近十年安徽省秸稈直接還田研究進展

馬超，王玉寶，鄔剛，王泓，汪建飛，朱林，李佳佳，馬曉靜，柴如山?

1安徽農業大學資源與環境學院/農田生態保育與污染防控安徽省重點實驗室，合肥 230036；2安徽省農業科學院土壤肥料研究所，合肥 230031；3安徽科技學院資源與環境學院，安徽鳳陽 233100；4安徽農業大學農學院，合肥 230036；5安徽省植物保護總站，合肥 230001

0 引言

秸稈直接還田具有操作簡便、省工省時以及培肥土壤等諸多優點。為了發展和推廣秸稈直接還田，前人圍繞秸稈還田技術、秸稈還田的培肥增產效應及生態環境影響等開展了大量研究。近年來，隨著農田環境問題（如面源污染、溫室氣體排放）日益凸顯、新興研究方法和技術（如分子生物學測試方法、核磁共振分析技術）不斷涌現，秸稈直接還田的研究內容也在不斷拓展與深化。安徽省糧食作物產量穩居全國前列，2019年全省小麥和水稻產量分別居全國第3和第6位，因此農作物秸稈資源也極為豐富。據統計，2016—2018年安徽省三大糧食作物秸稈總量超過4 000萬t。為推動秸稈資源還田利用，一方面，安徽省人民政府出臺多項支持政策，提出要積極推進秸稈還田，不斷優化秸稈還田利用體系，并規范全省秸稈機械化還田技術路線。另一方面，農業科技工作者也圍繞安徽省秸稈直接還田開展了大量基礎理論和應用技術研究工作（圖1、圖2）。安徽省地處我國東部地區南北之間和東西之間過渡地帶，為暖溫帶與亞熱帶過渡地區，氣候條件分布差異明顯，耕地土壤類型多樣，且域內多種耕作制度并存，故安徽省秸稈直接還田的相關經驗還可供其他省份借鑒。因此，梳理安徽省過去10年的秸稈直接還田研究進展，并在此基礎上總結經驗和不足、探討未來發展方向十分必要。為此，筆者對安徽省近 10年秸稈直接還田研究報道進行了系統總結，全面梳理了秸稈直接還田技術及還田效應兩大方面的主要進展（圖3、圖4），并對未來研究的重點領域和方向進行了探討，以期為安徽省及相似區域的秸稈資源高效利用和農業綠色發展提供支撐。

圖1 2011—2020年安徽省秸稈還田研究發文數量Fig.1 Number of research papers on straw returning in Anhui Province from 2011 to 2020

圖2 2011—2020年CNKI和WoS中安徽省秸稈還田研究關鍵詞共現網絡Fig. 2 Keywords co-occurrence network of straw returning research in Anhui Province in CNKI and WoS from 2011 to 2020

圖3 近10年安徽省秸稈直接還田技術研究概況Fig.3 Schematic diagram of research on technology of direct straw return in Anhui Province over the last decade

圖4 近10年安徽省秸稈直接還田效應研究概況Fig. 4 Schematic diagram of research on effects of direct straw return in Anhui Province over the last decade

