秸秆还田阻控黑土侵蚀机理及效应

张光辉，杨扬，刘瑛娜，王志强

(1.地表过程与资源生态国家重点实验室，北京师范大学，北京 100875；2.地理科学学部，北京师范大学，北京 100875)

0 引 言

东北黑土区是我国重要的商品粮生产基地，商品粮供给量占全国1/3，是国家粮食安全的“压舱石”。该区的粮食产能直接关系国家粮食安全。因此，维持并提升黑土地生产力，具有重大战略意义。受多种自然和人为因素及其交互作用的共同影响，尤其是高强度开垦和掠夺式经营，黑土区土壤侵蚀极为发育，水土流失面积高达21.6万km2[1]。强烈的水土流失必然导致黑土层变薄、土地生产力下降、作物产量降低等一系列生态生产问题[2-3]，如何经济且高效地阻控土壤侵蚀，降低侵蚀驱动黑土地退化对粮食产能的潜在影响，是黑土区长期面临的重大挑战。

秸秆还田是全球广泛采用的保护性耕作技术，具有改善土壤结构[4]、提升土壤肥力[5]、增加作物产量[6]等众多功能。黑土区土地利用类型和结构单一、耕地面积广大，存在土壤侵蚀风险的坡耕地高达19.5万km2[7]。秸秆占作物生物总量的50%左右，黑土区广泛分布的耕地产出了大量秸秆，仅黑龙江省每年产出的秸秆便可达约1.3亿t。秸秆可通过不同方式还田，并起到阻控土壤侵蚀、提升退化黑土地生态生产功能的作用。秸秆还田阻控侵蚀的机理与效应，与还田方式、还田量和还田时间密切相关。目前，黑土区秸秆还田方式包括直接还田和间接还田。前者主要包括留高茬还田、免耕覆盖还田、旋耕还田和深翻还田；后者主要有堆沤还田、过腹还田和生物质碳还田等[8]。无论采用何种还田方式，都会直接改变土壤物理和化学性质以及作物生长，进而影响土壤侵蚀过程、强度及其时空分布。

黑土区土壤侵蚀类型多样，大部分地区以水力侵蚀为主，西南部风力侵蚀强烈发育。但无论水力还是风力侵蚀，都受冻融作用的显著影响[9]。就侵蚀驱动的黑土地退化程度及其危害而言，研究秸秆还田影响水力侵蚀的机制与技术尤为重要。本文在深入分析秸秆还田阻控细沟间侵蚀、细沟侵蚀、浅沟与切沟侵蚀机制的基础上，系统总结秸秆还田的水土保持效应，并提出未来研究亟待加强的内容，为阻控侵蚀驱动的黑土地退化、恢复退化黑土地生态生产功能、维持黑土地保护性开发利用、保障黑土区生态生产安全提供理论与技术支撑。

1 细沟间侵蚀

细沟间侵蚀是坡耕地强烈发育的侵蚀类型，受控于降雨特性、细沟间土壤可蚀性、坡度、地表覆盖和积水深度。秸秆还田对细沟间侵蚀的影响与还田方式直接相关，其作用可分为直接作用和间接作用两类(图1)。降雨特性，尤其是降雨强度，是影响细沟间侵蚀的核心因子。具有一定动能的雨滴击溅土壤，是细沟间侵蚀发生的根本原因。秸秆覆盖还田能够有效保护土壤，避免雨滴直接打击地表，从而起到消减降雨动能的作用，其功能强弱与秸秆覆盖度及厚度密切相关。覆盖在地表的秸秆可增大地表随机糙率，增加径流阻力，降低径流流速，从而使坡面径流挟沙力下降[10]，进而阻控细沟间侵蚀。旋耕还田的秸秆也有部分露出地表，可在一定程度上消减降雨动能，起到抑制细沟间侵蚀的作用。此外，在侵蚀过程中露出地表的秸秆，也会增大地表随机糙率[11]，降低径流挟沙力，从而抑制细沟间侵蚀。当还田量相同时，秸秆覆盖对细沟间侵蚀的影响一般显著大于旋耕还田[12]，将大量未分解的秸秆混合于土壤中，还可能会增大细沟间侵蚀风险，在陡坡条件下尤为明显[13]。因此，采用适宜的旋耕还田量和秸秆快速分解技术，对提升秸秆旋耕还田阻控细沟间侵蚀的功能至关重要。

