[精品]试论秸杆还田与土壤改良和利用

1、试论秸杆还田与土壤改良和利用作物秸秆进入土壤并参与土壤生态系统的物质循环，这是保持土壤肥力的重耍 因素。我国从70年代开始秸秆覆盖免耕研究，这是秸秆覆盖与免耕结合的一种 发展方式。70年代我国较多地区开始残茬覆盖减耕免耕、早地秸秆覆盖、秸秆 覆盖减耕、草肥覆盖耕作法、早地免耕整秸秆半覆盖技术等:在南方地区主要有 覆盖少耕、覆盖免耕、多熟作物覆盖少耕技术等。伴随着少免耕技术的发展，秸 秆还田技术也得到了相应的发展，秸秆还田措施是能保蓄水土、培肥地力和确保 作物稳产、高产的有效途径z-o一、秸秆还田对土壤结构的影响秸秆还田能使土壤容重降低，通气孔隙和大粒径微团聚体增加，耕层土壤较 为疏松。但也有研

2、究表明秸秆覆盖还田对土壤容重、孔隙度等土壤结构的改善不 明显，其至述冇得岀容重冇所增加，结构破坏。由丁土壤容重、孔隙度等物理性 质的测定受外界因素与出间作业的干扰，再加上本来这些指标即或在同一块土地 上，也存在着极大的差异性，因此难以得出准确的结果。吴崇海等1进行的小 麦不同留茬试验中，发现与空白对照相比各留茬处理的土壤交换量高 1.5-2.3cmol/kg, 土壤容重降低0.15-0.2 g/cm；总孔隙度增加567.4%。杜守宇2 报道指出，秸秆覆盖山而可减轻雨水对土壤的拍打冲击淋洗，保持表土不被压实 而下沉，并可以消除阳光曝晒而引起的表土硬结龟裂，使土壤保持良好的结构; 更为重要的是覆盖

3、的秸秆还皿后增加了土壤有机质，土壤屮腐殖质与团粒结构的 比重大大增加，土壤团聚体数量增多，总孔隙度提高，容重下降，稳水保肥性能 增强，通透性改善，为土壤良好结构的形成奠定了基础，故使土壤结构状况得以 改善。据袁家富3的研究表明麦iii覆盖3000kg/hn?稻草对土壤冇机含量、容重、 总孔隙度的影响在试验前后无明显差界;稻草覆盖麦收后土壤有机质含量较裸地 和试验前分别平均上升了 6.65%和6.39%,容重下降了 7.75%和7.03%,总孔隙 度增加了 6.44%和6.60%o另据王玉坤秸秆覆盖3年试验结果表明，0 -20cm耕 层土壤容重由1.486g/cm3卜降到1.463g/cm3,卜

4、降率1.5%;总孔隙度由43.92%增 加到44.79%,增长率为2.0% 4.二、秸秆还田的土壤培肥效应国内外的试验均表明，秸秆还田后土壤冇机质和养分含量明显增加，尤以表 层差异显著。据报道5,凡是施用秸秆的处理，0-20 cm 土壤有机质含量都在 10.0g/kg以上，且随秸秆述ii【量的增加而增加;并且不同的耕作方式对土壤冇机质 的积累有不同的影响，免耕处理最有利于有机质的积累，其次是覆盖秸秆，再次 是翻压秸秆。袁家富在麦皿覆盖3000kg/hm2稻草的试验屮发现，稻草覆盖麦收 后土壤有机含量较裸地和试验前分别平均上升了 6.65%和6.39%,在水田土壤上 进行的试验结杲相同:有机物料

