秸秆还田方式对土壤有机质积累与转化影响的研究进展

2022-08-21 来源：步旅网

１６１４

江苏农业学报(ＪｉａｎｇｓｕＪ.ｏｆＡｇｒ.Ｓｃｉ.ｈｔｔｐ:)ꎬ２０２１ꎬ３７(６):１６１４￣１６２２

//ｊｓｎｙｘｂ.ｊａａｓ.ａｃ.ｃｎ

赵　懿ꎬ杜建军ꎬ张振华ꎬ等.秸秆还田方式对土壤有机质积累与转化影响的研究进展[Ｊ].江苏农业学报ꎬ２０２１ꎬ３７(６):１６１４￣１６２２.ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１０００￣４４４０.２０２１.０６.０３２

秸秆还田方式对土壤有机质积累与转化影响的研究进展

赵　懿１(１.仲恺农业工程学院资源与环境学院ꎬ　杜建军１ꎬ　张振华２ꎬ　陈海斌１ꎬ　郭佳明１ꎬ　范如芹１广东ꎬ　李晓波１

院农业资源与环境研究所ꎬ江苏南京２１００１４)

/广东省农业产地环境污染防控工程技术中心ꎬ广州５１０２２５ꎻ２.江苏省农业科学

　提升和国家粮食安全都有重大意义　摘要:　土壤有机质(Ｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃꎮｍａｔｔｅｒꎬ秸秆还田作为秸秆资源化利用的重要方式ＳＯＭ)是农田地力的基础ꎬ也是评估农田质量的首要参数ꎬ在消纳秸秆废弃物和改善土壤板ꎬ对作物产量结等问题上具有巨大潜力ꎬ尤其是其对ＳＯＭ提升的影响成为海内外研究的热门话题ꎮ目前ꎬ关于秸秆还田对ＳＯＭ含量的影响已有大量报道ꎬ但对不同秸秆还田方式下ＳＯＭ的提升效果缺乏总体概述ꎮ本文简要概述了秸秆直接还田、发酵还田、添加生物腐熟剂后还田和炭化还田４种应用较广泛的秸秆还田方式ꎬ综合评述其提高ＳＯＭ含量的效果及优缺点ꎬ聚焦其对ＳＯＭ含量的影响机制ꎬ并从秸秆还田的高效性、可持续性角度为今后进一步开展秸秆还田技术研究进行了展望ꎬ以期为优选秸秆还田方式、提升ＳＯＭ含量提供理论参考ꎮ

关键词:　秸秆还田ꎻ秸秆发酵还田ꎻ生物腐熟剂ꎻ秸秆炭化还田ꎻ土壤有机质

中图分类号:　Ｓ１５４.２　　

　文献标识码:　Ａ　　　文章编号:　１０００￣４４４０(２０２１)０６￣１６１４￣０９

Ｒｅｓｅａｒｃｈａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｐｒｏｇｒｅｓｓａｎｄｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ

ｏｎｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｓｔｒａｗｒｅｔｕｒｎｉｎｇｏｎｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒＺＨＡＯ(１Ｙｉ１ꎬ　ＤＵＪｉａｎ￣ｊｕｎ１ꎬ　ＺＨＡＮＧＺｈｅｎ￣ｈｕａ２ꎬ　ＣＨＥＮＨａｉ￣ｂｉｎ１ꎬ　ＧＵＯＪｉａ￣ｍｉｎｇ１ꎬ　ＦＡＮＲｕ￣ｑｉｎ１ꎬ　ＬＩＸｉａｏ￣ｂｏ１

ｍｅｎｔａｌ.ＣｏｌｌｅｇｅＰｏｌｌｕｔｉｏｎｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅｓＰｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＣｏｎｔｒｏｌꎬｉｎＺｈｏｎｇｋａｉＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＡｒｅａｓꎬｏｆＧｕａｎｇｚｈｏｕＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ５１０２２５ꎬａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｈｉｎａꎻ２/.ＩｎｓｔｉｔｕｔｅＧｕａｎｇｄｏｎｇｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＣｅｎｔｅｒｆｏｒꎬＥｎｖｉｒｏｎ￣

Ｊｉａｎｇｓｕ

ＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓꎬＮａｎｊｉｎｇ２１００１４ꎬＣｈｉｎａ)

