秸秆还田对土壤理化性质及小麦产量的影响

刘继培，张 扬，崔广禄，李 飒，郄 营，司长城，田 琳

（1.北京市大兴区土肥工作站 北京 102600；2.北京市大兴区农业技术推广站 北京 102600）

据估算我国每年的玉米秸秆产量为近2.7亿t，受秸秆资源化利用经济效益不高、技术不成熟等因素的影响，目前全国有一半以上的秸秆未能得到有效利用，造成了资源的极大浪费。同时，焚烧秸秆等不当处理措施，对农业及大气环境造成了污染，也对人类生存构成了威胁。

秸秆属于可再生资源，含有丰富的碳、氮、磷、钾以及中微量元素等[1，2]。秸秆还田不仅能改善土壤的物理结构[3～6]，还能提高土壤肥力[7]。随着微生物的分解，秸秆中的营养元素可以缓慢地释放出来供给作物利用[8]。秸秆还可以为土壤微生物活动提供丰富的碳源和氮源，显著增加土壤微生物数量、微生物量碳和活跃微生物量[9～10]，从而提高土壤的生物活性[11]。实施秸秆还田后，能够显著提高土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、转化酶、纤维素酶和过氧化氢酶等多种酶的活性[12～14]；同时，还能够改善耕层土壤环境，有利于作物根系生长[15]，增加根系数量[16]和根长密度[17]，促进作物对氮素的吸收，提高各器官的生物量[18，19]，从而提高产量[20]。

目前我国面临巨大的人口和资源压力，这种形势决定了作物高产仍然是我国保护性耕作研究的重点之一，其中，秸秆还田是一项重要的技术措施，在培肥土壤、保护环境、节本增效等方面表现出不可替代的作用。随着近年来“田园清洁行动”及农业生态环境要求，秸秆资源化利用迫在眉睫，同时政府部门对于秸秆资源化利用的推动力度不断加大，因此，如何有效地进行秸秆还田显得尤为重要。研究连续3 a秸秆还田对作物产量及土壤理化性状的影响，旨为实现秸秆资源养分高效利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2013～2016年连续3个小麦季在北京市大兴区进行。试验地土壤类型为潮土，质地为壤土，试验前0～20cm耕层土壤基础养分含量为有机质11.31g/kg、全氮0.91 g/kg、全磷0.82 g/kg、全钾7.98 g/kg、碱解氮 104.62 mg/kg、有效磷 16.85 mg/kg、速效钾110.40 mg/kg，容重1.54 g/cm3，pH值8.50。

1.2 试验材料

小麦品种为农大211。

秸秆腐熟剂主要成分为芽孢杆菌、放线菌、酵母菌和丝状真菌等多种有益微生物以及多种胞外酶类，有效活菌总数＞200亿个/g。

化肥种类有尿素（N含量46.2%）、过磷酸钙（P2O5含量18%）、硫酸钾（K2O含量52.%） 和三元复合肥（N、P2O5、K2O含量分别为20%、10%和15%）。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计试验设秸秆还田＋腐熟剂（T1）、秸秆还田（T2）和秸秆不还田（CK）3个处理。其中，T1处理方法为玉米成熟后将秸秆14 269.5 kg/hm2粉碎成长5～10 cm的段，然后将秸秆腐熟剂30 kg/hm2与适量潮湿细砂土混匀并均匀撒施在秸秆上，再用机械将秸秆翻埋入土壤；T2处理方法除不加秸秆腐熟剂外，其他措施均与T1处理方法相同。小区面积60 m2，随机区组排列，3次重复。

小麦季化肥N、P2O5、K2O的施肥量分别为270、150和90 kg/hm2，其中，氮肥分3次施入（基肥、返青肥、拔节肥分别占50%、30%和20%），磷肥和钾肥均一次性基施。小麦前茬作物为玉米，播种前一次性撒施三元复合肥750 kg/hm2后翻耕。其他栽培管理措施同大田常规。

