农作物秸秆还田对土壤性状的影响

李师默，纪 元，刘 君，汪国莲，徐建明*

(1.江苏省环洪泽湖生态农业生物技术重点实验室，淮阴师范学院，江苏淮安223300;2.江苏省徐淮地区淮阴农科所，江苏淮安223001)

我国农作物秸秆资源十分丰富。据不完全统计，全国年产各种秸秆资源约超过7亿t，占全世界秸秆总量的20% ～30%。淮安市地处江苏中北部，是农业大市，全市农作物种植面积约61.2万hm2，可收获秸秆资源总量为371.4万t，主要种植水稻、小麦、玉米、大豆、薯类、油菜、花生等，其中水稻、小麦、玉米种植面积最大，秸秆资源量达200.1万t，占全部可利用秸秆资源的96.6%。近年来，由于农村生活水平的提高，农村能源结构改变，农民不再以秸秆作为主要燃料，造成秸秆大量过剩。尽管各级政府颁布了禁烧令，由于种植茬口安排时间紧、劳动力少、直接经济价值低等原因，农村中还是出现大量的秸秆焚烧现象，既浪费了资源，又污染了环境，导致空气质量下降。如何科学、合理利用农作物秸秆资源，是政府、科技等各级单位、个人关心的焦点问题。秸秆还田是秸秆利用的一种重要方式，既具有提高土壤有机质含量、改善土壤理化性质、增加土壤微生物等多方面的作用，而且能在一定范围内增加后茬作物的产量［1-6］。为帮助人们了解秸秆还田技术和对土壤性状的影响，笔者就秸秆还田后对土壤性状的影响进行探讨，为秸秆还田技术在作物秸秆资源综合利用过程中发挥充分作用提供技术支撑。

1 秸秆还田技术概况

我国目前秸秆还田技术主要有直接还田和过腹还田两类。过腹还田与畜牧业发展、饲料业发展关系密切。目前，全国过腹还田的总消耗量约1 000万t［7-8］。笔者探讨的是直接还田对土壤性状的影响。

机械粉碎旋耕还田是目前主要的一种还田方式。由于机械化技术的不断提高，采用机械作业直接粉碎还田，生产效率提高了40～140倍。与旋耕灭茬结合，能加速秸秆在土壤中的腐熟降解，从而易被土壤吸收，改善土壤的理化性状，增加肥力，促进作物产量的持续增加［9-10］。该技术是一项高效低耕、省工、省时的有效措施，已被农民普遍接受和推广。

采用覆盖栽培还田技术，在秸秆腐烂后能增加土壤有机质含量，补充土壤N、P、K和微量元素的含量，改善土壤理化性状，促进土壤中物质的生物循环，同时能为土壤增强蓄水能力，提高水分利用率，促进后茬作物的生长发育［11-13］。王振忠等［14-16］研究发现，高茬麦秸还田是麦茬旱直播稻的一种秸秆覆盖栽培还田方式，其水稻产量与常规稻产量持平而略增，能够省工节水，增加农民效益。但是，该项技术有待进一步研究。

堆肥沤肥腐熟还田是解决我国当前有机肥源缺乏的主要途径之一，也是中低产田改良土壤、增强肥力的一项重要措施。该技术利用快速堆腐菌剂产生大量纤维素、半纤维素酶，在较短时间内将有机物堆制成有机肥［17-24］。当前，堆沤肥腐熟还田技术大多采用在高温、密闭、兼气性条件下腐烂秸秆，同时能够减轻田间病虫草害，但是实际操作中有一定难度，因此该技术难于推广。

