 S153 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2014）10-54-03

Abstract：The production of straw is the highest in the world，therefore，how to rationalize the use of straw resources，economy and environmental protection，is the priority. This article from the soil organic carbon，soil enzyme activity，decomposing characteristics and the impact of staw returning on crop yield，summary the effect of straw returning in improving soil fertility to provide a theoretical basis for future.

Key words：Straw returning；Organic carbon；Soil enzyme

1 前言

農業在我國的國民經濟中起著至關重要的作用，農業的發展和土地的利用是保證食物供給以及可持續發展的基礎。中國僅以占世界7%的耕地要養活占全球22%的人口，其特殊的國情決定了農業在中國具有遠比世界上其它國家更為重要的地位[1]。因此走農業可持續發展的道路，是我國農業發展的一種必然趨勢[2]。“民以食為天，食以土為本”，精辟地概括了人類—農業—土壤之間的關系，農業是人類生存的基礎，而土壤是農業的基礎[3]。構成作物產量40%～80%的養分來自于土壤，只有在土壤肥力提高的條件下，才能達到高產，穩產[4]。秸稈還田可以有效保持農田生態系統內部的物質循環、能量的交換和信息的傳遞，減輕作物對外部能量、物質的依賴，形成一個穩定的生產系統，最終有利于農業的可持續發展[5]。

2 我國秸稈資源現狀和利用現狀

中國是世界第一秸稈大國，高利偉等[6]研究表明，2006年中國作物秸稈總量超過7.6億t。秸稈通常指作物主產品進行初加工過程產生的副產物及主產品收獲之后所有大田剩余的副產物[7]。秸稈數量以水稻、小麥和玉米三大作物居多，2000-2006年秸稈資源總量中，這3大作物秸稈量的比例為60%～89%[6-7]。2005年秸稈資源總量中，水稻、玉米、小麥三大糧食作物秸稈分別約占秸稈總產量的25.10%、24.00%、12.73%，分別分布于中南、華東地區及西南的部分省份，東北、華北地區的各省份及華東、中南的部分省份，華東、中南及華北等地區[8]。

秸稈的綜合利用主要是飼料，肥料，燃料，工業原料等4個方面。主要利用途徑有：（1）用作飼料：通過秸稈氨化技術、膨化技術、微儲飼料技術和青貯技術等對秸稈進行加工，秸稈變得柔軟，易于消化吸收，增加飼料粗蛋白含量，變成牲畜喜歡食用的主飼料[9]。（2）用作肥料：農作物秸稈作為有機肥料來源之一，不僅可增加土壤有機質和速效養分含量，培肥地力，還可以增加作物產量，優化農田生態環境[10]。（3）用作燃料：可以將秸稈能源化利用，通過沼氣技術、制煤技術、發電技術，提高秸稈資源的利用效率。（4）用作工業原料：多種食用菌的栽培可以用秸稈做培養基，稻草、麻稈、麥稈等可以用于造紙、建筑等，以及手工紡織材料。據粗略估計，目前我國直接用作于農村飼料、肥料、生活燃料、工業原料的秸稈量約占秸稈總產量的15%、15%、20%和2%，露天焚燒或廢棄的部分秸稈約占秸稈總產量的33%[11]。

3 秸稈還田培肥土壤的國內外研究現狀

我國秸稈總產量居世界首位，因此，如何使秸稈資源利用合理化、經濟化和環保化成為當務之急。國內科技工作者研究表明[18-20]，秸稈覆蓋農田后，土壤的水、肥、氣、熱狀況重新進行了組合，顯著提高了土壤肥力，成為農業可持續發展的有效途徑之一。國外科技工作者研究表明，殘茬覆蓋土壤表面，可以減少水土流失、土壤溫度和蒸發的波動，作物秸稈是土壤有機質的主要來源，影響土壤的肥力，團聚體穩定性，滲透，微生物的活動，和其他土壤性質[21-24]。Sharratt等[25]研究也發現，未進行秸稈覆蓋的土壤，夏天土壤溫度很高，冬天土壤溫度很低，而且與秸稈覆蓋的相比，土壤溫度也有較大波動。

