秸秆还田对盐碱地改良的研究进展

张秀敏，高日平，康文钦，王伟妮，潘遵天，黄 洁，高山明，于晓芳，景宇鹏

（1.内蒙古农业大学 农学院，内蒙古 呼和浩特 010019；2.内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古 呼和浩特 010031；3.科尔沁左翼中旗农业技术推广中心，内蒙古 保康 028000；4.鄂尔多斯市农牧业生态与资源保护中心，内蒙古 东胜 017010；5.凉城县农畜产品质量安全中心，内蒙古 凉城 013750）

盐碱土是盐土和碱土及各种盐化土和碱化土的总称[1]。土壤的盐碱化问题给农业生态环境和生产带来了较大危害，进而造成土壤质量的严重下降及大片草场退化等严重后果，制约了区域社会经济的发展[2-3]。目前，全世界有9.5×108hm2土地被盐碱土覆盖，约占总土地面积的10%，包括五大洲100 多个国家[4]。我国盐碱土面积约3.6×107hm2，占全国可利用土地面积的4.88%[5]，多数集中分布在干旱、半干旱地区[6-8]，且每年有1.0×107hm2土地因土壤次生盐渍化被迫降低可利用性[9]。盐碱地作为一种重要的后备耕地资源，改良利用对于满足我国人口粮食需求和农业的持续发展具有重要的现实意义。盐碱地改良利用的核心是依靠各种技术手段降低土壤盐碱化危害，改善和提高土壤肥力，将土壤改良到适宜作物正常生长发育的状态，从而实现盐碱化土地资源的合理利用[10]。目前，针对盐碱地改良的研究主要集中在水利措施改良、物理措施改良、化学措施改良和生物措施改良方面，主要技术措施包括灌排结合、铺沙压碱、平整土地、秸秆还田、种稻改碱、施用微生物菌肥等方式[11-14]。秸秆作为一种天然的有机物资源，还田不仅可以避免焚烧造成的大气污染，更重要的是可以培肥地力、改良土壤结构、增加孔隙度、促进微生物活力和作物根系的发育等[15-17]。近年来，关于秸秆还田对盐碱地改良方面的研究较为广泛，如秸秆还田可有效降低盐碱土土壤容重、盐分含量、pH 值、碱化度等盐碱化指标[18-20]，且对产量有一定影响[21-22]，研究秸秆还田对盐碱地的治理对于耕地资源开发利用具有重要意义。笔者系统地梳理了秸秆还田措施对盐碱地土壤的改良效果，并从秸秆还田改良盐碱地的物理性质、化学性质、生物学特性以及作物产量等方面，对前人的研究工作进行阐述，以期为盐碱地的改良和秸秆资源的高效利用提供参考。

1 我国秸秆还田利用现状

秸秆废弃物的高效、合理资源化利用是提升土壤耕作能力、减少农田污染、缓解资源短缺以及农业可持续发展的重要手段[23-26]。有研究表明[27-29]，秸秆还田不仅是秸秆废弃物资源化利用的有效途径，还能够提高土壤养分[30]、改善土壤质量[31]、增加土壤有机质含量[32]，在土壤酶活性与微生物以及作物产量提升方面效果显著[33-35]。秸秆还田方式有很多，总体可分为直接秸秆还田和间接秸秆还田两大类，间接秸秆还田技术主要包括秸秆堆沤还田技术、过腹还田技术、烧灰还田技术、沼渣还田技术等，间接秸秆还田技术秸秆利用率高，但劳动强度大、耗时长、成本高、产量低，难以实现大面积推广[36-38]。直接秸秆还田技术主要包括机械粉碎还田技术、整秆还田技术、留高茬还田技术等，利用形式主要为翻压和覆盖两种，应用最广泛、最普遍的是机械粉碎翻压还田技术，该技术操作简单易行、省工省时、经济效益明显，能够实现蓄水保墒、增加地表积温及土壤肥力，促进作物生长，具有快捷方便、高效低耗等优点。但直接秸秆还田面临的最大问题就是秸秆的腐解问题，还田后秸秆的腐解与养分释放受气候条件、土壤质地、农艺耕作措施等多方面因素影响，与还田秸秆数量、还田时间、还田长度、还田深度、还田秸秆类型以及氮肥配施量、配施方式等也密切相关。因此，探究不同区域不同土壤质地条件下秸秆还田的高效利用对土壤改良和质量提升具有重要现实意义。

