德州市玉米秸秆还田技术及其对土壤的影响

摘 要 秸秆还田作为一种有效的土壤管理技术，对于提升土壤质量和促进生态平衡具有重要意义。随着我国农业可持续发展战略的推进，秸秆还田技术在农业生产中的应用逐渐广泛。为有效推广玉米秸秆还田技术，探讨山东省德州市玉米秸秆还田技术对土壤健康管理的影响，并基于当地实际情况，介绍直接还田法、堆沤还田法、过腹还田法等科学的秸秆还田技术。

关键词 玉米秸秆还田；可持续农业；土壤管理；山东省德州市

中图分类号：S38 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.18.040

德州市作为山东省重要的农业生产基地，其农业生产活动对当地经济发展和生态环境保护具有重要影响。近年来，随着农业现代化的推进，如何有效管理农业生产中产生的大量秸秆，成为德州市农业可持续发展面临的关键问题。玉米作为德州市的主要粮食作物，其秸秆的处理方式直接关系到土壤健康和农业生态环境的改善。研究以德州市为案例，通过实地调查和数据分析，探讨了玉米秸秆还田对当地不同土壤类型的影响，以及如何根据德州市的具体情况，制订合理的秸秆还田策略，以期为德州市乃至类似地区的农业可持续发展提供科学依据和实践指导。

1 德州市农业概况

德州市位于山东省西北部，享有“九达天衢”的美誉，其地理位置优越，气候条件适宜，为农业发展提供了得天独厚的环境。根据2023年的统计数据，德州市粮食播种面积约106.67万hm2，年产农作物总量接近800万t，其中玉米作为当地的主要粮食作物，种植面积约50.67万hm2，年产量高达460万t。然而，随着玉米产量的稳步增长，德州市面临大量玉米秸秆需要处理的问题。据统计，每年德州市产生的玉米秸秆量超过1 000万t。这些秸秆如果得不到合理利用，不仅会造成资源浪费，还会对环境造成严重影响。为了解决这一问题，德州市积极探索玉米秸秆资源化利用的有效途径。研究介绍不同玉米秸秆还田技术，以实现秸秆资源的高效利用，促进德州市农业可持续发展[1]。

2 玉米秸秆还田技术

2.1 直接还田法

玉米秸秆直接还田法是一种将收获后的玉米秸秆经过粉碎，随后利用深耕犁将其翻入土壤中的土壤管理技术。这种方法简便易行，能够有效地将秸秆资源转化为土壤肥力，提升土壤的有机质含量和结构。具体需要注意以下4点。

1）控制秸秆还田的数量。过量的秸秆可能导致土壤透气性下降，影响作物的正常生长。因此，建议每公顷还田的秸秆量控制在300～500 kg，以确保秸秆能够适时分解，同时避免对耕作和作物出苗造成不利影响。

2）适量施用氨肥。由于新鲜秸秆的碳氮含量比较高，其在分解过程中会消耗土壤中的氮素。因此，在还田时，每公顷可配合施用10.0 kg碳酸铵和3.5 kg尿素，以降低秸秆的碳氮比，补充土壤中的速效氮含量，促进微生物活动和秸秆的腐熟。

3）选择正确的翻埋时期。最佳翻埋时期是作物收获后，此时秸秆含水量较高，有利于加快腐熟过程。对于旱地而言，应采取边收获边翻埋的方式，以保持秸秆的湿润状态，促进其分解[2]。

4）施用适量石灰。秸秆分解过程中可能产生有机酸，对作物根系生长产生抑制作用。适量施入石灰可以有效中和土壤酸性，减少对根系的毒害，同时为秸秆的分解创造有利条件。

2.2 堆沤还田法

堆沤还田法是将玉米秸秆粉碎后进行适当的水分调节并堆压，利用微生物在高温条件下的生物转化作用，加速分解有机物质和杀灭病菌。这种方法不仅能够有效减少病害的传播，还能将秸秆转化为丰富的土壤养分，提高土壤肥力。

实施堆沤还田时，需要选择合适的堆沤场地，如田间地头或空闲地等，以便于操作和管理。秸秆经过粉碎后，应浇透水并保持适宜的含水量，建议保持在70%左右。接着，将秸秆与适量的腐熟有机肥料混合均匀，堆成堆，并用泥浆或塑料布密封，以保持堆体的湿度和温度。经过大约15 d的堆沤，秸秆会逐渐变成褐色或黑褐色，湿时柔软有弹性，干时脆易碎，即表明秸秆已经腐熟。