Pimentel和Dabney等[26-27]報道，秸稈覆蓋土壤表層可以減少土壤侵蝕，有益于生態環境的改善，還可以幫助農民增加糧食產量。Burket和Rees等[28-29]研究認為，對豆科植物秸稈進行還田后，提高土壤有機質含量和土壤固碳能力，有機質對土壤中的氮起到固定作用，因此可以減少土壤氮的淋洗和揮發損失。Lindstrom等[30]研究表明，土壤中33%秸稈覆蓋比46%秸稈覆蓋氮，磷，鉀分別損失了98、37和29kg/hm2。

3.1 秸稈還田對土壤有機碳的影響 Starr等[31]認為農作物秸稈是有機碳的來源，也有利于保護富含有機質的土壤團聚體的侵蝕，因為水的侵蝕最容易帶走較小的顆粒，如顆粒有機碳，可溶性有機碳和粘土大小的顆粒。土壤有機碳是土壤中含碳有機物質，它包括土壤中微生物體分解的各種有機物質和動植物的殘體，土壤有機碳占土壤總量的很小部分，它對全球碳平衡，土壤肥力方面起著非常重要的作用。土壤有機碳含量是進入土壤的生物殘體等有機物質的輸入與以土壤微生物分解作用為主的有機物質的損失之間的平衡。endprint

土壤有機碳根據研究需要，Pat-ton將土壤有機碳分為活性庫（active pool）、緩性庫（slow pool）、鈍性庫（passive pool）[32]。邵月紅對農田土壤有機碳庫大小及周轉的研究結果表明，農田土壤各剖面的活性碳、緩效性碳、惰效性碳分別占土壤有機碳的0.6%～3.7%，37.7%～81.2%，17.1%～48.1%[33]。許多研究表明，秸稈直接還田對改善土壤的理化性狀有明顯效果，秸稈還田各處理的有機碳含量都高于無秸稈還田處理，同時作物增產效果明顯。秸稈還田在增加土壤活性有機碳含量的同時，也提高了活性有機碳占總有機碳含量的比重。

3.2 秸稈還田對土壤酶活性的影響土壤微生物、植物和土壤動物是土壤酶的主要來源，土壤酶是土壤的組成成分之一，是土壤中各種生物化學過程重要的參與者，其活性大小可以作為表征土壤肥力的一個重要指標。甄麗莎等[34]通過大田定位試驗研究得出，在玉米生長期內進行小麥秸稈還田和小麥生長期進行玉米秸稈還田配合施用氮肥和有機肥，土壤蔗糖酶可以顯著提高；相同秸稈還田方式配合施用氮、磷肥可以顯著提高脲酶活性。季立聲等[35]對秸稈直接還田進行了生物學效應的研究表明，無論是常規翻耕還是輪耕，土壤中的蔗糖酶、脲酶和過氧化氫酶的數量均以秸稈直接還田處理為高。在小麥整個生育期，土壤轉化酶、脲酶活性表現有秸稈處理大于無秸稈處理。閆超[36]等連續3a水稻秸稈還田，研究結果表明，秸稈還田處理脲酶平均活性較不還田處理低28.1%，蔗糖酶平均活性較不還田處理高19.8%，過氧化氫酶和酸性磷酸酶無明顯影響。國外學者研究表明，秸稈還田對土壤酶的活性具有促進作用。

