秸秆还田培肥土壤的研究现状

2014-07-16矫丽娜李志洪殷程程

安徽农学通报 2014年10期

矫丽娜　李志洪　殷程程

摘要：中国秸秆总产量居世界首位，如何使秸秆资源利用合理化、经济化和环保化成为当务之急。该文从土壤有机碳、土壤酶活性、秸秆还田后腐解特征和秸秆还田对作物产量的影响这几方面，综述秸秆还田培肥土壤的效果，旨在为今后秸秆还田培肥土壤提供理论依据。

关键词：秸秆还田；有机碳；土壤酶

中图分类号 S153 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2014）10-54-03

Abstract：The production of straw is the highest in the world，therefore，how to rationalize the use of straw resources，economy and environmental protection，is the priority. This article from the soil organic carbon，soil enzyme activity，decomposing characteristics and the impact of staw returning on crop yield，summary the effect of straw returning in improving soil fertility to provide a theoretical basis for future.

Key words：Straw returning；Organic carbon；Soil enzyme

1 前言

农业在我国的国民经济中起着至关重要的作用，农业的发展和土地的利用是保证食物供给以及可持续发展的基础。中国仅以占世界7%的耕地要养活占全球22%的人口，其特殊的国情决定了农业在中国具有远比世界上其它国家更为重要的地位[1]。因此走农业可持续发展的道路，是我国农业发展的一种必然趋势[2]。“民以食为天，食以土为本”，精辟地概括了人类—农业—土壤之间的关系，农业是人类生存的基础，而土壤是农业的基础[3]。构成作物产量40%～80%的养分来自于土壤，只有在土壤肥力提高的条件下，才能达到高产，稳产[4]。秸秆还田可以有效保持农田生态系统内部的物质循环、能量的交换和信息的传递，减轻作物对外部能量、物质的依赖，形成一个稳定的生产系统，最终有利于农业的可持续发展[5]。

2 我国秸秆资源现状和利用现状

中国是世界第一秸秆大国，高利伟等[6]研究表明，2006年中国作物秸秆总量超过7.6亿t。秸秆通常指作物主产品进行初加工过程产生的副产物及主产品收获之后所有大田剩余的副产物[7]。秸秆数量以水稻、小麦和玉米三大作物居多，2000-2006年秸秆资源总量中，这3大作物秸秆量的比例为60%～89%[6-7]。2005年秸秆资源总量中，水稻、玉米、小麦三大粮食作物秸秆分别约占秸秆总产量的25.10%、24.00%、12.73%，分别分布于中南、华东地区及西南的部分省份，东北、华北地区的各省份及华东、中南的部分省份，华东、中南及华北等地区[8]。

秸秆的综合利用主要是饲料，肥料，燃料，工业原料等4个方面。主要利用途径有：（1）用作饲料：通过秸秆氨化技术、膨化技术、微储饲料技术和青贮技术等对秸秆进行加工，秸秆变得柔软，易于消化吸收，增加饲料粗蛋白含量，变成牲畜喜欢食用的主饲料[9]。（2）用作肥料：农作物秸秆作为有机肥料来源之一，不仅可增加土壤有机质和速效养分含量，培肥地力，还可以增加作物产量，优化农田生态环境[10]。（3）用作燃料：可以将秸秆能源化利用，通过沼气技术、制煤技术、发电技术，提高秸秆资源的利用效率。（4）用作工业原料：多种食用菌的栽培可以用秸秆做培养基，稻草、麻秆、麦秆等可以用于造纸、建筑等，以及手工纺织材料。据粗略估计，目前我国直接用作于农村饲料、肥料、生活燃料、工业原料的秸秆量约占秸秆总产量的15%、15%、20%和2%，露天焚烧或废弃的部分秸秆约占秸秆总产量的33%[11]。

3 秸秆还田培肥土壤的国内外研究现状

我国秸秆总产量居世界首位，因此，如何使秸秆资源利用合理化、经济化和环保化成为当务之急。国内科技工作者研究表明[18-20]，秸秆覆盖农田后，土壤的水、肥、气、热状况重新进行了组合，显著提高了土壤肥力，成为农业可持续发展的有效途径之一。国外科技工作者研究表明，残茬覆盖土壤表面，可以减少水土流失、土壤温度和蒸发的波动，作物秸秆是土壤有机质的主要来源，影响土壤的肥力，团聚体稳定性，渗透，微生物的活动，和其他土壤性质[21-24]。Sharratt等[25]研究也发现，未进行秸秆覆盖的土壤，夏天土壤温度很高，冬天土壤温度很低，而且与秸秆覆盖的相比，土壤温度也有较大波动。