图1 秸秆还田阻控细沟间侵蚀示意图

秸秆还田对细沟间侵蚀的间接作用，与秸秆分解导致土壤理化性质、有机质、细沟间土壤可蚀性和作物生长特性的动态变化密切相关。随着秸秆还田时间的延长，秸秆逐渐分解，秸秆覆盖阻控细沟间侵蚀的作用逐渐降低。当覆盖于地表的秸秆完全分解后，秸秆覆盖抑制细沟间侵蚀的直接作用消失。与秸秆覆盖类似，旋耕和深翻还田的秸秆也会逐渐分解，土壤物理性质发生一系列变化，集中体现在土壤容重降低、贯入阻力减小、孔隙度增加、含水量增大和蓄水能力增强[4,14-15]。秸秆含有大量有机质和养分，以黑土区主产作物玉米为例，其秸秆中含有机质93.8%、氮0.05%～0.8%、磷0.04%～0.3%、钾0.9%～1.6%[16]。随着秸秆分解，大量碳和养分输入土壤，加之土壤水分状况的改变，可促进土壤微生物的生长和繁殖，改善土壤微生物群落结构，提升土壤微生物周转速率[16]。土壤微生物周转是有机质形成的重要驱动力[17]，秸秆分解引起土壤微生物的变化，必然导致秸秆进一步分解，从而增加土壤有机质含量[18]。而作为土壤团聚体形成的主要胶结剂之一，有机质含量增加会促进土壤团聚体的形成，特别是>0.25 mm团聚体的数量、结构和稳定性显著增加[19]。秸秆分解驱动的上述土壤理化性质变化，尤其是团聚体数量增加与稳定性提升，必然降低细沟间土壤可蚀性[20-21]，抑制细沟间侵蚀。由于秸秆深翻还田深度较大，在全量还田条件下，秸秆分解对表层土壤理化性质及细沟间土壤可蚀性的影响会显著小于旋耕还田，因此深翻还田阻控细沟间侵蚀的作用可能明显小于旋耕还田，但究竟情况如何仍需相关试验加以证明。秸秆分解可释放大量养分，提升土壤肥力[22]，增加作物盖度、叶面积指数和生物量[23-24]，起到保护地表、消减雨滴动能、抑制细沟间侵蚀的作用。

秸秆还田对细沟间侵蚀的影响，与秸秆还田量直接相关。一般而言，秸秆抑制细沟间侵蚀的作用随还田量增加明显增强。但值得注意的是，黑土区气温较低，秸秆分解缓慢，加之秸秆具有较高的C∶N比，秸秆过量还田可能会促使土壤微生物与作物争氮，从而抑制秸秆分解速度[25]，影响土壤结构与作物生长，进而降低秸秆还田阻控细沟间侵蚀的作用。同时，秸秆还田对土壤性质与结构的影响具有长期累积效应[26]。只有经过多年连续还田，秸秆还田阻控细沟间侵蚀的间接作用才会凸显。究竟秸秆还田阻控细沟间侵蚀的功能随还田时间如何变化，仍需开展进一步研究。

2 细沟侵蚀

细沟侵蚀是黑土区广泛分布的侵蚀类型，尤其是在顺坡或斜坡垄沟中发育强烈。细沟发育会显著增大坡耕地侵蚀量，因此阻控细沟侵蚀是坡耕地水土保持的重要任务。细沟侵蚀是坡面径流冲刷土壤的结果，是径流剪切力和土壤侵蚀阻力的函数[27]。秸秆还田对细沟侵蚀的影响，同样可分为直接作用和间接作用(图2)。覆盖地表的秸秆，直接保护地表，有效抑制土壤物理结皮发育，从而增加降水入渗，减小坡面径流。驱动细沟侵蚀的动力—径流剪切力，直接受径流深度控制[28]。因而秸秆覆盖抑制物理结皮发育，必然降低细沟侵蚀动力，从而起到抑制细沟侵蚀的功能。通过旋耕或深翻混合于土壤中的秸秆，一方面可降低土壤容重，增加土壤大孔隙数量，显著提升土壤导水性能[4]，促进降水入渗，减小坡面径流，降低坡面径流剪切力，进而抑制细沟侵蚀。另一方面，秸秆的力学性质，特别是抗拉和抗剪强度与土壤明显不同[29]。混合于土壤中的秸秆，可能呈多种方向。若与径流流动方向垂直，则可通过提升土壤—秸秆复合系统抗剪强度阻控细沟侵蚀；如与径流流动方向平行，则会通过强化土壤—秸秆复合系统抗拉性能阻控细沟侵蚀。经旋耕或深翻进入土壤的秸秆穿插其中，可形成某种空间网络结构，对土壤起到一定的加筋和锚固作用[30]，从而提升细沟侵蚀阻力(细沟土壤可蚀性和土壤临界剪切力)[27]，抑制细沟侵蚀。随着秸秆分解，秸秆覆盖度和混合密度降低，秸秆还田阻控细沟侵蚀的作用也相应减弱，作用机制可能与混合于表土中的枯落物对细沟侵蚀的影响类似[31]。