3.3 秸稈還田后秸稈腐解特征的變化在土壤微生物和酶的作用下秸稈進行分解和轉化。其腐解速率一方面受土壤微生物和酶活性的高低限制，另一方面秸稈的腐解又必然對土壤養分釋放、生物學特性產生重大作用。有大量研究表明腐解速率均表現在秸稈還田前期腐解較快，后期腐解速率逐漸變慢。李新舉等[37]研究得出，輕壤，中壤，重壤三種土壤質地中，腐解速度大小為埋深5cm>埋深15cm>覆蓋在表面的秸稈。32周時間內秸稈腐解百分率分別為65%、62%、50%左右。武際等[38]采用尼龍網袋法研究了不同水稻栽培模式下小麥秸稈腐解特征及對土壤生物學特性和養分狀況的影響，結果表明，0～30d為快速腐解期，30d之后，腐解速率逐漸放緩，90d小麥秸稈腐解率累計達48.9%～61.3%。

3.4 秸稈還田對作物產量的影響近來，中國100多個5a以上秸稈還田的定位試驗研究表明，與不還田相比，平均增產率為12.8%。也有不少報道表明秸稈還田后，出現秸稈分解過程中微生物與植物爭奪土壤有效態氮，播種質量降低，但由于提高了土壤有機質和養分含量，改善土壤物理及生物化學性狀，產量仍比傳統耕作高，具有較好的增產效果。曾木祥[39]等認為：我國的秸稈還田量大約在1 500～9 000kg·hm-2，平均4611kg·hm-2，增產幅度在1.7%～145.8%，平均增產15.17%。

參考文獻

[1]姚素梅，朱曉翔.我國農業可持續發展的水問題及對策[J].中國人口·資境，2005，15（1）：122-125.

[2]趙其國.我國農業可持續發展問題初探[J].農業現代化研究，1998，19（5）：267-271.

[3]黃昌勇.土壤學[M].北京：中國農業出版社，2000.

[4]程麗軍.淺談提高土壤肥力的主要途徑[J].內蒙古農業科技，2003（2）：301.

[5]孫星，劉勤，王德建，等.長期秸稈還田對土壤肥力質量的影響[J]. 土壤，2007，39（5）：782-786.

[6]高利偉，馬林，張衛峰，等.中國作物秸稈養分資源數量估算及其利用狀況[J].農業工程學報，2009，25（7）：173-179.

[7]謝光輝，王曉玉，任蘭天.中國作物秸稈資源評估研究現狀[J].生物工程學報，201，26（7）：855-863.

[8]韓魯佳，閆巧娟，劉向陽，等.中國農作物秸稈資源及其利用現狀[J].農業工程學報，2002，18（3）：87-91.

[9]高海，李國東，劉偉，等.農作物秸稈綜合利用現狀及技術[J].農業工程學，2011，（18）：290-291.

[10]卜毓堅，屠乃美，等.我國農作物秸稈綜合利用現狀及其技術進展[J].作物研究，2006，（5）：526-529.

[11]劉瑞偉.我國農作物秸稈利用現狀及對策[J].農業與技術，2009，29（1）：7-9.

[12]丁艷，彭卓敏，夏建林.國內典型秸稈還田技術及機具的比較與分析[J].中國農機化，2010，（3）：43-46.

[13]江永紅，宇振榮，馬永良.秸稈還田對農業生態系統及作物生長的影響[J].土壤通報，2001，32（5）：209-213.

[14]劉巽浩，王愛玲，高旺盛.實行作物秸稈還田促進農業可持續發展[J].作物雜志，1998，67（5）：1-5.

[15]汪建飛，邢素芝.農田土壤施用化肥的負效應及其防治對策[J].農業環境保護，1998，17（1）：40-43.

[16]王志明，朱培立，黃東邁，等.秸稈碳的田間原位分解和微生物碳的周轉特征[J].土壤學報，2003，40（3）：446-453.

[17]吳勇泉，屈明，孫芬，等.秸稈覆蓋對土壤理化性狀、微生物及生態環境的影響[J].中國農學通報，2009，25（14）：63-268.

[18]羅永藩.我國少耕與免耕技術推廣應用情況與發展前景[J].耕作與栽培，1991（2）：1-7.