2 农作物秸秆还田对土壤性状的影响

2.1 农作物秸秆还田对土壤有机质的影响 土壤有机质不仅能改善土壤理化性状，而且能促进作物生长发育。秸秆还田是提高土壤有机质的一项重要举措［25］。马爱国等［26］研究表明，秸秆以7 500 kg/hm2还田效果最佳，水稻产量增加9.3%，土壤有机质含量比对照提高了0.08个百分点。王才斌等［27］研究表明，在小麦花生两熟栽培模式下，上年度小麦秸秆还田比下年度小麦增产6.4%，花生增产9.2%，连续2年还田，花生增产14.2%，土壤有机质提高了0.05个百分点。刘鹏程等［28］水稻高留茬还田研究表明，与对照相比，高留茬能显著提高土壤有机质，在增加的有机质中易氧化态有机质所占比例为77%，使土壤土壤有机质氧化稳定系数下降，土壤有机质的化学性能增强，有助于增强土壤养分的供应能力。张振江［29］研究表明，麦秆直接还田、配施化肥是解决土壤有机质减少问题的有效途径，在未实施麦秸直接还田区土壤有机质含量平均每年减少0.45 g/kg，而实施麦秸还田区有机质含量平均每年减少0.12 g/kg，在实施麦秸还田区按低中高量配施化肥，有机质含量则每年平均增加了0.16、0.17、0.05 g/kg。严慧岭［30］研究表明，在盐土上，以同量的秸秆覆盖和翻压还田，3年后覆盖还田处理土壤有机质含量增加了0.1%，翻压还田处理的有机质含量增加了11%［30］。

2.2 秸秆还田对土壤微生物区系的影响 农作物秸秆还田为土壤微生物提供充分的碳源，促进微生物的生长繁殖，提高微生物活性。曾木祥等［31］研究表明，秸秆还田后，肥沃土壤细菌数量增加了0.5～2.5倍，贫瘠土壤细菌数量增加了2.6～3.0倍，在20%的合适土壤含水量时，细菌数量更多，两类土壤分别增加了3.5、3.0倍。谭周进等［32］研究表明，秸秆还田后，由于水稻田土壤的氧化还原电位较低，不利于好气性霉菌和放线菌的滋生，因此降解作物秸秆的主要微生物是细菌。秸秆覆盖还田处理的土壤中细菌总数要高于无覆盖土壤。这是因为秸秆促进土壤细菌的繁殖，提高土壤细菌活性。在覆草免耕土壤中，放线菌数量多于覆草翻耕土壤，但总数与其他处理土壤相比有所下降。这主要因为放线菌是好气微生物。

2.3 农作物秸秆还田对土壤结构的影响 秸秆还田能够增加土壤孔隙度，减少土壤容重。许多研究表明，秸秆还田后土壤孔隙度明显增加，且大孔隙占总孔隙的比例较大，使容重变轻，收缩率和破碎系数变小，土壤疏松通透性改善。李新举等［33］研究表明，经3年秸秆还田后，秸秆覆盖方式还田土壤总孔隙度增加了4.11%，土壤容重减少了0.11 g/cm3，秸秆翻耕还田方式使土壤孔隙度增加了3.34%，土壤容重减少了0.09 g/cm3。秸秆还田还能通过增强土壤微生物的活性来提高土壤团聚体的稳定性。刘鹏程等［28］研究表明，水稻高留茬还田能减少土壤细团聚体的数量，增加粗微团聚体的数量，说明高留茬还田中增加有机质促进了土壤颗粒的胶结和团聚作用，使得土壤中的微小颗粒结成较大的微团聚体，土壤结构得到改善。高明等［34］研究同样表明，不同稻草还田处理可使得土壤中0.25～1.00 mm粗微团聚体含量增加，而小于0.01 mm细颗粒含量减少。

2.4 农作物秸秆还田对土壤养分的影响 由于农作物秸秆还田提高了土壤有机质含量，改善了微生物区系，特别是为土壤微生物活动提供了充足的能源与碳源，大大提高了微生物繁殖量。微生物本身含有一定数量的C、N、P、S，可成为作物有效养分储备库。微生物还参与土壤C、N、P、S等元素的循环过程和土壤矿物的矿化过程，对土壤保N、溶P、解K起着至关重要的作用。

