探讨小麦秸秆还田对土壤物理性质及农作物的影响

随着全球农业的发展和环境问题的日益突出，农业的可持续发展成为重要议题。秸秆处理一直困扰着农民和农业管理者，传统的焚烧或堆积方式不仅浪费资源，还造成大气污染和温室气体排放。秸秆还田作为一种绿色环保的方式逐渐受到重视，它将收获后的秸秆直接翻入土壤中，使其分解并提高土壤有机质含量和肥力。本研究旨在探讨小麦秸秆还田对土壤肥力的影响，重点分析其对土壤物理、化学和生物性质的改变。通过研究秸秆还田对土壤结构、养分循环、微生物群落及酶活性的影响，揭示其对农业生产的长远生态与经济效益。研究结果为秸秆资源的合理利用提供了科学依据，并为未来农业的可持续发展提供技术支持。

一、小麦秸秆还田的背景与意义

1、小麦秸秆还田的概念与发展

小麦秸秆还田指的是在小麦收割后，不采取焚烧或运输的方式处理秸秆，而是利用机械将其粉碎并翻入土壤中，作为自然肥料的一部分，以此来增强和改善土壤的肥沃度。这项技术的推广源于对秸秆焚烧所引起的空气污染和资源浪费问题的担忧，同时也致力于通过资源的优化利用来增进土壤的营养成分和改善其结构。秸秆内含有丰富的植物生长所需的有机物质和营养素，将其还田到土壤中，可以避免因焚烧或丢弃而造成的资源流失。随着农业机械化水平的提高，秸秆还田技术已经发展出多种操作方式，包括机械化的秸秆粉碎、深翻混入以及覆盖还田等。这些方法不仅减少了秸秆露天焚烧对空气质量的负面影响，而且通过长期增加土壤中的有机质含量，促进了农田的可持续发展。它不仅帮助农民有效管理了废弃物，还显著提升了农业生产的生态效益。

2、秸秆还田在农业生产中的作用

秸秆还田在农业领域扮演了多重角色，尤其在增强土壤肥沃度、优化土壤质地以及调整土壤微环境方面表现出色。秸秆中含有丰富的碳、氮、磷、钾等营养成分，经由微生物分解，逐渐释放至土壤，显著提升了土壤的有机质水平，从而改善了土壤的肥力。特别是秸秆中的碳质成分，对于维护土壤的碳氮平衡至关重要，它促进了土壤有机质的累积。此外，秸秆还田亦能显著改善土壤的物理特性，增强土壤团聚体的稳定性，提升土壤孔隙度，进而优化土壤的透气性和保水性。优良的团聚体结构有助于降低水分和肥料的流失，增强土壤的保水和保肥能力。秸秆还田同样能调节土壤温度。秸秆覆盖于土壤表面，能够缓解日夜温差对作物根系的影响，尤其在春季初期或秋季晚期等温差较大的时段，为作物根系提供更为稳定的温度条件，从而促进植物的健康成长。

3、小麦秸秆还田的研究现状

目前，关于小麦秸秆还田的研究主要集中在对土壤理化性质、作物产量以及生态环境影响等多方面的探讨。研究显示，秸秆还田能显著提升作物产量，在连续多年还田后，作物的生长速度和产量均有显著改善。然而，研究也指出，秸秆还田在短期内可能会引发一些问题，例如秸秆分解不完全，导致土壤中缺少氮，形成所谓的“氮饥饿”现象，这可能会影响作物短期内对氮素的吸收。不同地区的气候、土壤类型以及作物品种对秸秆还田效果的响应存在显著差异。在温暖湿润的地区，秸秆分解较快，效果较好；而在干旱或寒冷地区，秸秆的分解速度较慢，可能需要调整还田方式以获得更佳效果。当前研究的一个重点是如何通过优化秸秆还田的技术和管理措施，例如合理控制翻耕深度、调整秸秆粉碎程度以及选择适宜的还田季节等，以提高秸秆还田的效率并减少可能出现的负面效应。尽管面临一些挑战，但秸秆还田作为一种高效、经济且环保的农业生产方式，已展现出广阔的应用前景。

二、秸秆还田对土壤物理性质的影响

1、土壤结构与水分保持能力的变化

秸秆还田显著提升了土壤的结构，通过提高土壤中的有机质含量，促进了土壤团粒结构的形成。土壤团粒结构的强化有效增强了土壤的稳定性，使土壤颗粒更加紧密地结合，从而降低了土壤遭受风蚀和水蚀的可能性。这种改良不仅增强了土壤的结构，还提升了土壤的保水能力。秸秆分解过程中释放的有机质增加了土壤的孔隙度，使土壤变得更加疏松，从而更好地吸收和保持水分。尤其在干旱或少雨的气候条件下，秸秆还田为土壤提供了关键的保湿作用，有效避免了水分的流失，确保植物在水分有限的环境中仍能获得必需的生长条件。秸秆残体覆盖在土壤表面，还能够降低水分的蒸发，形成一层保湿层，减缓土壤中水分的散失速度。通过增强土壤的水分保持能力，秸秆还田不仅促进作物的健康生长，还为土壤微生物的生存创造更有利的环境。此外，秸秆还田还能减少土壤硬化的现象，防止土壤因长期耕作而过度压实，最终提升水分的渗透性和作物的吸水能力。