秸秆还田阻控细沟侵蚀的间接作用，是秸秆分解改变土壤理化性质及作物生长的结果(图2)。通过不同方式还田的秸秆，都会逐渐分解，分解速度主要受土壤水分、温度、C∶N比、还田方式及秸秆类型的影响[32]。秸秆由碳水化合物、少量粗蛋白质和粗脂肪以及少量无机物和水组成。其中，碳水化合物主要包括纤维素、半纤维素、木质素及可溶性糖类，不同成分的分解速率差异显著。在分解初期，发生分解的主要是较易分解的纤维素和半纤维素，分解速率较快。随着分解时间的延长，较难分解的木质素占比增加，秸秆分解速率快速下降[32]。秸秆分解速率受土壤C∶N比的显著影响，土壤微生物分解秸秆适宜的C∶N比为25∶1，但作物秸秆的C∶N比多介于60∶1～80∶1之间，因而适当施用氮肥往往可显著促进秸秆分解，降低土壤容重，增加有机质含量，促进大团聚体发育，提升团聚体稳定性[33]。土壤容重降低，加之土壤水分增加，会降低土壤粘结力或抗剪强度，从而降低土壤侵蚀阻力，可能会促进细沟侵蚀。而有机质含量增加驱动的团聚体发育及其稳定性提升，则会增加土壤侵蚀阻力，起到抑制细沟侵蚀的作用[34]。秸秆分解驱动的土壤养分增加，势必会影响作物生长[6]，特别是秸秆还田导致土壤耕层根系数量、长度、体积和生物量的增加[4,24,35-36]，可直接影响细沟侵蚀。作物根系通过物理捆绑作用和化学吸附作用[37]，将土壤颗粒紧密地束缚在根系周围。随着根系密度增大，土壤侵蚀阻力往往呈指数函数增大[38]。秸秆还田阻控细沟侵蚀的间接作用，具有明显的滞后效应。生长季期间，随着秸秆逐渐分解，该作用逐渐增强。与细沟间侵蚀类似，秸秆还田阻控细沟侵蚀的直接作用和间接作用之间存在着多种交互影响，如秸秆还田促进土壤入渗，势必会增加土壤含水量，进而促进秸秆分解；而秸秆分解又会加快团聚体形成、促进作物生长，反过来将影响降雨截留和土壤入渗，从而进一步改变细沟侵蚀动力。

图2 秸秆还田阻控细沟侵蚀

3 浅沟和切沟侵蚀

浅沟侵蚀和切沟侵蚀也是东北黑土区广泛分布的侵蚀类型，特别是切沟发育，直接损毁耕地，增加地块破碎度[9]，威胁国家粮食安全。因此，沟蚀是黑土区坡耕地水土保持重点关注的侵蚀类型。无论浅沟侵蚀，还是切沟侵蚀，都是暴雨产生的间歇性股流冲刷土壤的结果，受降水特性、地形条件、土壤性质、植被生长及土地利用等多种因素的综合影响。沟蚀受地表径流冲刷和土壤抗蚀性能共同作用[39]。地表径流冲刷可用径流剪切力进行定量表征，是径流深度和坡度的函数。但在给定的地形条件下或在特定的坡位，坡度相对稳定，径流剪切力则取决于径流深度。径流深度与坡面产流机制密切相关。就超渗产流而言，地表产流直接受控于降雨强度和土壤入渗速率的相对大小，当降雨强度大于土壤入渗速率时，即可产生地表径流。随着地表径流从上坡向下坡流动，集水区面积逐渐增大。当径流剪切力大于沟头形成的土壤临界剪切力时，沟头形成，随后通过沟头溯源、沟底下切和沟岸扩张等子过程逐渐发育[39]。因此，浅沟和切沟发育都必须满足一定的地形临界条件，随着区域的不同而有所差异[40-41]。