1 秸稈直接還田技術

1.1 秸稈還田方式和還田量

秸稈還田方式的差異會顯著影響秸稈還田的效果。武際等在江淮丘陵水稻土上的研究結果顯示，秸稈還田方式對秸稈腐解的影響會隨栽培模式的變化而變化：常規栽培模式下秸稈覆蓋還田腐解速率快于秸稈土埋還田，而節水栽培模式下則相反。砂姜黑土上小麥玉米秸稈雙季還田的效果比玉米秸稈單季還田及小麥秸稈單季還田要好。值得注意的是，由于耕地方式會對秸稈還田的效果產生影響，因而秸稈還田和耕作方式的交互作用日益受到關注。免耕模式可以明顯改善土壤的物理性質。旋耕對表層土壤的性質影響相對較大，但對下層土壤的各項指標影響有限，而深耕則不利于＞0.25 mm水穩性團聚體的形成，這個問題在秸稈還田條件下有所緩解。郭靜等在皖北砂姜黑土上研究發現，小麥秸稈等量還田條件下，深耕還田在促進玉米生長發育及產量形成方面的效果要優于旋耕和免耕覆蓋。在砂姜黑土上的8年田間試驗表明，與玉米季秸稈免耕覆蓋還田+小麥季秸稈免耕覆蓋還田相比，玉米季秸稈免耕覆蓋還田+小麥季秸稈深耕還田是更有利于增加土壤碳庫及作物周年產量的秸稈還田和耕作方式組合措施。2017年原農業部辦公廳推介發布秸稈農用十大模式，其中適用于黃淮海地區小麥-玉米輪作種植制度的為麥秸覆蓋玉米秸稈旋耕還田模式，這也是安徽省皖北地區當前應用較為普遍的秸稈還田配套耕作方式。在安徽省人民政府辦公廳印發的《安徽省農作物秸稈綜合利用三年行動計劃（2018—2020年）》中提出“有條件的地方每2—3年開展一次秸稈機械化還田后的耕地深翻作業”。在安徽鄰省河南進行的連續6年田間定位試驗結果表明，綜合考慮土壤性狀、作物產量和經濟效益，深耕/旋耕/旋耕是較為適合安徽所處的黃淮海地區冬小麥-夏玉米兩熟制農田的輪耕模式。安徽省目前在秸稈還田下輪耕模式方面的研究尚處于待起步的階段。在早、晚稻秸稈全量還田的基礎上，冬季種植紫云英再于盛花期翻壓還田也即水稻秸稈-紫云英協同還田與單獨秸稈還田相比，更有利于雙季稻持續性高產穩產，同時在提高土壤有機質、全氮和有效磷含量方面的效果更好，在有條件的地區可以推廣應用。

秸稈還田量是影響秸稈還田效應的又一重要因素。武際等研究發現，在江淮丘陵地區適當增加小麥秸稈還田量可以提高土壤微生物數量和酶活性以及土壤養分含量，但秸稈用量過高條件下細菌和放線菌數量有降低的趨勢。在皖北砂姜黑土區也有類似研究，秸稈覆蓋量過高則對土壤微生物數量和酶活性有負作用，適宜的小麥秸稈覆蓋量為 9 000—12 000 kg·hm。郭靜等的研究結果顯示，砂姜黑土地小麥秸稈還田以2/3秸稈量深耕處理的還田效果最好，其玉米出苗質量、光合指標、穗部性狀及產量等指標均優于其他處理。皖北砂姜黑土小麥-大豆輪作下的長期秸稈還田試驗表明，與小麥秸稈半量還田相比，麥秸全量還田在增加土壤氮磷儲量和速效鉀含量以及改善土壤物理性狀方面更具優勢。除了砂姜黑土外，關于安徽省其他主要土壤類型上的秸稈還田最佳用量研究還十分少見。雖然秸稈還田量會在一定程度上影響秸稈還田的效果，但在實際生產中，秸稈全量還田具有更強的可操作性。所以在秸稈全量還田條件下探究確定化肥合理配施量及其科學運籌技術對于培土增產同時兼顧環境效應具有更重要的現實意義。