1.3.2 测定项目与方法 小麦收获时，采用“S”型采样法，每小区均选取5个样点，采集0～20 cm土样，拣出杂草和碎石后将5个土样混匀，采用四分法取土样1 kg带回实验室，于阴凉通风处风干，磨细过筛后置干燥处保存，测定基础理化指标[21]。其中，容重测定采用环刀法，pH值（水土比2.5∶1） 测定采用电位法，有机质含量测定采用油浴加热-重铬酸钾容量法，有效磷含量测定采用0.5 mol/L NaHCO3溶液浸提-钼锑抗比色法，速效钾含量测定采用1.0 mol/L NH4OAc溶液浸提-火焰光度计法。

根据土壤容重测定结果，按照公式，计算单位面积土壤质量（Msoil）∶

式中，Msoil—单位面积土壤质量（kg/hm2），ρb—土壤容重（g/cm3），T—土体深度（m）。考虑到不同耕作方式对耕层土壤影响较大[23]，本文中T以0.2m计算。

根据土壤有机质含量测定结果和土壤质量，按照公式，计算单位面积土壤固碳量（SCS）∶

式中，SCS—土壤固碳量（kg/hm2），SOM1—收获时的土壤有机质含量（g/kg），SOM0—播种前的土壤有机质含量（g/kg），1.724—土壤有机质与有机碳量的换算系数，1 000—土壤有机质含量单位g/kg转化为kg/kg的系数。

收获期，各小区均实收计产。

1.3.3 数据分析 利用Excel 2003和SAS 9.0软件进行数据处理和统计分析，采用最小显著法（LSD）进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 连年秸秆还田对土壤容重和pH值的影响

相同年份下，土壤容重和pH值顺序均为T1处理＜T2处理＜CK，其中，T1与T2处理差异均不显著，且2015年和2016年二者指标值均显著＜CK（表1）。表明实施秸秆还田可降低土壤容重和pH值，连续实施2 a即可产生明显效果，其中，增施腐熟剂处理的效果优于不施腐熟剂处理，但二者差异并不明显。连续实施秸秆还田3 a后，T1处理的土壤容重为1.35 g/cm3，较CK降低了0.18 g/cm3；pH值为8.30，较CK降低了0.27个单位。

随着试验期限的延长，CK的土壤容重（1.52～1.54 g/cm3）较初始值（1.54 g/cm3）变化不大，pH值呈逐渐升高趋势；而实施秸秆还田处理的土壤容重和pH值均逐渐降低。连续实施秸秆还田3a后，T1和T2处理的容重分别较初始值降低了0.19和0.14 g/cm3，降幅分别为12.34%和9.09%；pH值较初始值（8.50）分别下降了0.20和0.17个单位，降幅分别为2.35%和2.00%。表明秸秆还田对降低土壤容重和酸碱度的效果随着实施年限的延长而逐渐提高，其中，增施腐熟剂处理的效果优于不施腐熟剂处理。

综上分析可以看出，实施秸秆还田可降低土壤容重和pH值，且效果随着实施年限的延长而逐渐提高，连续实施2 a即可产生明显效果，其中，增施腐熟剂处理的效果略优于不施腐熟剂处理。

表1 秸秆还田对土壤容重和pH值的影响Table 1 Effects of straw returning on soil bulk density and pH value

2.2 连年秸秆还田对土壤速效养分含量的影响

除2015年土壤速效钾含量顺序为T2处理＞T1处理＞CK外，其他年份的土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量顺序均为T1处理＞T2处理＞CK，其中，T1处理的碱解氮含量均与CK差异显著，T1和T2处理2015年和2016年的有效磷和速效钾含量与CK差异达到了显著水平，而整个试验期内T1与T2处理的所有指标差异均不显著（表2）。表明实施秸秆还田可提高土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量，其中，仅增施腐熟剂处理对提高土壤碱解氮含量效果明显，连续实施2 a后无论是否增施腐熟剂均可明显提高土壤的有效磷和速效钾含量，但在整个试验期内是否增施腐熟剂对土壤养分含量的影响效果差异均未达到显著水平。连续实施秸秆还田3 a后，T1处理的土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量分别为113.7、18.3和130.1 mg/kg，分别较CK提高了6.46%、14.38%和16.16%。