2、土壤紧实度与通透性的影响

秸秆还田显著增强了土壤的紧实度与通透性。长期的农业机械化耕作，特别是重型机械的使用，往往会造成土壤紧实度的增加，导致土壤硬化，这对植物根系的正常生长以及水分和空气的渗透极为不利。土壤的紧实状态限制了养分和水分在土壤中的流动，进而影响作物的生长。秸秆还田通过提升土壤有机质含量，有效地促进了土壤颗粒的分离，使土壤变得更加松散，减轻了压实带来的不良影响。土壤结构的松散化显著提升了水分和空气在土壤中的流动性，这不仅增强了土壤的透气性，还促进了水分的深入渗透，使得作物根系能够更深入地吸收养分和水分。随着土壤结构的优化，根系的生长更为自由，能够更深入地扎入土壤，从而获取更丰富的养分。土壤通透性的提升还能够有效降低表层径流的形成，减少水土流失的风险。因此，秸秆还田通过改善土壤的疏松度和通透性，为农作物营造了更为有利的生长环境，并提升了土壤的耕作适宜性。

3、秸秆还田对土壤温度的调节作用

秸秆还田能显著调节土壤温度，尤其在稳定土壤温度和控制极端温度波动方面发挥着关键作用。夏季高温时，秸秆覆盖在土壤表面形成隔热层，可有效降低表面温度，防止高温损害作物根系。秸秆覆盖减缓了阳光直射产生的热量，使土壤表层温度维持在适宜范围内，减少水分因高温蒸发。这种保湿效应不仅保持土壤湿润，还能缓解高温和干旱对作物的压力。冬季，秸秆还田则起到保温效果，覆盖的秸秆阻止土壤热量散失，维持土壤内部温度稳定，防止寒冷天气冻伤作物根系。这种保温作用为冬季作物生长提供稳定温度环境，尤其在温度波动剧烈的季节，减少昼夜温差对作物的负面影响。秸秆还田的温度调节功能有助于延长土壤适耕期，使农民能在更多季节进行耕作，提升农业生产的灵活性和效率。

三、秸秆还田对土壤肥力的影响

1、增加土壤有机质和养分含量

小麦秸秆，作为一种富含氮、磷、钾、钙、镁及有机质等多种营养成分的可再生生物资源，其独特的化学组成赋予了其广泛的应用潜力。尤为显著的是，其粗纤维含量高达30%-40%，这一特性为农业可持续发展提供了有力支持。实施秸秆还田策略，不仅能够显著加速生土的熟化进程，还能有效改善土壤的通气状况，通过降低土壤容重与pH值，为土壤生态系统的恢复与优化创造了有利条件。秸秆还田显著提升了土壤的肥力水平，具体表现在土壤养分含量的显著增加上。这一过程不仅为作物根系的生长发育构建了一个更加适宜的土壤环境，促进了作物的茁壮成长，还体现了其在减少碳排放、增强土壤有机质积累以及降低氮肥施用量方面的重要价值，这些均是对环境保护与农业可持续发展的积极贡献。进一步的数据分析显示了秸秆还田实践的具体成效。以秸秆中有机质含量平均约为15%为基础，假设还田秸秆量达到15000kg/hm2，则预计可向土壤中增加2250kg/hm2的有机质。此外，秸秆还田后，土壤中的有机质、全氮及有效磷等关键养分指标均实现了显著提升，其平均值分别达到24.59g/kg、1.61g/kg及27.19mg/kg，相较于还田前，这些养分的平均增幅分别为0.69g/kg、0.04g/kg及0.55mg/kg，对应的百分比增幅则分别为2.89%、2.55%及2.06%。这一系列数据充分证明了秸秆还田在改善土壤质量、促进农业生产中的积极作用。

2、改善土壤物理性状

秸秆还田后，经历微生物的复杂发酵过程，显著促进了腐植酸钙与腐植酸镁的形成。这两种化合物在土壤生态系统中扮演着关键角色，它们不仅增强了土壤微生物的活性，还加速了养分的有效分解与利用，从而深刻影响了土壤的理化性质与肥力水平。具体而言，土壤团粒结构得到了有效改善，土壤容重得以降低，孔隙度与通透性显著提升，这些变化共同作用于土壤蓄水保肥能力的提升，为作物根系构建了一个更加适宜的生长环境。此外，试验研究还显示了秸秆分解过程中的水分动态变化。在分解初期，秸秆对水分的需求显著，而进入分解后期，先前被秸秆吸收的水分逐渐释放回土壤中，导致此时土壤的含水量相较于清茬处理前显著增加。这一现象不仅体现了秸秆在土壤水分管理中的重要作用，还通过保墒作用，为作物生长提供了更为稳定的水分供应，进一步强化了秸秆还田的生态效益与农业应用价值。