1.2 秸稈還田下化肥施用

筆者曾對安徽省主要農作區不同作物秸稈還田的化肥替代潛力進行了估算，研究發現秸稈還田可以有效替代一定量化肥，并且秸稈還田的鉀肥替代潛力與氮磷相比較大。由于多數作物秸稈自身C/N比較高，其在土壤中被微生物分解時需要消耗周圍環境的氮素，導致與作物爭氮現象的發生，因而秸稈還田下氮肥配施是秸稈還田研究者關心的問題。在秸稈還田下，秸稈還田量和氮肥配施水平的具體組合可能主要是通過改變土壤氮有效性和氮供應量進而影響到秸稈還田的產量效應。皖北砂姜黑土冬小麥-夏玉米輪作制度下的秸稈還田定位試驗表明，玉米秸稈還田前兩年小麥產量下降，到第4年表現出增產效應；與秸稈不還田條件下小麥高產所需的施氮量相比，玉米秸稈還田下在此基礎上減施氮肥可以進一步小幅提高小麥產量，而在低施氮量條件下，玉米秸稈還田反而導致小麥產量下降。張雅潔等在皖西水稻土上的研究結果表明，小麥秸稈還田量6 600 kg·hm配合氮肥施用量185 kg·hm，使秸稈及氮肥的初始施入C/N比為18∶1，比氮肥施用量為230 kg·hm（C/N比12∶1）或140 kg·hm（C/N比24∶1）在提高土壤無機氮含量和水稻產量方面的表現更優。在秸稈還田氮肥配施量一定的前提下，如何對氮肥進行合理運籌也關系到作物產量及氮肥利用率。安徽江淮丘陵白土稻區小麥秸稈還田條件下，水稻基肥-分蘗肥-穗肥施用比例為60-20-20，這種氮肥運籌方式較 80-0-20及 40-30-30在提高土壤養分供應能力以及提升水稻產量方面更具優勢。韓上等針對不同作物的最佳秸稈還田氮肥運籌方案進行了研究，結果發現水稻的最優施氮方案是用量210 kg·hm，基肥、分蘗肥和穗肥的比例為7∶2∶1；而小麥的最優施氮方案則是用量 240 kg·hm，基肥和拔節肥比例為8∶2，秸稈還田下氮肥適當前移有利于獲得較高的作物產量和氮肥利用效率。過量施肥導致的養分資源浪費和農田面源污染對農業可持續發展產生了較大的負面影響，所以如何降低配施化肥用量，是秸稈還田研究的一個重要方向。馬超等研究發現，不論是皖北砂姜黑土還是皖西的水稻土，秸稈促腐還田后可使小麥當季磷鉀肥用量下調 20%左右不出現明顯的減產。在巢湖地區油菜-水稻兩熟制上的研究表明，與常規施肥相比，秸稈還田+常規施肥減15%處理可以保證作物產量，而且隨著秸稈還田時間的延長，作物產量還有進一步增加的趨勢。同一區域稻麥輪作系統下的秸稈還田試驗顯示，小麥秸稈還田條件下鉀肥減量 20%—30%對水稻產量沒有明顯影響。然而，由于安徽省土壤類型和輪作制度具有多樣化的特征，土壤肥力高低也是秸稈還田下化肥配施需要考慮在內的一個重要因素，而目前相關研究的覆蓋面相對有限。所以，今后一段時間安徽省不同作物生產系統中秸稈還田下的化肥合理配施仍需要進行更為系統的研究。總的來說，秸稈還田條件下，在氮肥管理方面可以進行總量控制并基于土壤肥力狀況合理減施，在土壤自身氮供應能力較為有限的情況下，要適當提高氮肥基肥施用比例，通過氮肥的后肥前移降低還田秸稈和氮肥的初始施入C/N比，緩解前期可能出現的土壤氮有效性下降的問題，實現作物穩產及增產，提升秸稈還田效果。隨著秸稈還田時間的延長，土壤肥力會逐步得到提升，在此基礎上可進一步通過相關試驗探究并確定適宜且可持續的減氮量。與氮素相比，農田鉀損失途徑相對較少，或可從保持農田鉀素輸入輸出平衡角度考慮，基于還田秸稈鉀養分攜入量與作物籽粒鉀攜出量等主要因素大致推算出鉀肥需求量，再根據具體實際情況進行調整。

