焚燒秸稈對玉米及其土壤系統(tǒng)的生理生態(tài)效應(yīng)

史明山　孫海昆　肖磊　焦宏業(yè)　王磊　史麗麗　陳潔

摘 要：為使人們較系統(tǒng)、深入的認(rèn)識焚燒秸稈對玉米及其田內(nèi)土壤系統(tǒng)的影響。本文綜述了焚燒秸稈對玉米種子萌發(fā)、幼苗生長、光合作用、產(chǎn)量及其病蟲害的影響，且從土壤水分、養(yǎng)分、土壤酶活性及動物群落等方面分析了土壤系統(tǒng)對焚燒秸稈的響應(yīng)。

關(guān)鍵詞：焚燒秸稈；玉米；土壤系統(tǒng)；生理生態(tài)效應(yīng)

中圖分類號：S513 文獻標(biāo)識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.09.011

Ecological and Physiological Effects of Brning Straw on Corn and Its Soil System

SHI Ming-shan，SUN Hai-kun，XIAO Lei，JIAO Hong-ye，WANG Lei，SHI Li-li，CHEN Jie

（Handan Academy of Agricultural Sciences， Handan， Hebei 056001，China）

Abstract：Burning straw will cause environmental pollution and it also have a negative impact on the soil system and crop . This paper reviewed the effects of burning straw on corn seed germination， seedling growth， photosynthesis， yield and insect pests， moreover， the responses of soil system to burning straw were analysed from the moisture， nutrient， enzyme activity and animal community in the soil in order to make people know more systematic， in-depth effects of straw burning on corn and soil system in corn field.

Key words：straw burning； corn； soil system； ecological and physiological effects

小麥、玉米是我國北方兩大主要農(nóng)作物，以輪作種植方式為主，一般小麥?zhǔn)斋@籽粒后種植秋玉米。由于農(nóng)忙的制約、人們生活水平的提高以及農(nóng)業(yè)耕作方式的轉(zhuǎn)變等因素[1]，原先作為生物質(zhì)的小麥秸稈會被人為就地焚燒，造成環(huán)境污染[2-3]，甚至可能促進霾的形成[4]，危害人類及社會。此外，焚燒秸稈還會釋放大量熱量，使地面急劇升溫，對農(nóng)田系統(tǒng)及田內(nèi)作物產(chǎn)生一定影響[5]。近年來，許多學(xué)者關(guān)于焚燒秸稈對玉米及田內(nèi)土壤系統(tǒng)的影響產(chǎn)生了興趣，并開展了相關(guān)研究，取得了一定進展。筆者對此作一綜述，旨在讓人們較系統(tǒng)、深入地認(rèn)識焚燒秸稈對玉米及其田內(nèi)土壤系統(tǒng)的影響。

1 焚燒秸稈對玉米的影響

1.1 對玉米種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

露天焚燒秸稈會對土壤系統(tǒng)產(chǎn)生一定影響，而土壤是農(nóng)作物賴以生存的基質(zhì)[6]。因此，秸稈的燃燒必然會引起農(nóng)田作物萌發(fā)及生長狀況發(fā)生相應(yīng)改變。研究表明，焚燒秸稈不利于玉米種子萌發(fā)及幼苗生長。表現(xiàn)為：種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)顯著下降，而發(fā)芽勢明顯提高，可能是由于植物對環(huán)境表現(xiàn)的應(yīng)激反應(yīng)。在幼苗生長方面，焚燒秸稈對地下部的抑制作用強于地上部[7]。其中，根長、根質(zhì)量、根體積、須根數(shù)及根系活力均明顯減少。根系總比表面及活躍比表面較秸稈焚燒前減少率分別減少63.61%和76.76%。而苗高、苗干質(zhì)量及苗體積也明顯低于秸稈焚燒前地塊[6-8]。值得一提的是，吳旭紅等[7]指出，秸稈焚燒處理對苗高影響不顯著，可能是由于品種、環(huán)境及秸稈焚燒量存在差異的緣故。

1.2 對玉米光合作用的影響

吳旭紅等[7]研究了秸桿焚燒浸提液對玉米幼苗光合作用的影響，指出秸桿焚燒浸提液促使葉綠素含量降低，其幼苗光合能力下降。可能是由于玉米幼苗葉綠素酸酯還原酶受到抑制，影響了氨基γ-戊酮酸和葉綠素的合成，或者是破壞了葉綠體膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[9]。

1.3 對玉米產(chǎn)量的影響

焚燒秸稈所產(chǎn)生影響的產(chǎn)量效應(yīng)是人們關(guān)注的熱點，是個核心問題。研究表明，焚燒秸稈會造成玉米產(chǎn)量下降7.04%～20.63%，且其對產(chǎn)量的影響程度與秸稈焚燒量有關(guān)[10]。