秸秆还田对浅沟和切沟侵蚀的影响，也可从直接作用和间接作用2个方面进行分析。覆盖于地表的秸秆，能避免雨滴直接打击地表，消减降雨动能，抑制土壤物理结皮发育[42]，维持土壤入渗性能，减少地表径流。与此同时，秸秆还可显著增大地表随机糙率[43]，增加径流阻力，降低径流流速和径流剪切力。无论径流量减小，还是径流剪切力下降，都可直接减弱浅沟和切沟侵蚀动力，降低浅沟和切沟发育风险。通过旋耕和深翻进入土壤耕层的秸秆，一方面可增加土壤中大孔隙的数量[4]，促进土壤入渗，减少地表径流；另一方面可强化土壤抗蚀性能，增大土壤侵蚀阻力[12,31]，抑制浅沟和切沟发育。秸秆还田对浅沟和切沟侵蚀的间接作用，也与秸秆分解导致土壤理化性质、肥力、团聚体数量及其稳定性，以及作物生长特性变化密切相关，在细沟侵蚀部分已做详细分析，不再赘述。由于浅沟和切沟的规模远大于细沟，秸秆还田阻控浅沟和切沟侵蚀的作用，可能主要体现在发育初期，即沟头形成阶段。当浅沟和切沟的深度足够大、超过秸秆还田深度后，秸秆还田对浅沟和切沟侵蚀的阻控作用显著下降，但集水区内的秸秆覆盖，仍可起到降低径流侵蚀动力，减缓浅沟和切沟侵蚀发育速率的作用。总体而言，秸秆还田阻控浅沟和切沟侵蚀的作用，可能显著小于细沟间和细沟侵蚀，但目前的研究甚少，难以开展定量对比分析。

黑土区的沟蚀，尤其是切沟侵蚀受冻融作用的强烈影响[44-45]；而冻融作用的强弱主要受控于冻融循环次数、含水量及土壤类型等因素[46-48]。秸秆还田改变土壤水热条件[15,49]，必然引起冻融作用对切沟侵蚀的影响发生变化。例如，秸秆还田驱动土壤含水量增加，可加剧冻融作用对切沟侵蚀的影响；而秸秆还田特别是秸秆覆盖的保温效应，会减小近地表土壤温度变幅，在一定程度上可降低冻融作用的潜在影响。冻融作用可破坏土壤结构，降低土壤侵蚀阻力，但其影响集中在积雪消融期，影响程度随着时间逐渐降低。对于坡耕地而言，耕作和播种等农事活动产生的强烈扰动，可能会完全消除冻融作用对土壤侵蚀的潜在影响[9]。

4 秸秆还田的水土保持效应

室内人工模拟降雨试验是研究秸秆还田阻控土壤侵蚀机理的首选方法，在全球范围内广泛应用[50-51]。研究内容涉及土壤入渗、坡面产流与产沙过程、泥沙输移特征及养分流失等多个方面[52-54]。但室内人工模拟降雨试验的研究结果与降雨特性(如降雨强度、降雨量、降雨器类型)、地形条件(如试验土槽长度和坡度)、土壤性质(如土壤类型、容重、前期含水量)、秸秆还田时间(影响秸秆与土壤的接触程度)等多种因素密切相关，未必能反映天然降雨或土壤的真实状况。因此，下文仅对野外监测结果进行分析和总结。

秸秆还田是保护性耕作的重要组成部分，也是一种极其重要的水土保持措施，在东北黑土区广泛使用，但与土壤理化性质[4,19,36]、土壤水分及其利用效率[35]、微生物[8]、有机质[5,18,26]和作物产量[3,6,14]等对秸秆还田响应的大量研究相比，关于秸秆还田水土保持效应的野外监测研究整体偏少。表1汇总了为数不多的黑土区秸秆还田水土保持效应野外监测结果。目前，此类研究的土壤以黑土为主，暗棕壤和黑钙土也有少量涉及。径流小区长度介于5～20 m之间，20 m居多；宽度介于2～5 m。坡度介于5°～10°之间，但部分研究未提供试验小区的坡度信息[55]。研究的秸秆还田方式包括立茬还田[56]、粉碎覆盖还田[56-59]、旋耕还田[60]和深埋还田[55,59]以及覆盖和深埋结合[59]等。秸秆还田量变化幅度较大，介于5～12 t·hm-2之间。研究中多将秸秆还田量描述为全量还田。然而，众所周知，秸秆量随气候、地形、土壤、作物种类、施肥水平及田间管理措施等因素的变化而变化。不同试验还田量的明显差异，给分析秸秆还田水土保持效应带来了较大的困难。