1.3 秸稈還田下腐稈劑配施

為緩解秸稈還田腐解慢造成的不良影響，腐稈劑近來被應用于加速還田秸稈降解，安徽省關于秸稈配施腐稈劑還田的研究也在不斷發展。早期馬超等在皖西（水稻小麥輪作）和皖北（小麥玉米輪作）兩地布設的秸稈還田試驗表明，添加腐稈劑的秸稈促腐還田方式在皖西水稻土上有提高土壤肥力和作物當季產量的效果，而其在皖北砂姜黑土上的應用效果則不太理想。這說明只有在品種選擇恰當的條件下，腐稈劑才有可能發揮出比較好的作用。秸稈還田下所添加腐稈劑品種需要結合地區土壤環境、氣候特點等進行篩選。再者，農業管理措施也會影響腐稈劑對秸稈還田效果的優化。比如，在沿淮地區稻田氮基肥用量會顯著影響腐稈劑的促腐速率，小麥秸稈還田配施氮基肥使初始C/N比為18∶1的情況下腐稈劑的促腐效果最顯著。值得一提的是，楊欣潤等通過整合分析方法，系統分析了腐稈劑的田間應用研究，并指出施用腐稈劑與不施腐稈劑相比總體上可有效促進還田秸稈的降解和作物產量的提升，但在溫帶大陸性氣候地區，秸稈還田初始C/N比≤15以及土壤為中性時，腐稈劑的促腐效應卻不顯著，同時在土壤為中性時腐稈劑的增產作用也不穩定。由此，通過在安徽省主要土壤類型中篩選土著秸稈降解菌并配以恰當的應用技術或可提升安徽省腐稈劑的田間應用效果，助力秸稈還田高效利用。在秸稈降解菌篩選方面，朱林課題組先后在砂姜黑土和黃棕壤上篩選并鑒定了近百株可降解秸稈纖維素/木質素的細菌和真菌。在腐稈劑應用技術方面，桂召貴等和馬超等分別制定了針對腐稈劑用于稻秸和麥秸田間促腐的《早稻秸稈全量旋耕促腐還田技術規程》和《麥秸粉碎旋翻促腐還田技術規程》。然而，考慮到安徽省土壤類型多樣、種植模式復雜以及作物種類豐富，關于秸稈降解菌篩選及其配套應用技術的研究仍需要不斷補充完善。李曉韋等發現在皖西地區水稻土上尿素、尿素硝酸銨和石灰氮3種形態氮素中以尿素硝酸銨對還田油菜秸稈腐解的促進效果最為顯著，明顯提高了秸稈累積腐解率及氮磷累積釋放率。石琳等通過堆腐試驗比較了碳酸氫銨、硫酸銨、硝酸鈣、尿素和谷氨酸對玉米秸稈腐解的影響，結果表明谷氨酸和硫酸銨的促腐效果相對較好。這些研究的結果對于還田秸稈促腐具有一定的借鑒和啟發作用。

2 秸稈直接還田效應

2.1 秸稈還田對土壤理化性質的影響

安徽省關于土壤物理性狀對秸稈還田的響應研究主要聚焦兩種中低產田土壤：江淮地區的白土以及淮北地區的砂姜黑土。相關研究涉及的主要土壤物理性質指標有土壤容重、孔隙度、田間持水量以及團聚體組成和穩定性等。在白土上的研究表明，秸稈直接還田能降低白土耕作層過高的容重，增加土壤的孔隙度和通透性，還可提高團聚體質量，從而有效改善白土的不良物理性狀。在砂姜黑土上的秸稈還田試驗也得到了類似的結果：秸稈與無機肥料配合施用能降低砂姜黑土耕層土壤容重，增加土壤總孔隙度和毛管孔隙度，具有疏松土壤的作用；在旋耕或深耕方式下，秸稈還田增加了＞0.25 mm水穩性團聚體的質量百分比，有利于土壤形成較好的團粒結構。此外，秸稈還田可增加土壤水分穩定入滲速率和累積入滲量，提高土壤水分最大有效庫容、增強土壤蓄水能力，有助于緩解砂姜黑土持水能力弱這個障礙因子。王擎運等指出長期秸稈還田通過減緩結構段（大孔隙）和滯后段（毛管孔隙）土體的收縮，提升土壤水養庫容，實現了砂姜黑土土體易于脹縮屬性障礙因子的消減。然而，安徽省秸稈還田對土壤物理性質影響研究的廣度和深度仍待加強，今后需關注更多土壤類型以及運用最新技術方法（計算機斷層掃描技術、示蹤技術等）進行土壤孔隙結構的定量研究、解析土壤團聚體周轉路徑及周期。

