秸秆还田对土壤水分影响的研究进展

张莉 丁圆圆 马国珠 任婉婉 董昊 郭孟雨 肖星月 刘金灵

摘 要：秸秆还田是蓄水保墒的重要措施，但秸秆还田的保水效应由于受还田方式的影响而表现出了复杂性和多重性。为提高水分的利用效率，该文结合近年秸秆还田的相关研究，就还田时间、还田数量、还田深度和还田秸秆处理方式对土壤水分储蓄、利用和转化能力的影响进行了综述，分析了秸秆还田在土壤水分研究方面存在的问题及今后研究的重点，以期完善秸秆还田技术，促进农田生态系统水分高效利用提供理论依据。

关键词：还田时间;秸秆还田量;还田深度;秸秆处理方式;水分利用效率

中图分类号 S141.4文献标识码 A文章编号 1007-7731（2020）05-0129-02

华北地区是我国小麦玉米的主产区，对于保障国家粮食安全具有重要意义。但该区域水资源的占有量不足全国总量的6%，且受到季风气候的影响，季节性干旱尤为突出，严重影响着农业生产的稳定发展[1-2]。亟需采取措施蓄存有限降雨，减少水分无效蒸发，提高水分利用效率。秸秆还田不仅能改善土壤结构，促进水分入渗，增加土壤贮水量，还能促进根系发育，增加作物产量，显著提高水分的利用效率[3-6]。有学者研究发现，秸秆还田对土壤水分运移的影响是复杂的，常因还田方式的不同而表现出多重性。因此，深入了解不同秸秆还田方式对土壤水分的影响，对探讨秸秆还田的节水机制，优化秸秆还田技术具有重要的意义。本文结合近些年秸秆还田的相关研究，从还田时间、还田数量、还田深度和秸秆处理方式4个方面综述了秸秆还田对土壤水分的影响，并在此基礎上，提出今后秸秆还田对土壤水分影响相关领域的研究方向，为改进秸秆还田技术，提高水分利用效率，维持华北地区水资源提供科学依据。

1 秸秆还田方式对土壤水分利用的影响

1.1 还田时间 作物残茬质地轻，结构蓬松，施入土壤能改善孔隙特征，提高土壤含水量，起到蓄水保墒抗旱的作用[3]，尤其是玉米、小麦等碳氮比较高的作物秸秆，秸秆腐解慢能有效避免降雨对表土的冲击，减少径流量和蒸发量[4]，且在作物生育后期，大部分秸秆已分解腐熟，能显著增加土壤有机质含量，提高土壤吸水能力，增加土壤贮水量[5]。但路文涛等[6]研究发现，在雨养地区，秸秆腐解初期需要固定并消耗大量水分，阻碍作物幼苗生长，降低了水分利用效率。

1.2 还田数量 已有研究表明，适量秸秆还田能够改善土壤水热状况，提高作物产量和水分利用效率[7]。高飞等[8]研究发现，在一定范围内，增加秸秆还田数量可增加土壤有机质含量，促进土壤微团聚体形成，增强土壤保水供水能力[9]。在雨养地区，还田量为6t·hm-2时土壤保水作用最明显，过量还田导致土壤中形成较多大孔隙，增加了土壤水分蒸散量[10]，但随着还田时间延长，高量秸秆还田土壤导水率大，利于雨水入渗，使得土壤供肥能力和供水能力更加突出，在灌溉地区3倍量还田水分利用效率最高[11]。

1.3 还田深度 农作物秸秆随机械作业进入土壤，秸秆还田深度也因作业深度不同而存在着一定的差异。从多年试验结果看，秸秆覆盖可降低土壤紧实度，改善土壤通透性，小麦生育期间雨季降雨贮蓄量比翻耕还田提高13.72%，降水利用率提高16.17%[12]。但在干旱年份，免耕秸秆覆盖虽减少水分蒸发，但扰动土层浅，其蓄水保墒能力不及深耕还田[13]，抗旱能力较差，影响作物正常生长，水分利用效率低。为了充分、持续均衡的发挥土壤蓄水保墒、保水供水和增产增收的效果，学者提出了秸秆深浅交替还田的技术[14]，但该技术下不同秸秆还田方式对土壤水分利用效率的影响研究较少，相应机制也不清楚。

1.4 还田处理方式 针对秸秆粉碎还田土秸混合度差、土壤失墒等问题，学者提出通过改变秸秆结构和性质提升还田质量。王婧等[15]研究表明，秸秆颗粒能显著提高堆积密度，增加土秸混合度，有效减少土壤大孔隙数量，降低水分无效蒸发，同时增加了土壤总孔隙度和孔隙连通度，利于土壤水分传输，增强蓄水量[16]。张阳阳等[17]研究认为，生物炭比表面积大，吸附能力强，施入土壤后，能降低土壤容重，增加总孔隙度，增加田间持水量18%，同时还能降低地表反照率，增加土壤湿度，提高土壤含水量。余坤等[18]研究发现秸秆经过氨化处理后能加速秸秆分解，显著增加冬小麦产量，提高水分利用效率。目前秸秆还田形态方面有了初步研究，但主要集中在土壤物理结构和腐解特征方面，而关于秸秆自身性质对土壤水分运移机制方面的研究较少。

