焚烧秸秆对玉米及其土壤系统的生理生态效应

史明山　孙海昆　肖磊　焦宏业　王磊　史丽丽　陈洁

摘 要：为使人们较系统、深入的认识焚烧秸秆对玉米及其田内土壤系统的影响。本文综述了焚烧秸秆对玉米种子萌发、幼苗生长、光合作用、产量及其病虫害的影响，且从土壤水分、养分、土壤酶活性及动物群落等方面分析了土壤系统对焚烧秸秆的响应。

关键词：焚烧秸秆；玉米；土壤系统；生理生态效应

中图分类号：S513 文献标识码：A DOI 编码：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

小麦、玉米是我国北方两大主要农作物，以轮作种植方式为主，一般小麦收获籽粒后种植秋玉米。由于农忙的制约、人们生活水平的提高以及农业耕作方式的转变等因素[1]，原先作为生物质的小麦秸秆会被人为就地焚烧，造成环境污染[2-3]，甚至可能促进霾的形成[4]，危害人类及社会。此外，焚烧秸秆还会释放大量热量，使地面急剧升温，对农田系统及田内作物产生一定影响[5]。近年来，许多学者关于焚烧秸秆对玉米及田内土壤系统的影响产生了兴趣，并开展了相关研究，取得了一定进展。笔者对此作一综述，旨在让人们较系统、深入地认识焚烧秸秆对玉米及其田内土壤系统的影响。

1 焚烧秸秆对玉米的影响

1.1 对玉米种子萌发及幼苗生长的影响

露天焚烧秸秆会对土壤系统产生一定影响，而土壤是农作物赖以生存的基质[6]。因此，秸秆的燃烧必然会引起农田作物萌发及生长状况发生相应改变。研究表明，焚烧秸秆不利于玉米种子萌发及幼苗生长。表现为：种子发芽率、发芽指数显著下降，而发芽势明显提高，可能是由于植物对环境表现的应激反应。在幼苗生长方面，焚烧秸秆对地下部的抑制作用强于地上部[7]。其中，根长、根质量、根体积、须根数及根系活力均明显减少。根系总比表面及活跃比表面较秸秆焚烧前减少率分别减少63.61%和76.76%。而苗高、苗干质量及苗体积也明显低于秸秆焚烧前地块[6-8]。值得一提的是，吴旭红等[7]指出，秸秆焚烧处理对苗高影响不显著，可能是由于品种、环境及秸秆焚烧量存在差异的缘故。

1.2 对玉米光合作用的影响

吴旭红等[7]研究了秸杆焚烧浸提液对玉米幼苗光合作用的影响，指出秸杆焚烧浸提液促使叶绿素含量降低，其幼苗光合能力下降。可能是由于玉米幼苗叶绿素酸酯还原酶受到抑制，影响了氨基γ-戊酮酸和叶绿素的合成，或者是破坏了叶绿体膜系统结构[9]。

1.3 对玉米产量的影响

焚烧秸秆所产生影响的产量效应是人们关注的热点，是个核心问题。研究表明，焚烧秸秆会造成玉米产量下降7.04%～20.63%，且其对产量的影响程度与秸秆焚烧量有关[10]。

1.4 田间病虫害状况

一般认为，秸秆焚烧具有清除杂草，减轻玉米田病虫害的优点。王爱玲等[11]评价了焚烧秸秆对玉米田虫害的影响，发现秸秆焚烧会减轻玉米螟及蚜虫的危害程度，但毛毛虫危害有加重趋势。可能是由于不同害虫对过火痕地响应存在差异，也或是害虫栖息地及生境不同的缘故。

2 焚烧秸秆对土壤系统的影响

2.1 对土壤养分及水分的影响

秸秆中含有农作物生长所需的大量养分，还田可以增加土壤有机质含量，改善土壤理化性状，提高土壤肥力，且能促进作物生长，改善其品质及增强其抗性[12-13]。相反，焚烧秸秆不仅会燃烧秸秆中的养分，同时也会烧掉土壤表层0～5 cm的养分及微生物。其中，0～2 cm和2～5 cm耕层的微生物数量减少程度分别是80%左右和43%～52%[10，14]。研究表明，土壤养分及微生物的减少程度与秸秆焚烧量呈显著负相关[10]。表现为土壤有机质含量下降10.72%～17.08%，真菌数量下降43.68%～87.28%，放线菌数量下降49.32%～78.58%，细菌数量下降58.93%～85.95%[10，15-17]；全氮、碱解氮含量分别减少9.85%～11.1%、6.36%～6.6%，而土壤速效磷、速效钾分别增加7.5%，18.9%[16]。刘天学等[18]和霍宪起[8]研究了焚烧秸秆对根际微生物的影响，指出根际微生物中细菌、放线菌、真菌、磷细菌、钾细菌和固氮菌分别减少29.37%～36.53%，16.2%～62.9%，21.17%～24.24%，45.56%，41.21%和39.74%。此外，焚烧秸秆还会使地面急剧升温，释放大量热量，导致土壤含水量降低4.8%左右[12]。

2.2 对土壤酶活性的影响

土壤酶是在土壤中产生的一种具有专一性，且能辅助生物化学反应的生物催化剂，在土壤物质转化、积累和分解中起着重要作用[19]；在各种生物化学过程的动向和强度中， 土壤酶活性占有重要地位[20]。而温度是土壤酶活性一个非常重要的影响因子[21]，影响酶类的活性程度。焚烧秸秆会导致地面温度急剧升高，对土壤酶类产生重要影响。研究表明，焚烧秸秆会引起土壤中过氧化氢酶、磷酸酶、脲酶和多酚氧化酶活性降低，其降低程度与土壤耕层相关。表现为，0～5 cm耕层，焚烧秸秆对其影响达极显著水平；5～13 cm耕层的酶活性受影响较小；13～20 cm耕层的酶活性不受影响[5]。

2.3 对土壤动物群落的影响

土壤动物是土壤中和落叶下生存着的各种动物的总称，作为生态系统物质循环中的重要消费者，土壤动物在能量流动、物质循环及土壤形成与熟化等方面发挥了重要作用[22]。在各类土壤动物中，其优势种主要有螨类、跳虫、线虫等[23]。其中，螨类动物中甲螨对土壤改良及土壤肥力的形成具有重要的影响。焚烧秸秆会释放大量热量，必然对土壤动物产生一定影响。研究表明，焚烧秸秆会使土壤动物类群及数量减少，其群落数量高峰期明显后延，多样性稍有降低[24-25]。

3 结 语

（1）秸秆中含有农作物生长所需的大量养分，还田可以增加土壤有机质含量，改善土壤理化性状，提高土壤肥力，且能促进作物生长，改善作物品质，提高其抗性[12-13]。然而，由于农忙制约、人们生活水平的提高以及农业耕作方式的转变等因素[1]，有一大部分秸秆会被就地焚烧。这不仅浪费了资源，还污染了环境，且对农田系统产生了负面影响。

（2）焚烧秸秆会降低土壤酶活性及含水量，且影响土壤动物群落，并导致土壤养分及微生物减少。进而影响玉米幼苗生长发育，其光合作用受抑制，造成玉米减产，降低经济效益。针对焚烧秸秆对玉米田的负面效应。今后应加强宣传工作，并进行正确引导，让农业生产者真正意识到焚烧秸秆所带来的危害，进而改掉这一生活陋习。

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