由于秸秆覆盖还田处理不扰动土壤，可大大降低土壤中养分的矿化率，使土壤养分有不同程度的增加。应该注意的是，由于秸秆的C/N较大，微生物降解秸秆需要消耗土壤中的大量的N，因此适当补充氮肥十分必要。此举可在一定程度提高P、K水平。王振忠等［35-37］研究表明，秸秆还田加施化肥能使土壤中的速效磷大幅度增加，由试验前的75 mg/kg增加到100 mg/kg，平均年递增8.0%，而钾元素含量提高能极大地提高作物产量，改善品质。

2.5 秸秆还田对土壤的不利影响 农作物秸秆还田对土壤存在一些不利的影响。首先，产生大量的有机酸，影响后茬作物的生长发育，造成大量僵苗、死苗现象，影响产量和品质;其次，秸秆腐熟过程中会释放N2O和CH4，2种气体都对地球温室效应贡献巨大;再者，秸秆还田可能有增加土壤重金属污染的风险。单玉华等［38］研究了水稻、小麦秸秆在淹水条件下乙酸、丙酸、丁酸在土壤中的积累与秸秆碳氢比、氮肥添加量的关系，发现在不施氮肥条件下随秸秆还田量的增加，有机酸积累显著增多，且麦秆比稻秆还田有机酸积累量显著偏高，在麦秆还田后增施氮肥能有效减少有机酸的积累，但可能会促进CH4的排放。马二登等［39］研究表明，稻秆表面覆盖还田会显著增加麦田N2O的排放量。邹国元等［40］研究发现，秸秆还田后施氮肥会造成氮素反硝化作用加强，N2O排放量远高于不秸秆还田的田块。陈春梅等［41］研究表明，秸秆还田对CH4的排放有促进作用，麦秸还田20 d后土壤CH4的排放开始急剧增加，并在41～45 d达到顶峰，同时发现麦秆还田量与土壤CH4的排放总量呈线性正相关。

对于秸秆还田是否增加土壤重金属污染的风险，有不同的研究结论。王艮梅等［42］研究在水田中不同有机物料条件下施用蚕豆苗，发现添加蚕豆苗会明显提高土壤Cd的有效性。这可能是由于有机物料带入水溶性有机物，提高土壤中重金属的活性和迁移能力，从而增加重金属污染。李恋卿等［43］研究表明，在太湖地区不同土壤利用情况下，秸秆还田会减少有效性Pb库。这可能是由于添加秸秆后有机物与土壤中的Pb相互作用，改变Pb的存在形式，从而减少污染风险。

3 展望

农作物秸秆还田相关研究是一个永恒的课题。秸秆的利用方式和作用研究存在相当多的分歧。大量实践表明，秸秆还田对土壤脱氢酶和多酚氧化酶有影响［44］，对田间杂草发生有影响［45］等。秸秆还田对土壤的性质影响还与秸秆的种类、粉碎的程度、还田量、配施肥料、还田时间等多种因素相关［46-51］。同时，在不同地区、不同的土壤类型也存在很大的差异。但是，因秸秆含有一定量的N、P、K等多种元素，还富含大量纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质等有机物质，采用因地制宜的秸秆还田技术对改良土壤质量、改善土壤结构、提高土壤养分等具有重要作用。大量研究表明，农作物秸秆还田不仅能改良土壤，而且能提高作物产量，改善作物品质。因此，世界各国已陆续将秸秆还田技术作为农业生产中土壤培肥的一项重要措施。

［1］杨滨娟，钱海燕，黄国勤，等.秸秆还田及其研究进展［J］.农学学报，2012，2(5):1-4.

［2］江永红，宇振荣，马永良.秸秆还田对农田生态系统及作物生长的影响［J］.土壤通报，2001(10):209-213.