随着试验期限的延长，CK的3种土壤速效养分含量均较初始值变化不大；而实施秸秆还田处理的土壤速效养分含量均逐渐增加。连续实施秸秆还田3 a后，T1和T2处理的碱解氮含量分别较初始值提高了8.68%和8.01%，有效磷含量分别较初始值提高了8.61%和8.01%，速效钾含量分别较初始值提高了17.84%和17.21%。表明秸秆还田对提高土壤速效养分含量的效果随着实施年限的延长而逐渐提高，对各养分含量提升幅度的顺序为速效钾＞碱解氮＞有效磷，其中，增施腐熟剂处理的效果优于不施腐熟剂处理。

表2 秸秆还田对土壤速效养分含量的影响 （mg/kg）Table 2 Effects of straw returning on soil available nutrients

综上分析可以看出，实施秸秆还田可显著提高土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量，提升幅度顺序为速效钾＞碱解氮＞有效磷，且效果随着实施年限的延长而逐渐提高，其中，增施腐熟剂处理的效果略优于不施腐熟剂处理。

2.3 连年秸秆还田对土壤固碳量的影响

相同年份下，T1和T2处理的土壤有机质含量和土壤固碳量均显著＞CK，其中，T1处理除2016年土壤固碳量与T2处理相同外，其他指标值均＞T2处理，但二者差异均未达到显著水平（表3）。表明实施秸秆还田均可显著提高土壤有机质含量和土壤固碳量，其中，增施腐熟剂处理的效果优于不施腐熟剂处理，但二者差异并不明显。连续实施秸秆还田3 a后，T1处理的土壤有机质含量为13.22 g/kg，较CK提高了16.27%；土壤固碳量达到了2427.45kg/hm2，较CK提高了31.00倍。

随着试验期限的延长，CK的土壤有机质含量和土壤固碳量均呈降低趋势；而实施秸秆还田处理的土壤有机质含量和土壤固碳量均逐渐增加。连续实施秸秆还田3 a后，T1和T2处理的有机质含量分别较初始值增加了1.91和1.86 g/kg，增幅分别为16.89%和16.45%；土壤固碳量相同，均达到了2 427.45 kg/hm2。表明秸秆还田对提高土壤有机质含量和土壤固碳量的效果随着实施年限的延长而逐渐提高，其中，增施腐熟剂处理的效果优于不施腐熟剂处理。

综上分析可以看出，实施秸秆还田可显著提高土壤有机质含量和土壤固碳量，且效果随着实施年限的延长而逐渐提高，其中，增施腐熟剂处理的效果略优于不施腐熟剂处理。

表3 秸秆还田对土壤固碳量的影响Table 3 Effecst of straw returning on soil carbon sequestration

2.4 连年秸秆还田对小麦产量的影响

相同年份下，小麦产量顺序均为T1处理＞T2处理＞CK，其中，T1与T2处理差异不显著，但二者均与CK差异达到了显著水平（表4）。表明实施秸秆还田均可显著提高小麦产量，其中，增施腐熟剂处理的效果优于不施腐熟剂处理，但二者差异并不明显。连续实施秸秆还田3 a后，T1处理的小麦产量为6 619.5 kg/hm2，较CK提高了10.16%。

随着试验期限的延长，CK的小麦产量变化不大；而实施秸秆还田处理的小麦产量均逐渐提高，其中，T1处理产量依次较CK提高了5.58%、7.88%和10.16%，T2处理产量依次较CK提高了4.47%、6.94%和9.04%。表明秸秆还田对小麦产量的提升效果随着实施年限的延长而逐渐提高，其中，增施腐熟剂处理的效果优于不施腐熟剂处理。