秸稈還田除了能改善土壤物理性狀外，還會對土壤養分元素含量等產生重要影響。前人研究表明，秸稈還田在短期內就可提高土壤中有效養分如堿解氮、有效磷和速效鉀的含量。在皖中黃褐土上連續秸稈覆蓋還田可以顯著提高水稻和小麥成熟期土壤中銨態氮和硝態氮含量，并且隨著秸稈還田年限的延長，土壤中無機氮含量的增幅也隨之增加；而需要注意的是，秸稈還田實施第一年水稻季分蘗期0—15 cm土層硝態氮和銨態氮含量下降。張雅潔等在皖西水稻土上的試驗顯示，秸稈還田不施肥較不還田不施肥處理土壤全氮含量會提升，而無機氮（硝態氮）的含量卻下降了。陳曦等在皖北砂姜黑土上開展的研究也得到了類似的結果。在秸稈還田對土壤磷有效性的影響方面，相關研究得出的結果存在差異。有些研究的結果顯示，秸稈還田當季或短期內可明顯提高土壤有效磷含量；但也有研究表明，早、晚稻秸稈全量還田 3年對土壤有效磷含量的提升效果十分有限。韓上等在皖北砂姜黑土冬小麥-夏玉米輪作制度下研究發現，秸稈還田4年對土壤有效磷含量的影響較小。靳玉婷等在巢湖流域水稻-油菜輪作模式上的試驗結果顯示，秸稈連續4年還田后水稻季土壤全磷含量顯著增加，油菜季土壤全磷含量增加不顯著。對皖北砂姜黑土秸稈還田定位試驗結果進行分析發現，冬小麥-夏大豆輪作系統下小麥秸稈長期還田顯著提高了土壤全磷含量，但秸稈還田對土壤速效磷的含量影響不明顯。土壤速效鉀含量變化對秸稈還田的響應一般比較迅速，這是由于秸稈中鉀含量高，秸稈還田對土壤鉀輸入的貢獻較大。目前安徽省關于秸稈還田后土壤中微量元素含量和形態變化方面的報道還比較少見，僅有巢湖流域秸稈還田定位試驗的結果表明，小麥秸稈覆蓋還田配合氮磷肥減量可增加土壤有效鋅和有效鐵含量。

2.2 秸稈還田對土壤有機碳的影響

一般來看，秸稈還田3—4年左右其在提升土壤有機質含量方面的效果就開始顯現。與秸稈不還田免耕處理措施相比，玉米季秸稈免耕覆蓋還田加小麥季秸稈深耕還田能夠提高砂姜黑土 0—30 cm土層總有機碳、顆粒態碳、微生物量碳及易氧化態碳等組分含量。白土上的秸稈還田試驗同樣表明，相對于單施化肥，化肥配合秸稈還田可增加表層土壤總有機碳、水溶性有機碳、易氧化有機碳和顆粒有機碳含量。在白土稻區進行的研究表明，秸稈還田提高了土壤總有機碳、胡敏酸、胡敏素和水溶性物質碳含量，而對富里酸碳含量影響不明顯，短期秸稈還田條件下土壤的腐殖化程度有升高的趨勢。韓上等在皖北砂姜黑土上的試驗結果表明，無論是在旋耕還是在深耕條件下，秸稈還田都增加了0—10 cm土層總有機碳、水溶性有機碳、胡敏酸、富里酸和胡敏素的含量以及胡敏酸和富里酸的比值，有利于提高土壤有機碳穩定性及腐殖質品質。張雅潔等在皖西水稻土上的試驗結果顯示，秸稈還田下土壤有機質的H/C比值下降，土壤有機質中脂肪族結構增加，芳香性增強，結構趨于穩定。陳曦等在皖北砂姜黑土小麥玉米輪作系統上的研究也發現，秸稈還田提高了土壤有機質中酚基、羥基、羧基、芳香碳和酰胺含量，而且雙季秸稈還田的效果最為顯著。利用系列高級固相核磁共振技術（C CP/TOSS、C DP/MAS等），郜紅建課題組對秸稈還田過程中作物秸稈和土壤有機質的化學結構變化以及氮肥用量對上述兩個方面的影響等進行了較為系統的研究。在秸稈還田降解過程方面，GAO等發現麥秸進入土壤后秸稈殘余物中 Alkyl C和Aromatic C相對含量呈增加趨勢，而 O-alkyl C和Anomeric C相對含量則呈降低趨勢，并且指出淹水會進一步加強上述結果。CHEN等進一步指出秸稈進入土壤后在氧氣充足條件下最終可能會形成稠環芳烴，為土壤非燃燒來源稠環芳烴的形成方式提供了新的思路。最近，CHEN等通過二維N-C異核單量子相干（N-C HSQC）技術對秸稈降解過程中如何與氮肥結合的問題進行探究，結果發現好氣條件下氮肥結合量會顯著高于厭氧條件下的，且二者產物的化學結構也存在明顯不同。在秸稈還田調控土壤有機質方面，CHEN等通過田間定位試驗探究了秸稈還田改善土壤有機質的效果及其對不同類型秸稈的響應，結果發現不同種類秸稈還田對土壤有機質的化學結構影響差異顯著，與小麥秸稈相比玉米秸稈還田有助于提高土壤有機質的化學穩定性。CHEN等進一步研究了水分管理對秸稈還田后土壤有機質化學結構的影響，得出淹水環境較好氣條件更加有利于秸稈碳向土壤中穩定態有機碳的轉化。為了探明氮肥用量對秸稈還田改善土壤有機質效果的影響，CHEN等對皖西水稻土上長期定位試驗的土壤有機質進行了分析，結果發現土壤有機質中穩定態組分相對含量會隨著氮肥用量的增加而增加。