［3］叶丽丽，王翠红，彭新华，等.秸秆还田对土壤质量影响研究进展［J］.湖南农业科学，2010(19):52-55.

［4］徐国伟，常二华，蔡建.秸秆还田的效应及影响因素［J］.耕作与栽培，2005(1):6-9.

［5］姜洁，陈宏，赵秀兰.农作物秸杆改良土壤的方式与应用现状［J］.中国农学通报，2008，24(8):420-423.

［6］宫亮，孙文涛，王聪.翔玉米秸秆还田对土壤肥力的影响［J］.玉米科学，2008，16(2):122-124，130.

［7］胡荣根.主要农作物秸秆还田技术模式［J］.安徽农学通报，2008，14(21):97-99.

［8］卜毓坚，屠乃美.水稻秸秆还田的效应与技术及其展望［J］.作物研究，2005(5):428-431.

［9］杨文钰，王兰英.作物秸秆还田的现状和展望［J］.四川农业大学学报，1999，17(2):211-216.

［10］高梦祥，许育彬，熊雪峰.玉米秸秆的综合利用途径［J］.陕西农业科学，2000(7):29-31.

［11］贾大林，司徙淞.节水农业持续发展研究［J］.生态农业研究，1994，2(2):30-36.

［12］吕小荣，努尔夏提·朱马西，吕小莲，等.我国秸秆还田技术现状与发展前景［J］.现代化农业，2004(9):41-42.

［13］柯福源，汪寅虎，张明芝，等.麦秆还田条件下水稻对氮肥的吸收研究［J］.土壤通报，1990，21(4):176-179.

［14］王振忠，董百舒，吴敬民.太湖稻麦地区秸秆还田增产及培肥效果［J］.安徽农业科学，2002，30(2):269-271.

［15］田文科，顾克礼，唐正元，等.超高茬麦套稻高产栽培技术超高茬麦套稻秸秆自然还田与肥水运筹技术［J］.上海农业科技，1998(6):62-64.

［16］李录久，杨哲峰，李文高，等.秸秆直接还田对当季作物产量效应［J］.安徽农业科学，2008，28(4):450-457.

［17］陈太飞，张作跃.秸秆快速腐熟还田技术［J］.农技服务，2009，26(6):135-136.

［18］金成龙，全允基，马永凤.稻草换天定位试验初报［J］.黑龙江农业科学，1993(1):21-23.

［19］王允青，郭熙盛.不同还田方式作物秸秆腐解特征研究［J］.中国生态农业学报，2008，16(3):607-610.

［20］张电学，韩志卿，刘微，等.不同促腐条件下玉米秸秆直接还田的生物学效应研究［J］.植物营养与肥料学报，2005，11(6):742-749.

［21］张电学，韩志卿，李东坡.不同促腐条件下秸秆还田对土壤微生物量碳氮磷动态变化的影响［J］.应用生态学报，2005，16(10):1903-1908.

［22］李玉春，刘瑞伟，皇传华，等.微生物菌剂对小麦秸秆还田效果试验［J］.山东农业科学，2006(6):52-53.

［23］张大伟，刘建，王波，等.连续两年秸秆还田与不同耕作方式对直播稻田土壤理化性质的影响［J］.江西农业学报，2009，21(8):53-56.

［24］刘世平，陈文林，聂新涛，等.麦稻两熟地区不同埋深对还田秸秆腐解进程的影响［J］.植物营养与肥料学报，2007，13(6):1049-1053.

［25］徐祖祥.连续秸秆还田对作物产量和土壤养分的影响［J］.浙江农业科学，2003(1):35-36.

［26］马宗国，卢绪奎，万丽，等.小麦秸秆还田对水稻生长及土壤肥力的影响［J］.作物杂志，2003(5):37-38.

［27］王才斌，朱建华，成波，等.小麦秸秆还田对小麦、花生产量及土壤肥力的影响［J］.山东农业科学，2000(1):34-36.