5、的施用提高了水田土壤耕层有机质含量，特别是 长期施用冇机物料对土壤冇机质的增加冇显著的效果。据四北农大渭北早嫄试 验，秸秆覆盖免耕23年，010cm 土层有机质含量增加了 15.35%,含n量增加 了 90.3%。植物物质是保持和提高土壤肥力的重要物质基础，它是土壤有机质的 主耍来源，同时又是作物养分，特别是n的来源。作物秸秆木身含冇各种营养 元素，是土壤养分的补给源。作物秸秆进入土壤并参与土壤生态系统的物质循环, 是土壤养分的补给源。作物秸秆进入土壤并参与土壤生态系统物质循环，这是保 持上壤自然肥力的重要因索。施入有机肥也是保持和提高土壤有机氮和氮储量的有效措施，主耍表现在氮 的残留量上。黄

6、东迈等1研究表明，有机肥的氮残留量比硫酸钱高，在稻麦轮作 屮，第一季化肥区的残留氮为19%-26%,而冇机肥区的残留量47%-62%,冇机 肥与无机肥配合区为40%-44%,而且有效持续时间肥效可延续到3-4季作物, 在增加的土壤有机氮屮，其屮富里酸氮，氨基糖态氮和氨基酸态氮增加较多。吴 景贵等6试验结果表明，非腐解冇机物料的施用，显著提高了水田土壤中生物 量碳和氮含量。籍增顺等7人在进行6年试验后认为秋耕覆盖和秋耕秸秆还田 是调控土壤氮强度的两条主要措施。秸秆覆盖除了能直接补充土壤一部分氮素 外，近年来一些研究表明8,还可以促进固氮微生物的固氮作用和豆科作物的 共生固氮，从而增加土壤屮的氮索

7、含量。另外，与其它大量营养元素相比，土壤 磷的含量相对较低。彭琳9研究表明，施用冇机肥可使十.壤冇效磷从33mg/kg 提高到48mg/kgo 土壤磷的吸附与解吸、沉淀与溶解是土壤磷转化的重耍化学过 程，施用冇机肥料能提高磷冇效性的机理，多数学者认为是冇机肥影响上壤磷的 吸附和解吸特性而起作用的。三、秸秆还田的土壤温度很多研究表明，秸秆覆盖对光辐射的吸收转化和热量传导均有影响。秸秆覆 盖在地表形成一层土壤与大气热交换的障碍层，即可以阻止太阳直接辐射，也可 以减少土壤热量向大气中散失，同时还可以有效地反射长波辐射。因此，秸秆覆 盖下土壤温度年日变化均趋缓和，低温时有“增温效应”，高温吋有“降温效

8、应”, 这种双重效应对作物生产十分冇利，能冇效地缓解气温激变对作物的伤害。据周 凌云3年研究结杲，盖秸麦田比不盖秸麦田冬季可提高耕层土壤（0-15cm）地温 0.5-2.50c,有减轻小麦冻害，降低死苗率，保证小麦安全越冬及促进根系发育的 作用。小麦后期盖秸耕层土壤温度比未盖秸耕层土壤日均温低0.3-0.50c,有利 于防御干热风对小麦的危害，也有利于后续作物（玉米）的苗期生长。同吋，秸秆 覆盖在春季有调节麦田地温的滞后作用，可抗御“倒春寒”等不利气候对小麦生 长的危害，促进小麦个体和群体的协调发育。袁家富指出麦田覆盖稻草的调温作 用随覆盖量的增加而加强，冃随土壤深度的增加，覆盖处理与裸地的土

9、温差异愈 小。高绪科网报道，秸秆覆盖与对照入冬至小麦返青期5cm地温连续观测结果, 早晨覆盖比对照高0.31.00c,屮午至晚上对照比覆盖高0.3-1.00c,说明覆盖层 对热传导对流的隔离作用而起着调节温度的作用。四、秸秆还田对土壤水分的影响水分是土壤物理性状的重要组成部分，秸秆覆盖还出后对土壤水分性状的影 响是复杂的，如在非灌溉土壤上，还后秸秆腐解的过程屮将消耗大量土壤水分, 因而产生与作物争夺水分的现象。当这种腐解过程基本结束后，出于秸秆覆盖还 田增加了土壤的保水性、渗水性，因而有利于土壤水分性状的改善或土壤含水量 的增加。由于在自然条件下，土壤表层受雨滴的直接冲击，土壤团粒结构破坏，