2.3 秸稈還田對土壤微生物的影響

土壤生物驅動著生態系統的元素循環和物質轉化，但由于其自身的復雜性以及相應檢測技術發展滯后，人們對土壤生物性狀的探索一直受限。隨著分子生物學技術等的不斷發展，土壤生物如何響應秸稈還田的問題逐漸成為研究熱點。在此背景下，安徽省有關秸稈還田對土壤微生物影響研究也得以快速發展。一方面，土壤生物性狀方面的研究深度逐漸遞進。朱林課題組對秸稈還田下土壤微生物生物量、細菌群落組成和多樣性等變化情況進行了較為系統的研究。褚海燕課題組不僅對土壤細菌群落進行了研究，還開始關注氮循環相關基因，并且揭示了秸稈還田調控菌群組成和功能變化的機制。另一方面，土壤生物性狀研究方面的相關指標不斷豐富。學者們前期主要探究秸稈還田對三大類群菌數量和酶活性的影響。朱敏等開始利用熒光實時定量PCR技術探討真核微生物、古菌、氨氧化細菌和氨氧化古菌數量對秸稈還田的響應。隨后，磷脂脂肪酸分析技術、變性梯度凝膠電泳技術和高通量測序技術等被廣泛應用，從而使得土壤細菌和真菌多樣性以及革蘭氏陰陽性細菌等對秸稈還田的響應也逐漸被探究。值得注意的是，秸稈還田對土壤微生物特別是細菌和真菌多樣性的影響在不同試驗條件下存在差異。例如，王伏偉等發現砂姜黑土小麥玉米輪作不施肥情況下小麥秸稈還田能夠顯著提高土壤細菌多樣性；而農業農村部蒙城砂姜黑土生態環境站內的長期定位試驗結果顯示，砂姜黑土小麥-大豆長期輪作下麥秸還田未能緩解化肥施用導致的土壤細菌多樣性下降，秸稈配施化肥處理與單施化肥相比進一步降低了叢枝菌根真菌群落多樣性；靳玉婷等在巢湖地區水稻-油菜輪作農田上進行的研究顯示：秸稈還田配施化肥可增加水稻季土壤細菌和真菌群落豐富度和多樣性以及油菜季土壤真菌群落豐富度和多樣性，而降低了油菜季土壤細菌群落豐富度和多樣性。在安徽淮河流域地區開展的試驗表明，不同方式的秸稈還田均可增加土壤線蟲的種類和數量，從而提高土壤的抗干擾能力和土壤生態系統的穩定性。當前安徽省關于秸稈還田對土壤生物性狀的影響主要集中在土壤微生物和酶活性方面，對于土壤中其他生物（如蚯蚓和原生動物）的研究還鮮有報道，并且基于基因和轉錄組學技術的研究報道也未見發表。由此，今后不僅要加強對新對象的研究，還需借助新技術深入探究秸稈還田調控土壤生物性狀的機制，明確調控秸稈還田-土壤生物之間耦合關系的關鍵因子。