为了进一步提高堆沤效果，可以在夏季选择不漏水的地方挖掘一个容积为3～5 m3的土坑，坑底铺设一层热源，如骡马粪等，通常比例为每1 000 kg玉米秸秆使用600 kg湿骡马粪、200 kg人粪尿，并加入适量水分，混合后填入坑中并压实。坑填满后，表面用土覆盖或用泥抹严，10～15 d翻动一次，沤制35～45 d即可达到腐熟状态。通过堆沤还田法，不仅可以有效处理玉米秸秆，减少病害传播，还能将其转化为有机肥料，为作物生长提供丰富的养分[3]。

2.3 过腹还田法

过腹还田法是一种将玉米秸秆作为饲料喂养大牲畜，再将牲畜的粪便作为有机肥料还入土壤的生态农业技术。这种方法充分利用了农业副产品的再利用价值，实现了农业生态系统中物质的循环和能量的流动。经过适当处理的玉米秸秆可以作为优质的饲料，用于饲养牛、羊、鹿等草食性大牲畜。在动物的消化道中，玉米秸秆中的部分营养物质被消化吸收，转化为动物生长需要的能量和蛋白质，而未能消化的部分则以粪便的形式排出体外。这些粪便含有较高的氨和丰富的微生物群落，施入土壤能够有效提升土壤肥力，促进作物生长，增加农业产出。

3 玉米秸秆还田技术对土壤健康的影响

3.1 改良土壤

土壤有机质是土壤肥力的核心组成部分，在维持土壤结构、提高土壤生物活性、促进养分循环等方面发挥着至关重要的作用。玉米秸秆还田通过将作物残留物直接施入土壤中，增加了土壤有机质的输入。这一过程不仅提供了丰富的碳源，还为土壤微生物提供了生存和繁殖的基础，从而促进微生物的生长和土壤生物活性的提高。秸秆分解过程中，微生物通过分解有机质，释放多种养分，如氮、磷、钾等，这些养分能够被作物吸收利用，从而提高土壤的供肥能力。在实际操作中，秸秆还田技术需要注意秸秆的粉碎程度、还田时间、还田量及与土壤的混合均匀度等因素。研究表明，秸秆还田能够显著提高土壤有机质含量。例如，一项在我国北方地区进行的研究显示，经过连续5年的秸秆还田，土壤有机质含量从1.0%提高到了1.6%。德州市土壤类型多样，特别是轻质土壤多见。这类土壤结构疏松，养分易流失，而玉米秸秆还田技术能够有效改善这一问题。在德州市实施的秸秆还田试验表明，通过定期将玉米秸秆粉碎后还田，可以显著增加土壤有机质的含量，从而改善土壤结构，增强其保肥保水能力。这对于德州市轻质土壤地区的土壤改良尤为重要，能显著提升耕作质量[4]。

3.2 促进微生物活性

土壤微生物活性是土壤生态系统健康的重要指标，直接关系到土壤的养分循环、有机物质分解及植物病害的防治。玉米秸秆还田技术通过引入丰富的有机碳源，为土壤微生物提供了必要的能量和营养，从而显著提高了微生物的活性和多样性。在秸秆还田过程中，秸秆中的纤维素、半纤维素和木质素等复杂有机物被微生物分解，这一过程不仅释放出能量供微生物利用，还产生了一系列中间产物和最终产物，如二氧化碳、水、矿物质养分等。这些物质的产生和积累，为土壤中的微生物群落提供了丰富的营养来源，促进了微生物的生长和繁殖。为了最大化秸秆还田对微生物活性的促进效果，需要考虑秸秆的碳氮比、水分含量及还田时间等因素。秸秆的碳氮比对微生物的分解活动和氮素的可用性有显著影响。在德州市，尤其是玉米种植密集区域，秸秆还田可显著增加土壤微生物的数量和活性。调查数据显示，德州市采用秸秆还田的农田土壤微生物数量比未还田的增加了约20%，这表明秸秆还田技术在当地具有明显的生态效益。