1.4 田間病蟲害狀況

一般認(rèn)為，秸稈焚燒具有清除雜草，減輕玉米田病蟲害的優(yōu)點。王愛玲等[11]評價了焚燒秸稈對玉米田蟲害的影響，發(fā)現(xiàn)秸稈焚燒會減輕玉米螟及蚜蟲的危害程度，但毛毛蟲危害有加重趨勢。可能是由于不同害蟲對過火痕地響應(yīng)存在差異，也或是害蟲棲息地及生境不同的緣故。

2 焚燒秸稈對土壤系統(tǒng)的影響

2.1 對土壤養(yǎng)分及水分的影響

秸稈中含有農(nóng)作物生長所需的大量養(yǎng)分，還田可以增加土壤有機質(zhì)含量，改善土壤理化性狀，提高土壤肥力，且能促進作物生長，改善其品質(zhì)及增強其抗性[12-13]。相反，焚燒秸稈不僅會燃燒秸稈中的養(yǎng)分，同時也會燒掉土壤表層0～5 cm的養(yǎng)分及微生物。其中，0～2 cm和2～5 cm耕層的微生物數(shù)量減少程度分別是80%左右和43%～52%[10，14]。研究表明，土壤養(yǎng)分及微生物的減少程度與秸稈焚燒量呈顯著負(fù)相關(guān)[10]。表現(xiàn)為土壤有機質(zhì)含量下降10.72%～17.08%，真菌數(shù)量下降43.68%～87.28%，放線菌數(shù)量下降49.32%～78.58%，細(xì)菌數(shù)量下降58.93%～85.95%[10，15-17]；全氮、堿解氮含量分別減少9.85%～11.1%、6.36%～6.6%，而土壤速效磷、速效鉀分別增加7.5%，18.9%[16]。劉天學(xué)等[18]和霍憲起[8]研究了焚燒秸稈對根際微生物的影響，指出根際微生物中細(xì)菌、放線菌、真菌、磷細(xì)菌、鉀細(xì)菌和固氮菌分別減少29.37%～36.53%，16.2%～62.9%，21.17%～24.24%，45.56%，41.21%和39.74%。此外，焚燒秸稈還會使地面急劇升溫，釋放大量熱量，導(dǎo)致土壤含水量降低4.8%左右[12]。

2.2 對土壤酶活性的影響

土壤酶是在土壤中產(chǎn)生的一種具有專一性，且能輔助生物化學(xué)反應(yīng)的生物催化劑，在土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化、積累和分解中起著重要作用[19]；在各種生物化學(xué)過程的動向和強度中， 土壤酶活性占有重要地位[20]。而溫度是土壤酶活性一個非常重要的影響因子[21]，影響酶類的活性程度。焚燒秸稈會導(dǎo)致地面溫度急劇升高，對土壤酶類產(chǎn)生重要影響。研究表明，焚燒秸稈會引起土壤中過氧化氫酶、磷酸酶、脲酶和多酚氧化酶活性降低，其降低程度與土壤耕層相關(guān)。表現(xiàn)為，0～5 cm耕層，焚燒秸稈對其影響達極顯著水平；5～13 cm耕層的酶活性受影響較小；13～20 cm耕層的酶活性不受影響[5]。

2.3 對土壤動物群落的影響

土壤動物是土壤中和落葉下生存著的各種動物的總稱，作為生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)中的重要消費者，土壤動物在能量流動、物質(zhì)循環(huán)及土壤形成與熟化等方面發(fā)揮了重要作用[22]。在各類土壤動物中，其優(yōu)勢種主要有螨類、跳蟲、線蟲等[23]。其中，螨類動物中甲螨對土壤改良及土壤肥力的形成具有重要的影響。焚燒秸稈會釋放大量熱量，必然對土壤動物產(chǎn)生一定影響。研究表明，焚燒秸稈會使土壤動物類群及數(shù)量減少，其群落數(shù)量高峰期明顯后延，多樣性稍有降低[24-25]。

3 結(jié) 語

（1）秸稈中含有農(nóng)作物生長所需的大量養(yǎng)分，還田可以增加土壤有機質(zhì)含量，改善土壤理化性狀，提高土壤肥力，且能促進作物生長，改善作物品質(zhì)，提高其抗性[12-13]。然而，由于農(nóng)忙制約、人們生活水平的提高以及農(nóng)業(yè)耕作方式的轉(zhuǎn)變等因素[1]，有一大部分秸稈會被就地焚燒。這不僅浪費了資源，還污染了環(huán)境，且對農(nóng)田系統(tǒng)產(chǎn)生了負(fù)面影響。

（2）焚燒秸稈會降低土壤酶活性及含水量，且影響土壤動物群落，并導(dǎo)致土壤養(yǎng)分及微生物減少。進而影響玉米幼苗生長發(fā)育，其光合作用受抑制，造成玉米減產(chǎn)，降低經(jīng)濟效益。針對焚燒秸稈對玉米田的負(fù)面效應(yīng)。今后應(yīng)加強宣傳工作，并進行正確引導(dǎo)，讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者真正意識到焚燒秸稈所帶來的危害，進而改掉這一生活陋習(xí)。

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