2.4 秸稈還田對作物生長和產量的影響

秸稈還田對作物生長的影響主要取決于還田年限和化肥配施狀況。倘若還田時間較短且化肥配施不合理，其將降低整地和播種質量，妨礙作物出苗、立苗、全苗等；同時，秸稈腐解引起的土壤有效氮素固定可能會造成后茬作物生長初期缺氮，進而抑制作物苗期的生長發育；此外，小麥秸稈全量還稻田厭氧分解釋放的低分子量有機酸、硫化物等還可能會抑制水稻根系的生長，延緩水稻活棵立苗，抑制前期分蘗和延緩葉齡進程。而隨著秸稈還田年限的延長，秸稈還田對作物苗期生長的不良影響會逐步減弱，其促生增產效應會逐漸顯現。例如，沈學善等在淮北砂姜黑土區進行的3年試驗結果顯示，玉米秸稈還田可增加小麥的出苗數、出苗率和出苗均勻度，形成高產群體；小麥、玉米秸稈同時還田效果更佳，不僅對小麥單株幼苗素質有明顯的改善作用，還可以提高葉片光合性能及群體的光合生產效率。在淤土上，張奎等研究發現玉米秸稈還田有助于提高小麥旗葉葉綠素含量及開花期旗葉凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率，并降低胞間CO濃度和丙二醛積累量，延緩小麥旗葉衰老并延長籽粒灌漿期，進而提高小麥的穗數、穗粒數等產量構成因素。在砂姜黑土上開展的研究表明，小麥玉米秸稈連續全量還田可以降低夏玉米的根倒率和莖折率，提高小麥不同小穗位的結實粒數和粒重，進而實現產量提升。值得注意的是，秸稈還田除了會直接影響作物的生長和產量形成外，還會影響作物的水肥利用率及病蟲草害發生率。玉米秸稈還田可增加土壤表層孔隙度以及土壤水入滲量，提高土壤水的有效性，進而提高小麥水分利用效率。此外，在不同類型土壤及輪作制度上的定位試驗均表明，秸稈還田可提高氮素農學效率及氮肥利用率。與在水肥利用率上的正向效應不同，秸稈還田對作物病蟲害的影響則是負向的。秸稈還田會造成病菌源和蟲卵隨秸稈在土壤中積累，且因為保溫、保墑而加速病蟲繁殖，進而加重病害尤其是土傳病害的發生。在砂姜黑土上小麥-玉米輪作制度下的4年連續定位試驗表明，秸稈還田在一定程度上提高了小麥赤霉病的病穗率及病情指數。至于農田草害對秸稈還田的響應，目前省內僅張震等研究并指出秸稈還田會有效降低田間雜草群落密度。今后應進一步探明秸稈還田條件下病蟲草害的發生發展規律，盡量做到早防早治，將其對農業生產的不良影響降低到最小限度。

盡管秸稈還田會導致作物病蟲害發生加重，對作物產量有一定的消極影響，但絕大多數研究仍支持秸稈還田的增產效應。皖北砂姜黑土上連續4年的小麥-玉米連作定位試驗顯示，秸稈還田可以增加作物產量。江淮丘陵地區低產白土型水稻土上的4年定位試驗也顯示秸稈還田能明顯提高水稻籽粒產量。另外需要注意的是，秸稈還田時要配套適宜的耕作方式才能進一步發揮其積極效應。如在耕層薄化處理的砂姜黑土小麥-玉米輪作區，秸稈還田配合深耕或者旋耕均能顯著提高作物產量，而秸稈還田配合深耕更有利于合理耕層構建。由于作物秸稈中蘊含較為豐富的氮磷鉀等養分元素，在一定條件下，秸稈還田配合化肥適當減量依然能保證作物高產甚至增產。除產量外，相關研究開始關注秸稈還田對作物品質的影響。砂姜黑土區小麥玉米秸稈雙季還田不僅能顯著提高玉米籽粒油分含量，還可提高籽粒蛋白質及淀粉的含量。與秸稈不還田處理相比，玉米秸稈還田當季顯著提高了小麥的籽粒品質性狀，小麥籽粒的蛋白質含量、濕面筋含量、Zenely沉降值和硬度均有不同程度的增加。不過，喬玉強等的4年田間定位試驗結果卻指出秸稈還田對皖麥 52籽粒品質的影響并不顯著。總之，當前安徽省秸稈還田與作物產量關系已初步明確：在良好的田間管理條件下，配套合適的肥料運籌技術及耕作方式，秸稈還田可實現作物增產，而且隨著還田年限的延長，增產效應日趨明顯；但是關于作物品質等對秸稈還田的響應規律尚未探明，有待進一步研究完善。