2 秸秆还田改良盐碱地的原理及其应用

2.1 秸秆还田技术改良盐碱地原理

秸秆还田改良土壤盐碱化的原理从秸秆的还田利用方式来看可分为两方面。一方面是秸秆直接粉碎还田，将秸秆粉碎后结合翻耕、旋耕和深松等耕作方式进行还田，还田后秸秆作为一种有机物料开始在土壤中矿化分解，其分解过程中的某些中间产物，如多糖，能将土壤矿物质颗粒聚集为团聚体，提高土壤团聚体的数量，改善土壤结构，增强土壤持水能力，降低土壤蒸发量，抑制深层盐分向耕层聚集[39]。同时，还田秸秆可通过吸附、酸碱中和等作用使盐碱土的pH 值、交换性Na+含量降低，从而改善土壤的理化性质，提高土壤中的有机质含量和养分含量，达到改良盐碱地的目的[40]。另一方面是秸秆覆盖还田，该方式可大幅度减少土壤水分蒸散，抑制盐分在地表积聚，秸秆覆盖作用类似地膜覆盖，阻止了水分与大气直接交流，对土壤表层水分上行起到阻隔作用，同时还增加光的反射率和热量传递，降低土壤表层温度和蒸发耗水，加速洗盐排碱，从而减少盐分对作物根系的损害，有利于改善根系土层，提高盐碱地生产力[41]。

2.2 秸秆还田技术在盐碱地上的应用

我国学者在秸秆还田种类、还田方式、还田时间、还田深度等方面进行了研究[42-45]，同时配套其他改良措施对盐碱土壤进行综合治理，比较典型的综合改良模式包括内蒙古引黄灌区秸秆还田配套灌排结合等工程措施[46]，河套灌区采用多措并举（耕作松土、膜下灌溉、秸秆深埋等）的改良措施[47]，松嫩平原等气候冷凉地区采用秸秆还田配施化学调理剂等措施[48]，滨海盐渍地区水稻秸秆还田配套节水灌溉、种植耐盐植物等措施[49]（表1）。由于区域自然条件、气候特征、土壤盐碱成分等差异，利用秸秆还田改良盐碱地需因地制宜，采取相应的盐碱地改良技术模式。

表1 我国典型区域盐碱地治理秸秆还田技术及配套技术

3 秸秆还田对盐碱土壤的改良效果

3.1 秸秆还田对盐碱土壤物理特性的影响

在物理性状方面，秸秆还田措施主要影响土壤容重、孔隙度及土壤水分含量等，尤其是在盐碱化耕地上，土壤水分的变化对土壤中盐分的影响至关重要。“盐随水来，水随气散，气散盐存”，这是盐碱土形成的主要原因，盐碱土的改良，尤其是旱区关键在于控水减蒸，防止含盐地下水通过毛管上升，向土壤表层聚集。通过秸秆双层覆盖调控农田土壤水盐分布，土壤水分累积蒸发量降低76.13%，大幅减弱了土壤水分的蒸散，减蒸控盐效果显著[50]；同时，连续秸秆还田0～30 cm 土层土壤容重降低，土壤孔隙度提高，且显著降低了作物生育阶段0～60 cm 各土层的含水量[51]；丛萍[52]研究认为，秸秆还田能显著提高旱地土壤大于0.25 mm 水稳性团聚体的百分比含量，改善土壤结构，土壤蓄水能力增强，降低了土壤水分的无效蒸发，可实现减蒸抑盐；CUI 等[53]在重度盐碱地上通过降雨和秸秆还田相结合的方法进行土壤洗盐抑盐，可降低0～40 cm 土壤剖面层中80%的盐分；ZHANG 等[54]研究认为，秸秆还田对水的阻塞作用和盐度会随着秸秆还田量的增加而增加，达到临界阈值时，秸秆还田对水和盐度的阻隔作用降低；SONG 等[55]研究认为，秸秆翻埋还田和秸秆覆盖还田均可抑制盐分积累和土壤有效水分流失，降低了土壤电导率（EC）和钠吸附比（SAR），但提高了土壤含水量。前人研究认为，秸秆还田可显著增加土壤孔隙度，提高土壤入渗速率，增强土壤脱盐效果，降低土壤盐分含量；同时还可促进土壤团聚体的形成，改善土壤结构[56]。秸秆覆盖/深埋还田改良盐碱地物理性状的关键机理是通过土壤表层的秸秆覆盖以及粉碎翻压，在表层土壤或深层土壤之间隔断毛细管，抑制了土壤水分上移和降低盐分表聚，同时秸秆还田还可促进土壤盐分淋洗，减轻土壤盐分表聚和次生盐渍化现象[57]。