表1 黑土区秸秆还田水土保持效应相关研究的试验条件及减流减沙效益

秸秆还田具生态、经济、社会等多种效益，但保持水土、阻控土壤侵蚀以及防止土壤退化是黑土区秸秆还田的首要目的，因而系统分析秸秆还田减流减沙效益，是评价秸秆还田水土保持效应的基础。大量研究显示，各试验的减流效益介于28.0%～95.1%之间，平均值为57%。秸秆还田减流效益受还田方式的显著影响，也受到秸秆类型(如玉米之于大豆)和坡度的影响。在相同条件下，大豆秸秆减流效益大于玉米秸秆[56]，这和大豆秸秆较细、比表面积大、与土壤接触面积大有关。随着坡度增大，秸秆还田减流效益下降[55]，这是所有水土保持措施的普遍现象。此外，在几乎所有研究中，秸秆还田都和其他耕作措施或水土保持措施相互结合，如深松[58,60]、横坡垄作[55-57]、横坡区田[58,60]和免耕[59]。尽管在生产上秸秆还田技术都会和其他农艺措施、耕作措施、水土保持措施相互配合使用，从而最大限度地减少坡面径流，降低坡面径流侵蚀动力，阻控土壤侵蚀。但从定量研究的角度出发，这种试验设计难以真正量化秸秆还田减流效益、确定其主控因素。因此，控制试验的开展，对于准确评估秸秆还田减流效益具有重要意义。

不同野外监测试验的秸秆还田减沙效益介于40.3%～99.7%之间(表1)，平均值为74%。与减流效益相比，秸秆还田的减沙效益往往更为显著，这是水土保持措施的共性，从而也间接证明了监测结果的可靠性。秸秆还田的减沙效益受秸秆还田方式、作物类型、地形条件以及监测方法的影响，立茬还田的减沙效益明显小于旋耕还田[56]。秸秆还田减沙效益与秸秆直径密切相关，秸秆越细则与土壤接触面积越大，越容易分解，更好地发挥秸秆改善土壤性质的功能，提升土壤抗蚀性能，因此大豆秸秆还田的减沙效益明显大于玉米秸秆[60]。随着坡度增加，土壤侵蚀加剧，秸秆还田阻控侵蚀的功能下降。当坡度增加到一定程度后，未分解秸秆抑制降水入渗的作用明显增强，地表径流增加，因此秸秆还田阻控侵蚀的功能随之降低，甚至可能加剧侵蚀[61]。秸秆还田的减沙效益与监测方法直接相关，如贺云锋等[59]的研究是在人工模拟降雨条件下进行的，而其他研究都是在天然降雨条件下开展观测，前者平均减沙效益为90.7%，而后者的均值仅为67.4%。从精准评估秸秆还田减沙效益的角度出发，天然降雨条件下的长期监测结果可能更加可靠，但这种方法费时费力。

5 未来研究展望

过去几十年来，国内学者在东北黑土区秸秆还田阻控土壤侵蚀机理与效应方面开展了大量研究[52,54-56]，取得了丰富的研究成果，为揭示秸秆还田阻控土壤侵蚀机理、评估秸秆还田水土保持效益、优化秸秆还田技术等诸多方面，提供了强有力的理论与技术支撑。综合分析已有研究成果，同时为进一步明确秸秆还田阻控土壤侵蚀机理、量化秸秆还田防治水土流失效应、抑制侵蚀驱动的黑土地退化、提升退化黑土地生态生产功能，亟需加强以下几个方面的研究。

