秸秆还田对不同地区土壤温度的影响研究现状分析

王 娜， 王 璐， 宋昌海， 洪恩众

（1.呼伦贝尔市农牧技术推广中心，内蒙古 呼伦贝尔 021008；2.呼伦贝尔市农牧科学研究所，内蒙古 呼伦贝尔 021008）

秸秆还田可以提高作物产量和品质、增强土壤固碳能力、调节地温，是世界普遍推广的一种培肥地力、提升耕地质量的措施[1]。土壤温度在田间作物体系研究中经常被忽略，但是在作物系统中土壤温度起到非常重要的作用，它影响作物的生长发育以及土壤的各种生理生化过程。过去的几十年里，秸秆还田试验在不同地区普遍开展，取得了丰富成果，研究认为秸秆还田可以降低土壤温度[2]；或者增加土壤温度[5]；抑或可以调节土壤温度[3-4]，低温天气下提高土壤温度，高温天气下则降低土壤温度。然而对于不同地区、不同作物、不同种植模式下秸秆还田对土壤温度的影响还缺乏整体性的分析研究。本试验整合近30 年公开发表的秸秆还田对土壤温度效应的文献数据进行定量分析，明确不同地区、不同作物秸秆、不同耕作措施、不同还田时期等因素下秸秆还田对土壤温度的影响，以期为在农业生产中根据实际情况选择合适的秸秆还田方式提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 数据来源

本试验数据来源于中国知网、万方数据知识服务平台、维普网等数据库，通过设置关键词：秸秆还田、土壤温度，检索截至2022 年1 月公开发表的关于秸秆还田对土壤温度的影响的文献，共获得文献529 篇，按以下标准进行筛选：①剔除相同文献或采用同一试验数据的文献；②为研究报告型论文，试验对象为大田农作物，试验地点在全国陆域（不含港澳台地区）；③文献中写明了秸秆还田方式、秸秆的作物类型以及种植作物类型；④设置对照空白试验和秸秆还田试验，各处理设置3 个重复及以上。经过筛选，共获得文献33 篇[4-36]、有效独立研究性试验数据606 组，将数据按照试验地区、不同作物秸秆、耕作措施、土层深度、不同还田时期进行分组。

1.2 数据分析

利用MetaWin 2.1进行荟萃分析，效应值选用反应比R（response ration）描述秸秆还田对土壤温度的影响：

式中：Xe为秸秆还田处理土壤温度均值；Xc为秸秆不还田处理土壤温度均值。采用随机效应模型计算累计效应值：

其中：

式中：yi为第i个研究效应值；wi为第i个研究权重；τ2为研究间方差（τ2采用MetaWin 2.1内置的Dersimonianlaird法计算）；Se为秸秆还田处理土壤温度标准差；Sc为秸秆不还田处理土壤温度标准差；Ne为秸秆还田处理样本数；Nc为秸秆不还田处理样本数。

采用总体平均效应值的95%置信区间C判断秸秆还田对土壤温度的影响：C全部大于0，秸秆还田显著提升土壤温度；C全部小于0，秸秆还田显著降低土壤温度；C包含0，秸秆还田后土壤温度变化不明显。

2 结果与分析

2.1 秸秆还田对土壤温度的整体效应量和偏倚性检验

整合分析秸秆还田对土壤温度的效应，异质性检验的统计量为699.51，异质性检验的显著性为0.004 6，达到显著水平，整体平均效应量为-22.69%（95%置信区间：-29.48%～-15.89%），秸秆还田降低土壤温度。失安全系数为8 961.9＞5×605（样本数）+10[37]，这表明所获得的文献不存在发表偏倚。

表1 整体效应量分析

2.2 不同地区秸秆还田对土壤温度的影响

不同地区秸秆还田对土壤温度的影响存在差异，但差异不显著（n=606，P=0.1079）。不同地区秸秆还田后土壤温度均下降，其中，华北、东北地区秸秆还田区土壤温度显著低于秸秆不还田区（P＜0.05），西北地区土壤温度差异不显著，华东地区土壤温度变化小。华北地区土壤温度降低28.88%，受秸秆还田的影响最大，东北地区次之，降幅为26.41%，其次为西北地区（13.24%），华东地区（4.64%）最小（图1）。

