秸秆还田对土壤养分的提升和作物产量的影响

李梦瑶

（安图县农业环境与农村能源管理站/安图县农产品质量安全监督检测中心，吉林 延边 133600）

据统计，我国农作物秸秆的产量约为10 亿t/年。农作物秸秆是农业生态系统中十分宝贵的生物质能资源，因为在秸秆中储存着1/2 以上农作物光合作用的产物，且富含N、P、K 和有机质，同时秸秆富含粗纤维素、木质素、半纤维素等非淀粉类大分子物质，有较高的营养价值，因此对农作物秸秆加以利用，对促进农民增收、环境保护、资源节约以及农业经济的可持续发展意义重大。

在未推行秸秆综合利用项目前，农业生产者通常会将无法作为饲料的秸秆进行焚烧处理，将其变为草木灰再次利用。然而，焚烧秸秆产生的大量浓烟会对环境产生污染，还会对人体造成危害。为有效解决秸秆焚烧问题，治理污染，保护环境，同时提高秸秆综合利用率，国家大力推行秸秆综合利用项目。秸秆还田是把适合用作饲料和其他综合利用之外的秸秆还田到土壤中的农业技术，不仅可以改善土壤的物理性状，提高土壤肥力，还能够减轻因焚烧造成的污染，保护生态环境。

1 秸秆还田概述

秸秆种类丰富，包括稻草、麦秸秆、玉米秸秆，豆秸秆等，是宝贵的有机质资源。秸秆还田是把废弃的物品再次利用，补充土壤有机质，实现培肥增产的重要措施。

秸秆还田不仅能够减轻秸秆焚烧导致的大气烟尘污染问题，还可以通过堆沤腐熟等处理进行能量转换，将秸秆中含有的营养素和有机质施入土壤中，改变土壤的结构和物理性状，为农作物提供生长所必须的营养元素和环境。农作物秸秆中含有N、P、K 等营养物质，这些都是作物生长必须的营养元素，将秸秆还田后可以替代少量化肥。秸秆进入土壤后可以变成土壤有机质，东北地区黑土地保护所面临的严峻问题就是黑土地中有机质含量的减少，加入秸秆后，可以有效避免发生土壤有机质减少的问题，并进一步提升土壤有机质含量。然而，没有经过处理的秸秆，直接深翻入土需要长达1～2 年才可以分解成可被农作物吸收的有机物质，而且在秸秆的分解过程中，会与作物根系争夺营养，因此秸秆还田需采用合理的方式，实现提高土壤养分含量和作物产量的目的。目前，我国秸秆还田的方式主要包括沤堆还田、过腹还田和直接还田3 种方式。

堆沤还田是利用生物反应堆技术，将农作物秸秆堆积在一起后，加入发酵菌，借助高温对秸秆进行发酵。经过30 d 的充分腐熟反应后，秸秆分解成质量较高的有机肥，可以直接施入土壤使用，有助于培肥土壤。

过腹还田是将秸秆作为食物喂给家畜牛羊鹿兔等动物，秸秆经由家畜消化吸收蛋白质、糖、各类纤维元素等后，其余被家畜排泄出来后的物质经过处理，会成为提高土壤养分的环保有机肥。

直接还田是将秸秆粉碎翻压还田，即把作物收获后的秸秆通过机械化粉碎耕地，直接翻压在土壤里，该方式可以有效提高土壤内有机质含量，增强土壤微生物活性、疏松土壤、提高土壤肥力。

2 秸秆还田对土壤养分的提升和作物产量的影响

在农作物产量构成中，土壤因素约占1/3，其他因素诸如种子、栽培技术等也要通过土壤发挥作用，可以说土壤是农作物赖以生存的基础条件，是获得产量的关键因素。

土壤为农作物提供了生长所需的常量营养元素和微量营养元素，如果土壤肥力不足，缺乏作物生长所必须的营养元素，则会导致农作物品质受到影响。缺少含氮无机盐，作物就会长得矮小瘦弱，叶子小会影响光合作用；缺少含磷无机盐，作物果实会小而少；缺少含钾无机盐，作物光合作用制造的有机物不能正常运输到指定部位，植株也特别容易倒伏。因此，需要培肥地力，提高土壤的肥沃度。秸秆还田就是培肥地力的有效途径。农作物秸秆中有机质平均含量为15%，并且含有N、P、K、Ca、S 等多种农作物生长所必需的营养元素[1]。作物秸秆肥料具有来源广、数量大，资源丰富的特点，把秸秆做成肥料，养分全、肥效长，改土培肥效果好。