3、提高土壤的生物活性

秸秆还田后，还可以观察到土壤生态系统发生了一系列显著的正向变化。土壤生物活性显著增强，这一变化直接促进了生物固氮作用的提升，为土壤提供了更为丰富的氮素资源。同时，土壤的碱性环境得到有效改善，呈现出下降趋势，这一变化对于维持土壤酸碱平衡至关重要。具体而言，秸秆还田促进了土壤中微生物的活跃性，加强了其呼吸作用、纤维分解能力、氨化作用以及硝化作用。这些生化过程的强化不仅加速了有机物质的矿化速率，还促进了土壤养分的循环与转化，使得土壤养分结构逐渐趋于合理化。此外，秸秆在分解过程中会释放大量的CO2，这一气体释放现象对于提升近地面叶片的光合作用具有积极作用。CO2作为光合作用的关键原料之一，其浓度的增加直接促进了植物叶片的光能转化效率，进而有利于植物的生长和产量的提升。

4、增产、增益、保护生态环境

机械化秸秆还田技术作为一种创新的农业实践，显著促进了秸秆中有机质的资源化利用。该技术不仅有效规避了传统秸秆焚烧所带来的环境污染问题，还通过提升土壤中有机质及多种养分的含量，对土壤质量产生了积极影响。具体而言，机械化还田减少了土壤水分的蒸发，增强了土壤的保水能力，这对于维持土壤湿度、促进作物生长至关重要。这一系列土壤改良效应直接转化为显著的增产增收效果，实验数据明确显示，小麦在采用秸秆还田技术后，其平均增产率可达7%-9%，这一成果不仅减少了化学肥料的依赖，还显著降低了农业生产成本。此外，机械化秸秆还田还从源头上解决了秸秆无序堆放与随意丢弃的问题，这些行为曾是农村环境整治的难点之一。通过规范处理秸秆，该技术有效降低了秸秆焚烧的风险，进而减轻了大气污染，为生态环境的保护作出了积极贡献。

四、秸秆还田对作物生长的影响

1、影响根系生长

长期推行秸秆还田政策，虽然带来了诸多生态和环境上的益处，但也存在一定的风险。具体来说，连续的秸秆还田操作可能会导致土壤结构发生显著变化，表现为土壤变得更加松散，孔隙变大，这会降低种子与土壤之间的接触紧密度。这种情况对种子的发芽和幼苗的早期生长构成了显著的挑战。特别需要注意的是，如果秸秆还田的处理方法不当，很容易引起土壤微生物与作物幼苗之间对养分的剧烈竞争。这种现象不仅会大幅降低种子的发芽率，还常常导致幼苗根系发育不良，出现根系悬空、叶片黄化甚至枯萎等问题。追根溯源，这些负面效应主要是由于幼苗在养分吸收上的延迟和不足，从而阻碍了作物根系的正常生长发育。

随着根系生长受限，其对后续养分的吸收能力也会减弱，这无疑对作物的整个生长周期和最终产量产生了深远的影响。在最坏的情况下，还可能出现死苗和断垄等严重问题，直接且明显地减少了农作物的预期产量。

2、发生病虫危害

秸秆，作为农业副产品，通常含有大量病原菌和虫卵。即便在秸秆还田过程中实施了处理措施，这些病原和害虫卵往往难以彻底根除，特别是某些虫卵可能仍旧顽固地存留在秸秆组织中。一旦这些含有病虫卵的秸秆被粉碎并施用于土壤，病原体和害虫卵便迅速在土壤中扎根并繁殖，显示出它们强大的生命力。土壤微生态的持续变化，以及生物繁殖力的显著增强，进一步推动了土壤微生物群落结构的调整。具体来说，土壤中的细菌、真菌和放线菌等微生物数量都出现了不同程度的增长。虽然这种变化反映了土壤生物多样性的提升，但也带来了不可小觑的风险直接影响了农作物的生长。具体来说，土壤微生物群落结构的失衡，尤其是病原微生物和害虫种群的快速扩张，很容易导致农作物病虫害的爆发。这些病虫害不仅直接损害农作物的健康生长，还可能通过降低光合作用效率、破坏作物组织结构等途径，严重影响农作物的产量和品质。在最坏的情况下，这可能导致农作物大面积减产，给农业生产带来重大损失。因此，为了应对秸秆还田过程中潜在的病虫害传播风险，采取更加科学和合理的处理措施是必要的，以确保秸秆还田的安全性和有效性。这包括但不限于强化秸秆的预处理步骤，以有效消灭其中潜伏的病菌和虫卵；改善秸秆还田后的田间管理策略，以监控并预防可能出现的病虫害问题；以及推广生物防治等绿色防控技术，以减少化学农药的使用，保护农业生态环境。

综上所述，秸秆还田作为一种有效的农田管理措施，不仅改善了土壤的物理化学性质，还增强了土壤的生物活性与养分循环能力，为农作物的健康生长提供了良好的土壤环境。

（作者单位：274601山东省菏泽市鄄城县箕山镇人民政府）