10、土壤孔隙度减小，形成不易透水透气、结构细密紧实的土壤表层，影响降水的就 地入渗。而在土壤表面覆盖一层秸秆，避免了降水对地表的直接冲击，团粒结构 稳定，土壤疏松多孔，因而土壤的导水性强，降水就地入渗快，地表径流少。据 张志出报道，小麦拔节前覆盖处理的土壤饱和导水率为22.92cm/h,对照为 8.25cm/h;小麦收获后覆盖处理的土壤饱和导水率为22.92cm/h,对照为10.29cm/h, 曲此町见，秸秆覆盖下土壤饱和导水率高，土壤蓄水能力增强。据赵聚宝田间试 验测定结果，麦田冬前覆盖处理，全生育期土壤储水量比对照多47.3mm;春玉米 川拔节初期秸秆覆盖处理，全生育期上壤储水量比对照多69.

11、3mm;麦山夏闲期秸 秆覆盖处理，土壤储水量比对照多45.3mm;春玉米出冬闲期秸秆覆盖处理土壤储 水量比对照多45.2mm。周凌云研究表明，麦皿秸秆覆盖措施以后，可有效降低 耗水系数8.1%-23.2%,提高了水分利用率。秸秆覆盖提高了土壤的諮水、保墟能 力，更有利于发挥上壤水库的调蓄作用。麦田秸秆覆盖不仅对当季冬小麦有显著 的节水效应，也有利丁下茬作物的节水。王栓庄研究发现，在充足供水条件下麦 出秸秆覆盖的节水效应不明显，而在限量供水条件下麦出秸秆覆盖的节水效应十 分明显，主要表现在:(1)皿间耗水减少;(2)灌溉效益高;(3)节水效果良好，并且其 节水效应不存在负效应(节水效应的负效应是

12、指在某一节水措施节水过程中，减 少了回补地卜水资源的部分而引起的再生资源的减少)。杜守字等研究发现，秸 秆覆盖农【ii后，因遮住了地而光照，能够抑制杂草滋生，降低了上壤水分的消耗 比裸地少，中后期蒸散耗水比裸地多，全生育期总耗水量与裸地并无明显差异。 其意义就在于秸秆覆盖有调控土壤供水的作用，使作物苗期耗水减少，需水关键 期耗水增加，农fr水分供需状况趋于协调，从而提高了水分利用效率。秸秆覆盖 麦田对保蓄田间水分、降低水分消耗速度、减少棵间无效蒸发量、调节地温、培 肥地力等多方而生态环境效应有显著效果，是一项具有多功能的节水实用技术， 对促进作物的增产有一定的实用价值。五、秸秆还田对土壤微生物

13、的影响土壤微生物和肥力的演变、作物营养具有密切关系;土壤酶活性的大小反映 着土壤屮进行的各种生物化学过程的方向和强度。因此，研究秸秆覆盖的土壤生 物学效应，对揭示覆盖还出的实质具有一定的意义。土壤本身固有的养分在增加 秸秆有机物质以后，土壤的c/n比发生了变化，为增强iw促反应和土壤呼吸强 度提供了基质，从而促进了土壤生物活性的提高。出于秸秆冇机能源具冇刺激效 应一土壤微生物绝大多数屈于有机营养型，故富含有机能源的植物残体覆盖还田 以后必然导致和刺激土壤屮各类微生物细胞增殖的效应。研究发现，进行秸秆覆 盖处理以后，土壤中微生物活性、酶活性显著提高，土壤的理化性状亦相应的发 生变化。土壤微生物多