Pimentel和Dabney等[26-27]报道，秸秆覆盖土壤表层可以减少土壤侵蚀，有益于生态环境的改善，还可以帮助农民增加粮食产量。Burket和Rees等[28-29]研究认为，对豆科植物秸秆进行还田后，提高土壤有机质含量和土壤固碳能力，有机质对土壤中的氮起到固定作用，因此可以减少土壤氮的淋洗和挥发损失。Lindstrom等[30]研究表明，土壤中33%秸秆覆盖比46%秸秆覆盖氮，磷，钾分别损失了98、37和29kg/hm2。

3.1 秸秆还田对土壤有机碳的影响 Starr等[31]认为农作物秸秆是有机碳的来源，也有利于保护富含有机质的土壤团聚体的侵蚀，因为水的侵蚀最容易带走较小的颗粒，如颗粒有机碳，可溶性有机碳和粘土大小的颗粒。土壤有机碳是土壤中含碳有机物质，它包括土壤中微生物体分解的各种有机物质和动植物的残体，土壤有机碳占土壤总量的很小部分，它对全球碳平衡，土壤肥力方面起着非常重要的作用。土壤有机碳含量是进入土壤的生物残体等有机物质的输入与以土壤微生物分解作用为主的有机物质的损失之间的平衡。endprint

土壤有机碳根据研究需要，Pat-ton将土壤有机碳分为活性库（active pool）、缓性库（slow pool）、钝性库（passive pool）[32]。邵月红对农田土壤有机碳库大小及周转的研究结果表明，农田土壤各剖面的活性碳、缓效性碳、惰效性碳分别占土壤有机碳的0.6%～3.7%，37.7%～81.2%，17.1%～48.1%[33]。许多研究表明，秸秆直接还田对改善土壤的理化性状有明显效果，秸秆还田各处理的有机碳含量都高于无秸秆还田处理，同时作物增产效果明显。秸秆还田在增加土壤活性有机碳含量的同时，也提高了活性有机碳占总有机碳含量的比重。

3.2 秸秆还田对土壤酶活性的影响土壤微生物、植物和土壤动物是土壤酶的主要来源，土壤酶是土壤的组成成分之一，是土壤中各种生物化学过程重要的参与者，其活性大小可以作为表征土壤肥力的一个重要指标。甄丽莎等[34]通过大田定位试验研究得出，在玉米生长期内进行小麦秸秆还田和小麦生长期进行玉米秸秆还田配合施用氮肥和有机肥，土壤蔗糖酶可以显著提高；相同秸秆还田方式配合施用氮、磷肥可以显著提高脲酶活性。季立声等[35]对秸秆直接还田进行了生物学效应的研究表明，无论是常规翻耕还是轮耕，土壤中的蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶的数量均以秸秆直接还田处理为高。在小麦整个生育期，土壤转化酶、脲酶活性表现有秸秆处理大于无秸秆处理。闫超[36]等连续3a水稻秸秆还田，研究结果表明，秸秆还田处理脲酶平均活性较不还田处理低28.1%，蔗糖酶平均活性较不还田处理高19.8%，过氧化氢酶和酸性磷酸酶无明显影响。国外学者研究表明，秸秆还田对土壤酶的活性具有促进作用。

3.3 秸秆还田后秸秆腐解特征的变化在土壤微生物和酶的作用下秸秆进行分解和转化。其腐解速率一方面受土壤微生物和酶活性的高低限制，另一方面秸秆的腐解又必然对土壤养分释放、生物学特性产生重大作用。有大量研究表明腐解速率均表现在秸秆还田前期腐解较快，后期腐解速率逐渐变慢。李新举等[37]研究得出，轻壤，中壤，重壤三种土壤质地中，腐解速度大小为埋深5cm>埋深15cm>覆盖在表面的秸秆。32周时间内秸秆腐解百分率分别为65%、62%、50%左右。武际等[38]采用尼龙网袋法研究了不同水稻栽培模式下小麦秸秆腐解特征及对土壤生物学特性和养分状况的影响，结果表明，0～30d为快速腐解期，30d之后，腐解速率逐渐放缓，90d小麦秸秆腐解率累计达48.9%～61.3%。

3.4 秸秆还田对作物产量的影响近来，中国100多个5a以上秸秆还田的定位试验研究表明，与不还田相比，平均增产率为12.8%。也有不少报道表明秸秆还田后，出现秸秆分解过程中微生物与植物争夺土壤有效态氮，播种质量降低，但由于提高了土壤有机质和养分含量，改善土壤物理及生物化学性状，产量仍比传统耕作高，具有较好的增产效果。曾木祥[39]等认为：我国的秸秆还田量大约在1 500～9 000kg·hm-2，平均4611kg·hm-2，增产幅度在1.7%～145.8%，平均增产15.17%。

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