5.1 合理分解侵蚀过程，深化秸秆还田阻控土壤侵蚀机理研究

黑土区发育有多种侵蚀类型[9]，秸秆还田阻控不同侵蚀类型的机理存在明显差异。秸秆还田可有效阻控的土壤侵蚀类型主要是细沟间侵蚀和细沟侵蚀，其作用可分为直接作用和间接作用2类。就秸秆还田阻控细沟间侵蚀的直接作用而言，亟待加强秸秆还田增加地表糙率与径流阻力、降低径流流速和挟沙力的水动力学机理研究。对于秸秆还田阻控细沟间侵蚀的间接作用，则需重点强化细沟间土壤可蚀性对秸秆还田导致土壤理化性质变化的响应机制研究；同时需要深化作物生长特性，尤其是作物盖度、叶面积指数、地上生物量等与消减降雨动能密切相关的参数对秸秆还田的响应研究。秸秆还田阻控细沟间侵蚀的直接作用和间接作用间存在着明显的交互效应，但它们究竟通过何种方式交互，交互作用的大小、动态变化及主控因素等诸多方面尚不明确，需要开展进一步系统研究。

与细沟间侵蚀类似，秸秆还田阻控细沟侵蚀也可分为直接作用和间接作用，尽管在枯落物覆盖[12]、枯落物与表土混合[31]以及根系系统[37]等方面已取得了大量研究成果，但目前真正研究秸秆还田对细沟侵蚀影响的研究还为之甚少。无论秸秆的还田量，还是物质组成、力学特性及分解过程等，都与枯落物和根系存在显著差异，而这种差异势必会影响秸秆还田阻控细沟侵蚀的效应及其动力机制。因此，需要重点研究秸秆还田影响细沟侵蚀动力—径流剪切力的水力学机理，土壤侵蚀阻力(细沟土壤可蚀性与土壤临界剪切力)对秸秆还田的响应与机制，以及秸秆还田阻控细沟侵蚀直接作用与间接作用的交互机理。与细沟间和细沟侵蚀相比，秸秆还田阻控浅沟和切沟侵蚀的功能可能较小。在相同地形条件下，秸秆还田可降低浅沟和切沟发育风险，其核心在于秸秆还田可降低地表径流对土壤的冲刷。因此，研究重点仍是秸秆还田调节地表径流剪切力的水力学机理。

5.2 完善监测技术与方法，加强秸秆还田水土保持效应监测

秸秆还田具有显著的水土保持效益[55-57]，但不同的研究结果存在明显差异。目前，野外研究的土壤类型以黑土为主，但黑土区分布有多种土壤类型，以典型黑土、黑钙土、白浆土、草甸土、暗棕壤和棕色森林土为主[62]，不同类型土壤的理化性质存在明显差异，因而对秸秆还田的响应可能也存在差异，进而影响秸秆还田对土壤侵蚀的阻控作用。因此，亟需加强不同土壤类型秸秆还田水土保持效应的对比研究。

坡度是影响土壤侵蚀的主要因素，秸秆还田的水土保持效应随坡度增大逐渐降低。但目前研究的坡度范围较小，且大量试验还结合了其他农艺或水土保持措施，因此，进一步分析坡度对秸秆还田水土保持效应的影响，需要设置单因素控制试验，重点研究秸秆还田水土保持效应随坡度的变化规律。

秸秆还田水土保持效应受还田方式的显著影响[59]，但与坡度研究类似，大部分研究并未完全按照控制试验进行，试验处理中包括了诸如免耕、深松、垄作、区田等其他耕作或水土保持措施(表1)。尽管在生产实践中为最大限度阻控水土流失、提高作物产量，会将多种耕作和农艺措施与秸秆还田结合使用；但作为量化秸秆还田水土保持效应的控制试验，应严格按照控制试验的思路进行设计，同时需要统一对照处理，即无秸秆还田、采用传统耕作措施、种植同种作物的坡耕地。唯有这样，不同试验得出的水土保持效应才具有可比性。

5.3 充分考虑区域特点，深化秸秆还田时间效应与空间分异研究

覆盖于地表或混合、深埋于土壤中的秸秆，在微生物作用下逐渐分解[63]，导致秸秆还田阻控侵蚀的功能逐渐发生变化。在季节尺度上，覆盖地表的秸秆阻控侵蚀功能会缓慢下降，混合于土壤中的秸秆作用则逐渐增强。从长时间尺度而言，秸秆还田对土壤理化性质的改善是个缓慢累积的过程[4]。只有当秸秆还田年限足够长之后，土壤性质改变才会变得显著。可见，秸秆还田阻控土壤侵蚀的功能具有明显的季节和多年变化特征，但其变化规律和动力机制尚不清楚，亟需加强研究。