图1 不同地区土壤温度的反应比

2.3 不同作物秸秆还田对土壤温度的影响

不同作物秸秆还田对土壤温度的影响有显著差异（n=606，P＜0.05）。花生秸秆、大豆秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆还田后，土壤温度显著下降，而水稻秸秆还田后对土壤温度无影响。不同作物秸秆还田后土壤温度降幅大小依次为大豆（73.89%）、花生（55.70%）、小麦（29.20%）、玉米（22.09%）、水稻（0.10%）（图2）。

图2 不同作物秸秆还田土壤温度的反应比

2.4 不同耕作措施下秸秆还田对土壤温度的影响

不同耕作措施下秸秆还田对土壤温度的影响存在显著差异（n=575，P＜0.001）。条耕、旋耕、免耕下秸秆还田后土壤温度显著下降，深松、深翻下秸秆还田后土壤温度的变化不明显（图3）。

图3 不同耕作措施下土壤温度的反应比

2.5 秸秆还田对不同土层土壤温度的影响

与秸秆不还田相比，秸秆还田区各土层的土壤温度均下降，其中5、10、15、20、30 cm 土层温度与秸秆不还田区的差异达到显著水平（P＜0.05），25 cm土层温度差异不显著。各土层土壤温度降幅大小依次为5 cm（39.10%）、10 cm（29.35%）、15 cm（25.78%）、30 cm（20.78%）、20 cm（17.68%）、25 cm（15.12%）（图4）。

图4 土壤温度的反应比随土层的变化

2.6 不同时期秸秆还田对土壤温度的影响

不同时期秸秆还田对土壤温度的影响不同，1月、2月、4月、11月、12月秸秆还田区土壤温度升高，3月、5月、6月、7月、8月、9月、10月秸秆还田区土壤温度降低，其中5月、6月、7月、8月、12月秸秆还田对土壤温度的影响差异达到显著水平（P＜0.05）（图5）。

3 讨论与结论

土壤温度对土壤氮吸收、土壤呼吸和作物生长发育均有显著影响，秸秆还田对农田土壤温度的影响研究较多，但结果不同。荟萃分析结果表明，在不同地区、不同作物秸秆、不同耕作措施、不同土层下秸秆还田均表现为降温效应，秸秆还田后土壤温度降低。这一效应在温热地区可以减轻土壤温度过高给作物带来的不利影响；但在冷凉地区，播种期较晚，秸秆还田可能会影响播种期土壤温度的回升，从而降低播种质量。

3.1 不同作物秸秆和耕作措施对土壤温度变化的影响

本试验发现，不同作物秸秆还田后土壤温度变化不同，这可能与作物种植方式有关，花生秸秆、大豆秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆还田区为旱作农田，秸秆腐解慢，影响效应大；水稻秸秆还田区为水作农田，秸秆在水中腐解快，影响效应小。不同耕作措施下秸秆还田对土壤温度的影响存在差异，这与前人的研究结果相符[38-39]，深松、深翻将秸秆翻入土壤中，使土层表面秸秆覆盖度降低，从而与对照区的差异减小，而免耕、旋耕、条耕处理下，秸秆覆盖在土层表面，表层土覆盖度高，秸秆阻隔太阳的直接辐射，使土壤吸收的热量减少，从而使土壤温度降低。

3.2 土壤温度在不同土层和不同时期的变化

秸秆还田后不同土层土壤温度下降，且浅层土壤温度降幅大。地表的温度随气温变化明显，秸秆覆盖后，在土壤与大气之间形成了阻隔层，热导率变慢[27]，地表吸收的太阳热量减少，温度下降。本试验发现，30 cm 土层降温的幅度大于20、25 cm 土层，原因可能是开展30 cm 土层温度研究的试验在秸秆还田的同时配合深翻措施，使秸秆移位到该土层。

不同时期秸秆还田对土壤温度的影响不同，气温低时，秸秆的覆盖减少土壤热量散失，提高土壤温度；气温高时，秸秆的覆盖阻挡土壤对热量的吸收，降低土壤温度。这2 种不同的效应在作物生育时期产生变换，减轻了高温和低温胁迫对作物生长的不利影响[22]。