2.1 秸秆还田对土壤养分提升的影响

2.1.1 对有机质含量提升的影响

秸秆肥料化后利用省去了农民收获秸秆后跑、运、扎等工序，减少了劳动负担也减少了肥料的投入，同时，为来年的作物增产起到积极作用。秸秆含有丰富的C、N、P、K 和微量元素，在腐熟过程中逐渐将营养元素释放在土壤中，能够补充土壤肥力，提高全氮、碱解氮、有效磷、速效钾和缓效钾的含量，以玉米秸秆为例，玉米秸秆主要由茎秆、玉米穗和叶组成，茎秆直径为25～40 mm，实心，高度为800～3 000 mm，玉米秸秆内含有丰富的N、P、K、Ca、Mg 等多种营养元素和有机质，其中碳水化合物30%以上，蛋白质2%～4%，脂肪0.5%～1%，粗纤维37.7%，粗灰分9.5%，含氮量为0.6%，含磷量为0.27%，含钾量为2.28%，有机质含量能达到15%左右[2]，在经过充分腐熟之后，这些营养元素和有机质就能够转换为可被农作物吸收的有机质营养元素，如按每公顷秸秆还田7 500 kg 计算，可增加有机质1 125 kg。

秸秆还田的腐殖化系数较高，可达到0.25～0.50，即有25%～50%秸秆转化成为土壤的腐殖质。经腐熟后形成的腐殖酸与土壤中的Ca 和Mg 结合形成的腐殖酸钙和腐殖酸镁，可以增加土壤的透气性促进土壤水冷性团粒的形成，增加总空隙度，使土壤通透性增强，达到调节耕层水、肥、气、热的效果，同时提供丰富的养分。根据相关试验得知，土壤中连续3 年使用作物秸秆4.5 t/hm2，可使土壤有机质提高0.05%～0.09%、速效磷增加0.5～3.0 mg/kg、速效钾增加5～10 mg/kg、容重下降0.01～0.08 g/m3、总孔隙度增加1.11%。秸秆还田区的作物一般比非还田区的作物产量要高，其中水稻增产8%～15%、小麦5%～13%、棉花4%～9%、玉米5%～12%[3]。秸秆还田不仅在当季能够取得培肥改土、增效增收的效果，而且对后茬作物的生长发育也有促进作用。

2.1.2 对土壤酶活性的影响

酶对作物的生长至关重要，大部分的酶为蛋白质，主要发挥催化和调节作用，酶作用在植物叶片上，可以发挥固碳的作用；作用在茎秆上，可以促进细胞的增殖和活跃；作用在根部，能够增强植物代谢能力，在土壤中能够活化P、K，提高肥料的利用率。当作物生长缺乏微量元素时，酶还能够发挥调节作用，调节作物生长状态。秸秆还田对土壤酶活性有一定的影响，通过秸秆还田可以培肥土壤、提高土壤酶活性和减少因过量施用化肥而造成的土壤污染和退化作用。秸秆还田可以提高土壤微生物的数量，改善土壤环境，使微生物向土壤分泌更多的酶，提高土壤酶活性，同时可提高土壤纤维素酶、蔗糖酶、β-葡萄苷酶的活性，为土壤中的有机质转化提供保障，为土壤微生物的生长提供充足的碳源。研究表明，在农田中覆盖碎段秸秆，地布、透明膜和反光膜均可提高土壤酶的活性，其中覆盖秸秆效果最佳[4]。通过秸秆还田，可显著提高过氧化氢酶活性，提高根际和非根际土壤的氨化细菌、真菌、放线菌的数量及脲酶和磷酸酶的活性。

脲酶是土壤酶中唯一对尿素的转化作用具有重要影响的酶。土壤脲酶对土壤和肥料中的氮素循环有着不可替代的作用，与土壤肥力紧密相连，土壤脲酶能够增加土壤中潜在养分的有效化速率，因而可以用土壤中脲酶活性评价土壤肥力的状况，并能很好地表示土壤生产力状况。磷酸酶作为土壤中的主要酶类，能够将对应底物去磷酸化的酶通过水解磷酸单脂将底物分子上的磷酸基团除去，并生成磷酸根离子和自由的羟基。磷酸酶可以被分为两类，一类为酸性磷酸酶，一类为碱性磷酸酶。其中，酸性磷酸酶可以从不同的磷酸酶底物上水解磷酸基团供植物吸收利用，而碱性磷酸酶是非特性磷酸单脂酶，可以催化几乎所有的磷酸单脂的水解反应，生成无机磷酸和相应的无机磷酸、醇、酚供作物吸收。