3.2 秸秆还田对盐碱土壤化学特性的影响

秸秆还田对土壤化学特性（pH 值、有机质、养分等）产生了一定的影响。依据土壤pH 值（碱化度）的分级原则，可将盐碱土分为非碱化土壤、弱碱化土壤、中度碱化土壤和强碱化土壤[58]。降低土壤碱化度改良盐碱土壤化学性质的关键是秸秆等有机物料富含的有机物施入土壤后，可通过分解有机酸等物质中和土壤碱性。对盐碱土的改良集中于排盐降碱的同时，不能忽视对其土壤养分的补充，盐碱土绝大多数表现为肥力以及耕作力的下降，向盐碱土内增添秸秆能提高土壤的肥力[59]。秸秆还田量、还田方式及还田粒径等对盐碱地改良效果各不相同。秸秆半量还田添加有机肥及分解菌对于碱化草甸土有机质和养分含量的提升有显著效果[60]；过量还田会使土壤中物质交换出现阻碍，土壤缺氧，秸秆腐解缓慢，影响秸秆还田的改良效果[17]。秸秆施入后土壤的全氮、全磷、有机质含量有所增加，经腐解处理的秸秆，还田后增幅最大[61-62]；秸秆粉碎还田和颗粒还田均可提高土壤有机质含量[63]，表层土壤有机质含量随着还田年限的推移增长显著，这可能是由于秸秆还田后分解过程中产生大分子羧基与土壤中的碱性物质反应，显著提高了土壤胶体吸附盐基离子的能力，结合土壤中的各种阳离子生成腐植酸盐，从而降低盐分离子含量[64]。HOU 等[65]研究表明，通过秸秆覆盖，土壤犁底层除盐率达80.72%，土壤有机质含量显著提高；LIU 等[66]通过2年试验研究认为，秸秆还田可有效增加盐碱土土壤养分；另外，HUO 等[67]研究认为，在西北旱作农业地区通过秸秆和地膜的双重组合效应，0～60 cm 盐碱土土壤有机碳及有机碳组分含量显著增加，原因可能是水、热和盐度的综合影响以及土壤聚集物的稳定性增加。总之，长期秸秆还田能提高盐碱土壤中的有机质含量，增加土壤养分的有效性，在改良盐碱土的同时可培肥地力。

3.3 秸秆还田对盐碱土壤生物学特性的影响

由于盐碱土壤中盐分含量、碱化度较高，对土壤微生物会产生直接毒害作用，同时受盐碱胁迫的影响土壤养分的有效性偏低、缺乏能源物质，使土壤微生物的生命活动受到抑制[68]，导致土壤中微生物分布及群落结构受盐碱胁迫影响较大。因此，可将土壤微生物生物量、微生物群落结构、酶活性等作为衡量土壤健康程度的生物学指标，以评价盐渍化土壤的改良及应用效果。汪成忠等[69]研究认为，水稻秸秆还田能显著提高崇明盐碱地土壤微生物数量和酶活性。不同形态秸秆还田对盐碱地土壤微生物的活动影响较大，如秸秆切碎还田真菌/细菌逐渐降低，颗粒还田真菌/细菌逐渐升高[70]。萨如拉等[71-72]研究了西辽河灌区玉米秸秆还田对盐碱地土壤细菌、真菌多样性的影响，认为秸秆还田可改变盐碱土壤中的菌属种类，增加土壤微生物群落的多样性，改善盐碱地土壤微环境。秸秆还田后在微生物的作用下秸秆开始腐解和释放养分，土壤中养分及有机质含量增加，土壤结构得到改善，进而为微生物的生长繁殖提供适宜的环境。不同土壤条件下土壤微生物数量分布情况为细菌>放线菌>真菌[73]。盐渍环境中细菌以乳杆菌属、芽孢杆菌属为主，放线菌以链霉菌属为主，真菌中青霉素属占主要优势。在秸秆腐解的不同阶段土壤微生物群落的响应存在明显差异，前期细菌占主导地位，后期真菌为主。