2.5 秸稈還田的環境效應

土壤氮磷會隨農田徑流、淋溶等轉移至周圍水體，造成養分流失和面源污染。巢湖支流南淝河流域的定位觀測試驗顯示，水稻秸稈還田后小麥季徑流量和泥沙量分別減少了 20%和 30%，顆粒態磷濃度降低了13%，秸稈還田可分別減少徑流液總氮和總磷流失量14%和 20%。在水稻季秸稈還田可顯著降低稻田氮素流失關鍵時期田面水中總氮、溶解態氮和銨態氮濃度，有助于實現從源頭控制農田養分流失。巢湖市烔煬鎮的油菜-水稻試驗也顯示，秸稈還田可降低農田徑流量以及徑流中總氮、銨態氮和硝態氮濃度，但秸稈還田會增加徑流中總磷濃度；此外，水稻秸稈還田會造成油菜季農田徑流化學需氧量（COD）排放量增加，如配合常規施肥減量15%則有所緩解。氮素除通過農田徑流和淋溶損失外，還可以通過氨揮發形式轉移到大氣中，影響空氣質量。朱小紅等對巢湖流域稻麥輪作體系稻季氨揮發情況進行研究發現，秸稈還田配合優化施肥減氮30%減磷50%處理在水稻不同生育時期的氨揮發量及稻季累積氨揮發量均低于優化施肥、優化施肥減氮30%和優化施肥減磷50%這3個處理。而HE等在研究皖北小麥玉米輪作體系氨排放特征時卻發現，秸稈還田對農田氨排放過程產生了較大的影響，秸稈還田一個多月后氨排放量明顯上升，由于受到溫度的影響，小麥秸稈還田在促進氨排放方面的效應較強，玉米秸稈相對較弱。由上，關于秸稈還田后氨揮發的變化趨勢還有待進一步在省內更多區域進行研究。在全球氣候變暖的背景下，各國紛紛登上碳中和號的列車。農田作為溫室氣體的重要排放源之一，如何通過合理的農藝措施有效控制農田溫室氣體排放備受矚目。秸稈直接還田是否影響農田溫室氣體的排放是當下該領域關注的焦點。相關研究表明，在巢湖流域圩區，NO是稻麥輪作下小麥季土壤排放的主要溫室氣體，水稻秸稈粉碎翻埋還田可以有效降低麥田NO單位產量排放量。隨著農業生產的不斷發展，各種化學品在農田中大量投入，導致農田環境形勢嚴峻。由此，秸稈還田后土壤污染變化動態也逐漸受到農業科技工作者的關注。黃界潁等通過盆栽試驗研究發現，小麥秸稈還田可提高水稻根系細胞壁固定及液泡區隔化作用，顯著降低水稻中Cd向地上的轉運能力以及水稻稻谷中 Cd含量。然而，在大田生產條件下秸稈還田對輕度污染土壤上作物安全生產的影響還需進一步探究。

3 展望

過去10年，農業科技工作者在安徽省秸稈直接還田方面開展了大量研究且成果頗豐：不僅厘清了秸稈還田條件下的化肥、腐稈劑配施方案，還明確了部分區域的秸稈最適還田方式和最佳還田量等；此外，秸稈還田后土壤理化和生物學性狀變化及其對作物生長、產量的影響已基本探明；病蟲草害狀況以及農田面源污染和溫室氣體排放程度等對秸稈直接還田的響應也得到了初步解析。然而，想要進一步提高秸稈還田利用率，為農業綠色發展提供有力支撐，今后安徽省秸稈直接還田研究還需在下述幾方面有所推進。

（1）補齊區域短板，加強皖南地區的秸稈直接還田研究。目前安徽省秸稈直接還田研究試驗點多分布于皖北和皖中，皖西和皖南地區在秸稈直接還田研究方面相對欠缺。

（2）拓展研究內容，加強秸稈直接還田對土壤生物影響及還田的環境效應等方面的研究。當前，安徽省秸稈直接還田對土壤動物的影響鮮見報道，對溫室氣體排放和重金屬/有機物等污染影響的研究較少見。

（3）關注系統整體，著手探究秸稈直接還田對作物-土壤-農田環境系統的影響。作物-土壤-農田環境是個有機整體，單從某一方面開展研究難以綜合評價秸稈直接還田技術的優劣，今后應加強系統性評估。

（4）深化機理探究，注重揭示秸稈直接還田效應的內在機理。當前秸稈直接還田效應研究大多停留在現象層面，甚至是某個階段的現象，對秸稈還田影響的動態規律、內在過程和作用機制的解析仍較為薄弱。

致謝：衷心感謝安徽農業大學李暉老師和安徽省農業科學院韓上老師在論文撰寫過程中給予的寶貴建議！