2.2 秸秆还田对作物产量的影响

秸秆还田是否能够有效促进作物增产，取决于秸秆还田的质量。如果秸秆还田实施方法或技术不当，如秸秆粉碎不达标，不能将秸秆粉碎至3～5 cm，整地时会将秸秆压到土壤中，造成土壤缝隙过大，作物种子无法与土壤接触，导致无法出苗，造成产量下降。需要将秸秆粉碎至标准长度，并及早对土壤进行深翻整地或旋耕整地，进行有效镇压，保证农作物种植时的地块平整，不影响农作物播种、发芽，保证种植效果。

在种植农作物时，在底肥中多施加氮肥，保证农作物对N 的吸收和利用，还可以提高微生物对还田秸秆的分解速率，让秸秆更快腐熟，促进作物对秸秆分解物的吸收，达到农作物增产的效果。秸秆还田时对病虫害的防治措施也会影响作物产量，只有在秸秆还田前有效防治秸秆中的病虫害，才能够达到秸秆还田提高作物产量的目的。

3 秸秆还田注意事项

秸秆还田的方法较多，主要包括直接还田、过腹还田和堆沤还田，不同还田方法有不同的优势和缺陷，农业生产者需要根据所在地区的地理环境特点和所种植作物的类型选择适宜的还田方法，秸秆还田不当则会影响下一季产量，只有方法、技术得当，才能切实达到秸秆还田提质增产的目的和效果，促进我国农业产业发展。

直接还田方法的优势是省时、省力，作物收获后利用机械化粉碎机可直接将秸秆粉碎施于农田中。但秸秆被翻到土壤下后自然发酵，需要较长的时间，在短期内无法发挥出增加土壤肥力的效果；秸秆自然发酵的时间过长通常需要1～2 年，而在秸秆自然分解过程中需要微生物的帮助，而微生物的繁殖和生长需要养分，会进一步消耗土壤中的营养，造成秸秆分解跟作物抢夺营养，尤其是争夺N，N 缺失会使作物长势变差。理论上秸秆粉碎程度可达到3～5 cm，但实际操作中无法实现。当秸秆被翻至土壤下层后，会使土壤有很大空隙，出现种子无法直接接触土壤的情况。如遇干旱天气，会出现坏种和无法出苗的情况。直接还田会将染病秸秆上带有的虫卵或病害继续带入土壤中，增加病虫害的发生概率，此时农业生产者会喷洒更多剂量的药物防治病虫害，导致土壤中的微生物减少，进而造成土壤酸化、板结，进一步使作物无法健康生长，如此往复形成恶性循环[5]。

过腹还田的优势是秸秆经由家畜过腹分解后被家畜排泄出来进行还田处理，成为了提高土壤养分的环保有机肥，可以增加农业生产者收入，降低种植成本。但过腹还田需要大量的家畜，没有养殖家畜的农业生产者则无法完成过腹还田。

堆沤还田的优势是利用生物堆反应技术加速秸秆分解，将分解后的有机质和营养元素直接施入土壤，避免因秸秆分解抢夺作物营养；堆沤还田经由高温还能有效杀灭病虫害秸秆上的有害病菌，避免将旧茬上的病害带入土壤传给新茬。堆沤还田前需要先进行腐熟—发酵—分解，该过程时间较长，且根据所在地区的不同，腐熟发酵分解的时长又有所区别，水分多、湿度大的地区，在发酵过程中产生的微生物会较多，秸秆腐熟发酵的时间就会缩短；在干旱缺水的地区，腐熟发酵的时间会相对较长。由于地区环境的差异性和作物秸秆的不同，实施堆沤还田时需根据所在地区的环境特点及秸秆类型选择是否堆沤。

4 结束语

作为国家大力推行的治理污染、解决秸秆利用问题的措施，秸秆还田在方法、技术得当的前提下，通过堆沤还田、过腹还田、粉碎直接还田等方式，可以将秸秆中本身含有的有机质和营养元素输送至土壤中，提升土壤中的养分含量和生物活性并提高农作物的产量。