综上分析可以看出，实施秸秆还田均可显著提高小麦产量，且效果随着实施年限的延长而逐渐提高，其中，增施腐熟剂处理的效果略优于不施腐熟剂处理。

表4 秸秆还田对小麦产量的影响（kg/hm2）Table 4 Effect of straw returning on wheat yield

3 结论与讨论

秸秆还田可以明显改善土壤的理化性质[25]。土壤容重是土壤的一项重要物理性质，在一定程度上能够反映土壤的稳定状态。土壤容重的变化影响着土壤中水、肥、气、热的协调性以及作物根系在土壤中的生长状况。本研究结果表明，与秸秆不还田（CK）相比，连续2 a实施秸秆还田即能显著降低土壤容重，这与郭海斌[26]的研究结果相一致。在秸秆还田条件下，增施腐熟剂后有利于土壤容重的进一步降低，但与未施用腐熟剂处理的差异未达到显著水平。

本研究结果显示，秸秆还田可以提高土壤的碱解氮含量。与秸秆为土壤微生物的活动提供了充足的碳源，有利于土壤氮素的矿化[27]有关。秸秆还田后土壤有效磷和速效钾含量增加，连续实施2 a即可产生明显效果。分析原因，认为主要有2个方面∶一方面，秸秆中含有丰富的磷钾元素，施入土壤后能直接为土壤补充磷钾养分；另一方面，秸秆腐熟后形成的腐殖质是土壤有机质的主要组成成分，具有溶磷解钾的作用，能够提高土壤磷钾素的有效性[28，29]。

作物秸秆本身所含有的有机成分通过还田作为对土壤有机质的补充，对于提高土壤有机质含量效果显著[30]。本研究结果显示，秸秆还田可有效提高土壤的有机质含量，且效果随着施用年限的延长而逐渐增大。作物秸秆循环利用虽然在一定程度上能够提高土壤肥力，但生产上能否替代化学肥料的施用一直是众多学者关注的焦点，其具体应用方式和效果还有待进一步研究。

合理施用秸秆可以显著提高作物 产量[1，8，20，24，31]。实施秸秆还田后，土壤容重降低利于作物根系生长，土壤速效养分含量增加提高了土壤肥力，有利于作物对养分的吸收和利用，为产量提高奠定了物质基础。本研究结果显示，实施秸秆还田可明显提高小麦产量，且效果随着实施年限的延长而逐渐提高，其中，增施腐熟剂处理的效果略优于不施腐熟剂处理，但二者差异并不明显。与秸秆不还田相比，实施秸秆还田3 a后增施腐熟剂处理的增产率为10.16%，不施腐熟剂处理的增产率为9.04%。

腐熟剂中含有大量的酵母菌、霉菌、细菌和芽孢杆菌等[30，32]，能够提高秸秆腐熟的速度和效果。同时，微生物在分解秸秆过程中可产生多种有机酸，而有机酸对土壤矿质成分有一定的溶解作用，有利于提高土壤养分的有效性。因此，秸秆还田＋腐熟剂处理的应用效果优于秸秆还田处理。

连续3 a的秸秆还田试验结果表明，实施秸秆还田能显著降低土壤容重和pH值，有效提高土壤碱解氮、有效磷、速效钾和有机质的含量以及小麦产量，且效果随着施用年限的延长而提高。其中，秸秆还田＋腐熟剂处理的效果优于秸秆还田处理，但二者指标差异均未达到显著水平。

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首先进行自然边坡上对工程区或建筑物具有潜在危害的地质体进行普查，如图1所示。危岩体是边坡内被多组不连续结构面切割分离，稳定性差、可能以滑移、坠落或倾倒等形式失稳的地质体，是自然边坡最主要的危险源。危岩体调查工作是通过地质人员现场勘探、三维激光扫描、陆地摄影测量、航测和遥感等技术手段，查明危岩体的相关特性参数、空间形态、物质组成和结构，并界定危岩体边界范围。

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