14、为有机营养型，富含易分解性的作物秸秆覆盖以后，为土 壤生物提供了能源，激发了微生物的增殖，同时在冇机物质分解过程中，各种冇 机或无机养分成分的消长，也必然会引起上壤微生物区系组成的变化。两者综合 作用的结果是促进了土壤微生物生存的生态因素，增加了土壤微生物数量。秸秆覆盖后土壤有机质含量大大增加，为土壤微主物提供了良好的生态环 境，使得土壤微生物的种类和数量均有所增多，提高了土壤微生物的活性。大量 试验表明秸秆覆盖后土壤微生物的种类、数量都增多了，活性也增强了，特别是 固氮菌增加了十倍多，说明秸秆覆盖不仅可以提高土壤肥力，而且可以提高土壤 自身固氮能力，这对土壤肥力的持续捉高将产生长久的良好影响

15、。李春勃麦秸覆 盖棉出结果表明，麦秸覆盖与对照相比，除过氧化氢酶外，酸性磷酸酶、转化酶、 脉酶和呼吸强度均有一定的提高。秸秆覆盖使土壤综合生态因子得到改善，土壤 微生物的活动必然更趋活跃，而土壤生物活性的捉高和微生物活动的加强又必然 会促进秸秆的分解和转化，进一步改善土壤环境，必然会增强土壤生物活性和微 生物活动，形成互促效应。三、秸秆还田的利用利用秸秆还田可以捉高作物的产量。稻草述山对小麦籽粒产量冇明显的增产 效果。冯科平等10在进行不同覆盖处理试验中也得出相同结果:覆盖对作物牛育 进程的影响主要表现在牛育前期，使整个牛育期缩短3-16天:由于覆盖处理的土 壤环境的明显改善，促进了玉米根系的

16、生长发育，根系发达，根条数多，吸收面 积大:促进了地上部生育，增加单株叶面积和干物质，玉米植株的叶龄、株高、 茎粗及地上部干物重均不同程度地比对照增高。另外，张玉铭等11在麦秸覆盖 夏玉米的试验中，对苗期生长发育的生化他感作用进行了研究。生化他感的概念 是由奥地利科学家molisch于1937年首次提出，是指各类型的植物包括微牛物 之间的生化相互作用，也称为异株克生。然而，试验表明由于麦秸中存在着水溶 性毒素物质，在覆盖后会产生毒素物质抑制玉米苗期生长的作用。秸秆述iii因其具有良好的土壤效应，生物效应和农ih效应，大多数研究都表 明秸秆还田能提高作物产量。近来，我国100多个5年以上的定位试

17、验研究表明， 秸秆述b与不述b比较，平均增产率12.8%,李洪文12在秸秆覆盖不同处理的 保护性耕作试验中认为虽然播种质量不如传统耕作，但由于提高了旱农区水分利 用效率，保护性耕作地的玉米作物千粒重比传统耕作增加39.46g,增加10%产 量比传统耕作高0.051 t/hm2-1.269t/hm2,平均高0.594 t/hm2,增加率16%,纯 收入增加350元hm2,具有较好的经济效益。长期(25年)秸秆覆盖免耕试验表明 131，前13年犁耕平均玉米产量稍高于免耕，但不显著，后11年免耕平均玉米 产量显著高于犁耕玉米产量。随时间的延长，免耕在产量上逐渐显示出优势。对 水田土壤进行有机物料还田

18、，许多试验表明也能增加作物产量。但作物残茬量太 大会对小麦产量冇负效应,因而那些冇效控制土壤侵蚀的保持耕作措施运用较 慢，paul e.rasmussen等14人在哥伦比亚高原一年一作地区进行的试验表明， 与全部残茬烧掉的处理相比，高留茬处理使冬小麦减产13%,秸秆减产15%,使 春小麦产量和秸秆产量减少5%以下。高留茬小麦减产太多与公顷穗数低冇关， 虽然穗了体积和粒重得到增加，其可能原因是光质量较羌，低温和加大的土壤病 害。参考文献1吴崇海高留麦茬的整体效应与配套技术研究干旱地区农业研究， 2000,14(1):43-482杜守宇，山恩平，温敏，等.秸秆覆盖述山的整体功能效应与系列化技术研究, 干早地