［28］刘鹏程，丘华昌.水稻高留茬还田的土坡培肥作用［J］.湖北农业科学，1995(1):32-35.

［29］张振江.长期麦秆直接还田对作物产盆与土坡肥力的影响［J］.土壤通报，1998，19(4):154-155.

［30］严慧岭.盐土麦秸还田效应初探［J］.土壤肥料，1993(5):15-17.

［31］曾木祥，张玉洁.秸秆还田对农田生态环境的影响［J］.农业环境与发展，1997，14(1):1-7.

［32］谭周进，汤海涛，余崇祥.秸秆还田栽培晚稻土坡徽生物的动态研究［J］.湖南农业科学，2001(4):30-33.

［33］李新举，张志国.桔秆硬盖与秸秆翻压还田效果比较［J］.国土与自然资源研究，1999(1):43-45.

［34］高明，魏朝富，陈世正.稻草还田对土壤性质及水稻产量的影响［J］.西南农业大学学报，1995，17(5):430-439.

［35］王振忠，李庆康，吴敬民，等.稻麦秸秆全量直接还田技术对土壤的增肥效应［J］.江苏农业科学，2000(4):47-49.

［36］王爱玲，高旺盛，黄进勇.秸秆直接还田的生态效应［J］.中国农业资源与区划，2000，21(12):41-45.

［37］谭德水，金继运，黄绍文，等.不同种植制度下长期施钾与秸秆还田对作物产量和土壤钾素的影响［J］.中国农业科学，2007，40(1):133-139.

［38］单玉华，蔡祖聪，韩勇.淹水土壤有机酸积累与秸秆碳氮比及氮供应的关系［J］.土壤学报，2006，43(6):941-947.

［39］马二登，马静，徐华，等.稻秆还田方式对麦田N2O排放的影响［J］.土壤，2007，39(6):870-873.

［40］邹国元，张福锁，陈新华，等.秸秆还田对旱地土壤反硝化的影响［J］.中国农业科技导报，2001，3(6):47-50.

［41］陈春梅，谢祖斌，朱建国，等.FACE处的小麦秸秆还田对稻田CH4排放的影响［J］.农业环境科学学报，2007，26(4):1550-1555.

［42］王艮梅，周立祥，占新华，等.水田土壤中水溶性有机物的产生动态及对土壤中重金属活性的影响［J］.环境科学学报，2004，25(5):860-864.

［43］李恋卿，郑金伟，潘根兴，等.太湖地区不同土壤利用影响下水稻土重金属有效性库的变化［J］.环境科学，2003，24(3):101-104.

［44］陈强龙，谷洁，高华.秸秆还田对土壤脱氢酶和多酚氧化酶活性动态变化的影响［J］.干旱地区农业研究，2009，27(4):147-151.

［45］王国忠，杨佩珍，陆峥嵘.秸秆还田对稻麦田间杂草发生的影响及化除效果［J］.上海农业学报，2004，20(1):87-90.

［46］张洪熙，谭长乐，赵步洪，等.全量麦草旋耕还田轻简稻作技术研究进展［J］.江苏农业科学，2006(5):1-4.

［47］顾志权，李庆，赵强基.苏南稻麦二熟区秸秆全量机械还田技术［J］.土壤肥料，2001(5):23-26.

［48］刘义国，刘永红，刘洪军，等.秸秆还田量对土壤理化性状及小麦产量的影响［J］.中国农学通报，2013，29(3):131-135.

［49］赵鹏，陈阜.秸秆还田配施化学氮肥对冬小麦氮效率和产量的影响［J］.作物学报，2008，34(6):1014-1018.

［50］刘减珍，王淑敏，杨丽琳.秸秆还田添加氮素调节碳氮比的研究［J］.河北农业大学学报，1995，18(3):31-35.

［51］劳秀荣，孙伟红，王真，等.秸秆还田与化肥配合施用对土壤肥力的影响［J］.土壤学报，2003，40(14):618-623.