同时，秸秆分解速率受气候特征、地形条件、土壤类型、耕作方式、施肥水平、田间管理措施、土壤侵蚀类型与强度以及秸秆类型、还田方式、还田量等多种因素的综合影响。在整个东北黑土区，这些因素都具有显著的空间变异[62,64-65]，受开垦历史、耕作传统、经济水平、机械化程度等因素的影响，即便秸秆全量还田，不同地区或同一地区不同作物的秸秆还田量也存在差异。因此，亟需加强秸秆还田阻控土壤侵蚀效应空间分异特征及其主控因素的研究。

5.4 加强适宜性研究，促进秸秆还田技术体系凝练

秸秆还田阻控土壤侵蚀的效应与秸秆类型、还田量以及还田方式[4,8,18,25,59]密切相关。无论秸秆覆盖还田，还是秸秆旋耕、深翻或深还，秸秆还田消减降雨动能、降低径流剪切力、减小径流挟沙力、改善土壤理化性质以及提升细沟间土壤可蚀性和细沟土壤可蚀性的作用，都是秸秆类型、还田量和还田方式的函数。但目前关于秸秆还田水土保持效应的相关研究(表1)，尚未充分量化这些因素对其水土保持效应的影响，不同秸秆类型、还田量及还田方式阻控土壤侵蚀的动力机制尚不明确。如上文所述，秸秆还田阻控土壤侵蚀的效应具有显著的空间变化特征。根据目前的研究成果，尚无法做到因地制宜，根据不同区域具体的气候、地形和土壤等特点，确定适宜的秸秆还田量和还田方式，从而制约了秸秆还田水土保持效应的充分发挥。因此，亟需开展秸秆类型、还田量及还田方式影响土壤侵蚀过程与机理、水土保持效益量化研究，建立秸秆类型、还田量与还田方式和水土保持效应之间的定量关系，从而优化秸秆还田技术，更好地为阻控黑土地土壤侵蚀、防治黑土地退化、提升退化黑土地生态生产功能、维持土地生产力与粮食产能、保障黑土区生态和粮食安全提供理论和技术支撑。

6 结论

(1)秸秆还田阻控土壤侵蚀机理与土壤侵蚀类型密切相关。对细沟间侵蚀和细沟侵蚀而言，秸秆还田阻控侵蚀的机制可从直接作用和间接作用两方面分析，秸秆覆盖地表可消减降雨动能、抑制土壤物理结皮发育、促进降水入渗、增加地表随机糙率、降低地表径流流速、减小坡面径流挟沙力和剪切力，是秸秆还田阻控细沟间和细沟侵蚀的直接作用。

(2)秸秆分解驱动的土壤理化性质改善、土壤有机质增加及由此导致的团聚体发育及其稳定性增强、秸秆养分释放驱动的作物生长特性变化，可引起细沟间土壤可蚀性下降和细沟土壤侵蚀阻力(细沟土壤可蚀性和土壤临界剪切力)增大，是秸秆还田阻控细沟间和细沟侵蚀的间接作用。

(3)秸秆还田对浅沟和切沟侵蚀的影响可能显著小于细沟间和细沟侵蚀，但秸秆还田可增加集水区地表随机糙率、减弱坡面径流剪切力，从而降低浅沟和切沟侵蚀发育风险。

(4)秸秆还田具有显著的水土保持效应，减流和减沙效益分别为28.0%～95.1%和40.3%～99.7%，与秸秆类型、还田方式与还田量以及坡度等因素密切相关。受不同试验条件差异的影响，研究结果的可比性较差。

(5)未来亟需加强秸秆还田增加地表糙率与径流阻力、降低径流流速和挟沙力等水动力学机理、细沟间土壤可蚀性和细沟侵蚀阻力对秸秆还田导致土壤理化性质变化的响应与机制、秸秆还田阻控侵蚀直接作用与间接作用相对强弱及其时间变化、土壤类型与坡度对秸秆还田水土保持效应的影响与机制、秸秆还田阻控侵蚀的长期效应与空间分异特征及其主控因素，以及秸秆还田技术影响土壤侵蚀过程与机理等方面的研究，为黑土地保护和可持续利用、保障国家粮食安全提供理论和技术服务。