4 秸秆还田对我国盐碱地作物产量的影响

秸秆还田对盐碱地土壤的改良效果还体现在作物的正常生长和产量方面。秸秆还田后作物叶片LAI 和SPAD 值明显增大，光合能力增强，干物质积累量、根冠比以及产量明显增加[74]。秸秆还田为作物的生长提供了丰富的氮素，显著促进了作物的生长发育，且在同等施氮水平下，作物对秸秆还田补充氮素的吸收效率远大于直接施加肥料补充，作物增产效果显著[75]。从这个角度而言，秸秆还田在改良盐碱地提高作物产量的同时，还应注意化肥用量的调控，以防不合理施肥带来的土壤质量问题影响作物生长进程和产量。同时，在一定范围内合理增加秸秆还田量还可提高土壤对秸秆的消纳能力，增加作物产量，但由于秸秆还田后腐解慢，还田量若超过土壤改良阈值，则会导致作物产量降低[76]；YIN 等[77]在内陆盐碱地区通过线性拟合得出1 416 kg/hm2土壤改良剂耦合4 200 kg/hm2秸秆还田量，玉米最高产量为10 316.5 kg/hm2。秸秆还田后作物产量的变化主要体现在产量构成因素，如秸秆还田后水稻有效穗数、穗粒数和结实率明显增加，从而有效提高了苏打盐碱地稻谷产量[50]。另有研究表明，在盐碱地上通过有机肥、化肥、秸秆还田的合理配施，作物稳产增产效果显著[78]。

5 展望

综上所述，秸秆还田可改善盐碱地土壤结构，增加土壤有机质和养分含量，提高土壤微生物数量与群落结构多样性，对盐碱土壤物理性质、化学性质及生物学性质具有一定的改良效果，同时可促进盐碱地作物生长和增加作物产量，是盐碱地有效治理的重要技术措施。秸秆还田利用在盐碱地土壤改良方面的研究虽已取得较大进展，但是我国盐碱地面积大、分布广、总体治理难度相对较大。目前，针对不同区域盐碱地的秸秆来源、秸秆还田方式、秸秆还田量、还田时间等研究不够深入细致，缺乏综合性、系统性的研究。在秸秆还田利用方面，需与区域作物种植结构、耕作方式、土壤盐碱化程度等特点相结合，切忌生搬硬套，需因优势资源而制宜，采取与当地实际生产相符的秸秆还田改良措施。此外，单一技术的应用难以实现盐碱地的综合改良，需加强秸秆还田技术配套其他改良措施的研究。例如，在地下水位较高、水资源丰富的盐碱化地区，通过秸秆还田改良土壤，可将水利工程措施与秸秆还田措施综合利用，排盐的同时进行地力培肥。而在降雨稀少、水资源相对匮乏的地区，可将秸秆还田与地膜覆盖、增施有机肥、种植耐盐碱作物等措施配套，形成盐碱地改良的综合技术模式。

目前有关秸秆还田改良盐碱地的研究多集中于对土壤盐碱的阻隔、抑制及表观土壤养分变化等方面，深层次、系统性的土壤微生物研究相对匮乏，基于盐碱和秸秆两者的长期影响，土壤微生物群落结构是否发生重塑、秸秆还田土壤微生物群落的多样性特征等亟待研究，秸秆还田后诱导的盐碱地抗逆基因有待挖掘。今后的研究可通过转录组技术和高通量测序技术探寻秸秆还田诱导的盐碱土壤抗逆基因，充分利用现代分子生物学手段及传统生理生化手段，继续深入系统研究秸秆还田对盐碱土的修复机制，从而为生产实践提供理论参考，为我国盐碱地改良及经济发展提供科学方案。