2 展望

目前，我国秸秆还田技术尚未能得到高效合理的开发利用，充分认识秸秆还田对土壤水分影响的多重性和复杂性，对于完善秸秆还田技术具有一定的指导意义。综上所述，未来秸秆还田在土壤水分影响方面的研究应集中在以下几个方面：

2.1 加强秸秆还田水分运移模型的研究 秸秆还田对土壤水分的研究多集中在单季作物生育期，缺乏不同秸秆还田下土壤水分周年变化规律和土壤水分多年变化特征的研究。此外，缺乏土壤水分时空尺度变化模型，不能预测秸秆还田对水分影响的后效性。

2.2 加强秸秆还田方式多因素协同作用的研究 随着粮食产量的提高，农作物秸秆也随之增加，今日的倍量还田就是未来的全量还田。后期应加大秸秆倍量还田和秸秆还田深度的综合研究，旨在掌握秸秆还田数量和还田深度下土壤水分的变化规律，为未来秸秆科学还田提供理论依据。

2.3 加强秸秆预处理还田对土壤水分运移变化影响的研究 关于秸秆预处理还田土壤水分变化特征的研究不足。亟待提高秸秆预处理还田对土壤水分储存能力、转化规律的相关研究，有助于更加全面的分析秸秆还田效应，完善评价体系。

参考文献

[1]王国庆，金君良，鲍振鑫，等.气候变化对华北粮食主产区水资源的影响及适应对策[J].中国生态农业学报，2014，22（8）：898-903.

[2]Li X Y，Gong J D.Effects of different ridge：furrow ratios and supplemental irrigation on crop production in ridge and furrow rainfall harvesting system with mulches[J].Agricultural Water Management，2002，54（3）：243-254.

[3]李波，陈天助，姚名泽，等.东北半湿润地区深埋秸秆周围土壤水分的动态变化[J].灌溉排水学报，2016，35（9）：51-55.

[4]武志杰，张海军.玉米秸秆还田培肥土壤的效果[J].应用生态学报，2002，13（5）：539-542.

[5]赵世伟，周印东，吴金水.子午岭北部不同植被类型土壤水分特征研究[J].水土保持学报，2002，16（4）：119-122.

[6]路文涛，贾志宽，高飞，等.秸秆还田对宁南旱作农田土壤水分及作物生产力的影响[J].农业环境科学学报，2011，30（1）：93-99.

[7]刘世平，聂新涛，张洪程，等.稻麦两熟条件下不同土壤耕作方式与秸秆还田效用分析[J].农业工程学報，2006，22（7）：48-51.

[8]高飞，贾志宽，路文涛，等.秸秆不同还田量对宁南旱区土壤水分玉米生长及光合特性的影响[J].生态学报，2011，31（3） ：777-783

[9]陈恩凤，周礼恺，武冠云.微团聚体的保肥供肥性能及其组成比例在评断土壤肥力水平中的意义[J].土壤学报，1994，31（1）：18-28.

[10]洪春来，魏幼璋，黄锦法，等.秸秆全量直接还田对土壤肥力及农田生态环境的影响研究[J].浙江大学学报 （农业与生命科学版），2003，29（6）：627-633.

[11]Cong P，Li Y，Wang J，et al.Increasing straw incorporation rates improves subsoil fertility and crop yield in the Huang-Huai-Hai Plain of China[J].Archives of Agronomy and Soil Science，2019 （just-accepted）.

[12]毛红玲，李军，贾志宽，等.旱作麦田保护性耕作蓄水保墒和增产增收效应[J].农业工程学报，2010（8）：44-51.

[13]王淑兰，王浩，李娟，等.不同耕作方式下长期秸秆还田对旱作春玉米田土壤碳、氮、水含量及产量的影响[J].应用生态学报，2016，27（5）：1530-1540.

[14]柏炜霞，李军，王玉玲，等.渭北旱塬小麦玉米轮作区不同耕作方式对土壤水分和作物产量的影响[J].中国农业科学，2014，47（5）：880-894.

[15]王婧，张莉，逄焕成，等.秸秆颗粒化还田加速腐解速率提高培肥效果[J].农业工程学报，2017，33（6）：177-183

[16]张宏媛，逄焕成，卢闯，等.CT扫描分析秸秆隔层孔隙特征及其对土壤水入渗的影响[J].农业工程学报，2019，35（6）：114-122.

[17]张阳阳，胡学玉，张迪，等.生物炭对农田地表反照率及土壤温度与湿度的影响[J].环境科学研究，2015，28（8）：1234-1239.

[18]余坤，冯浩，赵英，等.氨化秸秆还田加快秸秆分解提高冬小麦产量和水分利用效率[J].农业工程学报，2015，31（19）：103-111.

（责编：张宏民）