3.3 改善土壤结构与通气性

玉米秸秆还田技术可增加土壤有机质，对改善土壤结构和提高土壤通气性具有积极作用。土壤结构的改善有助于水分保持和根系发展，而良好的通气性则是促进根系呼吸和养分吸收的关键因素。秸秆还田后，土壤中的有机质含量增加，促进了土壤微团聚体的形成。这些微团聚体能够增加土壤孔隙，从而提高土壤的通气性和渗透性。研究显示，秸秆还田能够使土壤容重降低，孔隙度增加，具体而言，秸秆还田后的土壤容重可降低0.1～0.3 g·cm-3，孔隙度可提高5%～10%；在一项关于秸秆还田对土壤水分保持能力影响的研究中，发现实施秸秆还田的土壤，其水分保持能力比未实施的土壤高13%～20%。德州市的土壤由于长期的农业耕作，部分地区出现土壤板结现象，这对作物根系的生长和对水分、养分的吸收造成了不利影响。秸秆还田可以通过增加土壤中有机质含量，促进土壤结构改善，特别是在改善土壤通气性和孔隙度方面表现突出。在德州市的试验田中，采用秸秆还田后，土壤的通气性和孔隙度明显提高，有效缓解了土壤板结问题，为作物提供了更为有利的生长条件[5]。

3.4 提高土壤水分保持与利用效率

秸秆还田后，土壤的孔隙结构得到改善，这不仅有利于水分的渗透和保持，还有助于提高土壤的抗旱性能。据研究，在连续3年实施秸秆还田的田块中，土壤的持水能力比未实施秸秆还田的田块高出约15%。此外，秸秆还田能够增加土壤水分入渗速率，可将其提高10%～20%。在水分利用效率方面，秸秆还田通过改善土壤结构，促进了根系的生长，从而提高了作物对水分的吸收和利用效率。研究表明，秸秆还田能够提高作物的水分利用效率，具体数值取决于作物种类和环境条件，但一般可提高5%～10%。在德州市的干旱和半干旱地区，秸秆还田对提高土壤水分保持能力尤为重要。通过实地试验和数据分析发现，秸秆还田可以显著提高土壤的水分保持能力和作物的抗旱性，还田区域的土壤水分保持能力比未还田的提高了约18%，从而直接提升了作物的水分利用效率和生产力[6]。

3.5 对土壤pH和营养元素平衡的影响

土壤pH是影响土壤养分有效性的关键因素之一。秸秆还田通过引入有机物质，有助于平衡土壤pH。研究表明，秸秆还田能够提高土壤的pH值，使之更趋近于中性，从而提高土壤中磷、钙、镁等矿物质养分的溶解度和有效性。在一项研究中，秸秆还田后土壤的pH值平均提高了0.3个单位，这表明秸秆还田对于改善土壤酸碱度具有积极作用。除了调节土壤pH值，秸秆还田还能显著增加土壤中的营养元素含量。通过秸秆还田，土壤中的全氮含量、有效磷含量和速效钾含量均有显著提升。例如，根据李凤鸣等人的研究，在秸秆还田量为45 t·hm-2的处理下，土壤中的全氮含量提高了约10%，有效磷含量提高了约8%，速效钾含量提高了约5%。这些营养元素的提升，对于促进作物生长和提高作物产量具有重要意义。德州市的土壤类型多样，pH值各有不同，对作物的生长产生了不同程度的影响。玉米秸秆还田可通过引入大量的有机质调节土壤pH值，实验数据表明，德州市酸性土壤还田区域的pH值平均提高了0.2个单位，更有利于作物对磷、钙、镁等矿物质的有效吸收。

4 结语

玉米秸秆还田技术能够有效提升土壤有机质含量，改善土壤结构，增强土壤的保水保肥能力，从而促进作物生长和提高农业产出。笔者介绍了目前常见的玉米秸秆还田技术方法，而在未来的研究中，应着眼于秸秆还田技术的进一步优化，探索与现代农业实践相结合的新方法，以实现土壤健康与生态平衡的长期稳定，为农业可持续发展贡献智慧和力量。

参考文献：

[1] 王红儒，王继红.复合菌剂对秸秆还田下的黑土性质的影响[J/OL].吉林农业大学学报：1-8[2024-03-31].https：//doi.org/10.13327/j.jjlau.2023.20146.

[2] 杨平，杜鹃，罗光琼.秸秆还田对土壤肥力和玉米产量的影响[J].农技服务，2023，40（6）：36-38.

[3] 卢健，刘柏林，王丽，等.玉米秸秆还田技术的推广应用[J].河北农机，2023（12）：51-53.

[4] 杨楠，高勇，刘伟光.玉米秸秆还田方式及对土壤环境的影响[J].农业工程，2023，13（6）：31-36.

[5] 李凤鸣，付彦鹏，任丽华，等.秸秆还田量对土壤水分、土壤养分及春玉米产量的影响[J].辽宁农业科学，2023（3）：48-52.

[6] 杨道诚.松嫩平原玉米秸秆还田对土壤碳氮组分及微生物的影响[D].哈尔滨：东北农业大学，2023.

（责任编辑：张春雨）