[19]沈玉琥.秸稈覆蓋的農田效應[J].干旱地區農業研究，1998，16（1）：45-50.endprint

[20]梁銀麗，張成娥，郭東偉.黃土高原區農田覆蓋效應與前景分析[J].中國生態農業學報，2001，9（1）：55-57.

[21]Andrews，S..Crop residue removal for biomass energy production：effects on soils and recommendations.USDA-NRCS White Paper，2006.

[22]Blanco-Canqui，H.，R.Lal，W.M. Post，R.C.Izaurralde，and L.B.Owens.Rapid changes in soil carbon and structural properties due to stover removal from no-till corn plots[J].Soil Sci，2006，171：468-482.

[23]Flerchinger G.N，T.J.Sauer，and R.A.Aiken.Effects of crop residue cover and architecture on heat and water transfer at the soil surface[J].Geoderma，2003，116：217-233.

[24]Lal，R. World crop residues production and implications of its use as a biofuel[J].Environ. Int，2005，31：575-584.

[25]Sharratt，B.S.Corn stubble height and residue placement in the northern US Corn Belt Part I. Soil physical environment during winter[J].Soil Till. Res，2002，64：243-252.

[26]Pimentel，D，C.Harvey，P.Resosudarmo，K. Sinclair，D.Kurz，M. McNair，S.Crist，L.Shpritz，L.Fitton，R. Saffouriand，and R.Blair. Environmental and economic costs of soil erosion and conservation benefits[J].Science，1995，267：1 117-1 123.

[27]Dabney S.M.，J.A.Delgado，D.W.Reeves.Using winter cover crops to improve soil and water quality[J].Communications in Soil Science and Plant Analysis，2001，32：1 221-1 250.

[28]Burket，J. Z.，D. D. Hemphill，and R. P. Dick. Winter cover crops and nitrogen management in sweet corn and broccoli rotations[J]. HortScience，1997，2：664-668.

[29]Rees，R.M.，McTaggart，1.P.，Smith，K.A and Stockdale，E.A Methodology for the study of N mineralization in the Field[J]. Eur. J. Agron，1994，3：301-309.

[30]Lindstrom，M. Effects of residue harvesting on water runoff，soil erosion，and nutrient loss[J].Agr. Ecosyst. Environ，1986，16：103-112.

[31]Starr，G.C.，R. Lal，R. Malone，D. Hothem，L. Owens，and J. Kimble. Modeling soil carbon transported by water erosion processes[J].Land Degrad. Dev，2000，11：83-91.

[32]Parton W J，Schimel D S，Cole C V，etal.Analysis of factors controlling soil organic matter levels in great plains grassland[J].Soil Science Society of American Journal.，1987，51：1 173-1 179.

[33]邵月紅，潘劍君，孫波，等.農田土壤有機碳庫大小及周轉[J].生態學雜志，2006，25 （1）：19-23.

[34]甄麗莎，谷潔，高華，等.秸稈還田與施肥對土壤酶活性和作物產量的影響[J].西北植物學報，2012，32（9）：1 811-1 818.

[35]季立聲，賈君永，張圣武.秸稈直接還田的土壤生物學效應[J].山東農業大學學報，1992，23（4）：375-379.

[36]閆超，刁曉林，葛慧玲，等. 水稻秸稈還田對土壤溶液養分與酶活性的影響[J].土壤通報2012，43（5）：1 232-1 236.

[37]李新舉，張志國，李貽學.土壤深度對還田秸稈腐解速度的影響[J].土壤學報，2001，38（l）：136-138.

[38]武際，郭熙盛，魯劍巍，等.不同水稻栽培模式下小麥秸稈腐解特征及對土壤生物學特性和養分狀況的影響[J].生態學報，2013，33（2）：565-575.

[39]曾木祥，王蓉芳，彭世琪，等.我國主要農區秸稈還田試驗總結[J].土壤通報，2002，33（5）：336-339. （責編：張長青）endprint