　ｑｕａｌｉｔｙ　Ａｂｓｔｒａｃｔ:　Ｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒ(ＳＯＭ)ｉｓｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎａｎｄｃｏｒｅｏｆｓｏｉｌｆｅｒｔｉｌｉｔｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｅｖａｌｕａｔｉｏｎ.ａｎｄｗａｙｏｆｓｔｒａｗＭｏｒｅｏｖｅｒꎬｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎꎬｉｔｉｓｓｔｒａｗｏｆｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｃｒｏｐｙｉｅｌｄａｎｄａｎｄｔｈｅｎａｔｉｏｎａｌｐｒｉｍａｒｙｆｏｏｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓｅｃｕｒｉｔｙ.ｆｏｒＡｓｓｏｉｌ

ａｎｈｏｔｓｐｏｔｓ.ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇＳＯＭｃｏｎｔｅｎｔ.ＩｎｐａｒｔｉｃｕｌａｒꎬｒｅｔｕｒｎｉｎｇｔｈｅｅｆｆｅｃｔｈａｓｇｒｅａｔｏｆｓｔｒａｗｐｏｔｅｎｔｉａｌｒｅｔｕｒｎｉｎｇｉｎｃｏｎｓｕｍｉｎｇｏｎＳＯＭｓｔｒａｗｃｏｎｔｅｎｔｗａｓｔｅꎬｈａｓｂｅｃｏｍｅｉｍｐｒｏｖｉｎｇｏｎｅｓｏｉｌｏｆｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｔｕｒｎｉｎｇｉｔｓｒｏｌｅＡｌｔｈｏｕｇｈｍｅｔｈｏｄｓ.ｉｎｉｍｐｒｏｖｉｎｇａｌａｒｇｅＩｎｔｈｉｓｐａｐｅｒꎬｓｏｉｌｎｕｍｂｅｒｆｅｒｔｉｌｉｔｙꎬｏｆｓｔｕｄｉｅｓｆｏｕｒｗｉｄｅｌｙｔｈｅｒｅａｔｕｓｅｄｉｓｈｏｍｅａｌａｃｋａｎｄｓｔｒａｗｏｆａｂｒｏａｄｈａｖｅｒｅｐｏｒｔｅｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｓｔｒａｗｒｅｔｕｒｎｉｎｇｏｎＳＯＭｃｏｎｔｅｎｔｒｅｔｕｒｎｉｎｇｇｅｎｅｒａｌｒｅｖｉｅｗｔｕｒｎｉｎｇꎬｍｅｔｈｏｄｓｏｎｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｐｒｏｍｏｔｉｏｎｄｉｒｅｃｔｅｆｆｅｃｔｓｓｔｒａｗｏｆｒｅｔｕｒｎｉｎｇꎬＳＯＭｕｎｄｅｒｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｅ￣ｒｅ￣

收稿日期:２０２１￣０６￣１３

基金项目:广东省重点领域研发计划￣精准农业项目(２０２０Ｂ０２０２０８０００２)ꎻ

ａｇｅｎｔｒｅｔｕｒｎｉｎｇａｆｔｅｒａｄｄｉｎｇｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｄｅｃｏｍｐｏｓｉｎｇ国家自然科学基金项目(４２１７７２９９)ꎻ广西自然科学基金面上ｐａｐｅｒａｎｄｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎｒｅｔｕｒｎｉｎｇｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ.Ｔｈｉｓ项目(２０２１ＧＸＮＳＦＡＡ０７５０３９)

ｒｅｔｕｒｎｉｎｇｆｏｃｕｓｅｄｏｎｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｓｔｒａｗ作者简介:赵　懿(１９９７－)ꎬ女ꎬ云南楚雄人ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事秸

ｔｈｅｏｎＳＯＭｃｏｎｔｅｎｔꎬａｎｄｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙｒｅｖｉｅｗｅｄ秆还田和土壤改良方面的研究ꎮ(Ｅ￣ｍａｉｌ)ｚｈａｏｙｉ１２ｃｗｊ５２０＠

通讯作者:李晓波１６３.ｃｏｍ

ｍｅｔｈｏｄｓ.ａｄｖａｎｔａｇｅｓꎬ(Ｅ￣ｍａｉｌ)１９８４ｌｘｂ＠１６３.ｃｏｍ

ｇｙａｎｄｗａｓＴｈｅｆｕｒｔｈｅｒａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｓｔｒａｗｏｆｒｅｔｕｒｎｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏ￣ｒｅｔｕｒｎｉｎｇｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙꎬｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄｆｒｏｍｓｏａｓｔｈｅｔｏｐｒｏｖｉｄｅｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｏｆｈｉｇｈｒｅｆｅｒｅｎｃｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｆｏｒ

ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｓｔｒａｗｒｅｔｕｒｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｉｎｃｒｅａｓｉｎｇＳＯＭｃｏｎｔｅｎｔ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:　ｓｔｒａｗｒｅｔｕｒｎｉｎｇꎻｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｒｅｔｕｒｎｉｎｇꎻｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｄｅｃｏｍｐｏｓｉｎｇａｇｅｎｔꎻｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎｒｅｔｕｒｎｉｎｇꎻｓｏｉｌ

ｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒ

　年　ꎬ中国秸秆年均产量高达中国农作物废弃资源产量巨大[１]６.５３８７×１０ꎬ２０１４８类、麦类和玉米秸秆产量分别占３２􀆰３％、２２􀆰ｔꎬ其中谷－２０１８４５􀆰７％和

变ꎬ０％[２]秸秆利用方法与途径也产生了巨大变革ꎮ随着社会经济的发展和农民生活的改[３]用作发电的原料

[４]

制造沼气、用作饲

ꎬ如料等[６]然严峻ꎬꎬ但是秸秆利用有限、生产乙醇

[５]

且随意丢弃、堆放、、利用不合理等问题依、焚烧等现象普遍存在[７]重、改善土壤板结情况ꎮ大量研究发现ꎬ秸秆还田可有效降低土体容、增加土体总孔隙度ꎬ而且有助于提升土壤有机质(ＳｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒꎬＳＯＭ)含

量与肥力[８]者大力倡导的土壤培肥途径之一ꎮ因此ꎬ秸秆还田成为政府和农业工作ꎮ

由于长期的秸秆不还田、有机肥施用不足等原

因ꎬ中国耕地退化严重ꎬ使得ＳＯＭ含量降低[９]秆还田作为一种重要的农业技术ꎬ能改善土壤质量ꎮ秸、

提升ＳＯＭ含量、增强肥力

[１０]

注ꎮ李敬王[１１]对砂姜黑土的研究发现ꎬ因此受到了极大关

ꎬ秸秆还田能

显著增加砂姜黑土耕层ＳＯＭ含量、保持土壤水分、改善土壤水热条件ꎮＨｕａｎｇ等[１２]通过对江西省水稻土的研究ＳＯＭ并不能提升含量的结论ꎬ也得出了长期秸秆还田能够显著增加ＳＯＭꎮ含量但也有很多研究发现ꎬ甚至由于新鲜秸秆带来的激ꎬ秸秆还田１７６发效应会使ＳＯＭ含量降低[１３]ꎮＬｉｕ等[１４]总结了

后ꎬ土壤有机碳项经同行评议的试验数据得出(Ｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎꎬꎬ秸秆还田ＳＯＣ)达到饱１２年和ꎮ颜丽等[１５]在北方地区棕壤上的研究发现ꎬ春季玉米秸秆还田不但费时费力ꎬ且对土壤质量没有显著的提升作用ꎮ刘义国等[１６]通过对青岛旱地麦田的研究也指出ꎬ过量的秸秆还田不仅会浪费资源ꎬ甚至会有相反的效应ꎮ

由此可见ꎬ秸秆还田对ＳＯＭ含量提升的效果主要受土壤质地、天气条件、秸秆特性和还田模式等影响ꎬ尤其在不同秸秆还田方式下ꎬ对ＳＯＭ含量的影响不同ꎮ近年来ꎬ关于不同秸秆还田方式对ＳＯＭ影响的研究明显增多ꎬ但通过秸秆还田提升有机质含量的技术因而有必要及时总结该领域已有的研究结总体上仍处于起步阶段ꎬ面临诸多挑战[１７￣１８]ꎬ果以厘清研究现状和未来发展方向ꎮ据此ꎬ本文总结了不同秸秆还田方式对不同地区ＳＯＭ秸秆还田方式以及提升提升的影响效果及其机制、土壤类型下ＳＯＭ含量提供理论参考ꎬ以期为筛选合理的ꎮ

１　量的影响

不同秸秆还田方式对土壤有机质含１.１　直接还田

直接还田不仅能够改善土壤生态环境、保温保墒、降低水土流失ꎬ而且快捷、省工ꎬ是一种经济高效的还田方式[１９]还田方式[２０]ꎮꎬ杨旭等研究者建议秸秆量大时可采取直接[２１]对沈阳旱地棕壤的研究结果显示ꎬ与秸秆炭化还田处理相比ꎬ直接还田处理对土壤碳库管理指数的提高效果更为显著ꎮ但也有许多研究发现ꎬ当大量秸秆直接还田时ꎬ在短时间内无法腐烂分解成为ＳＯＭꎬ而且会带来耕作障碍、有机酸积累、阻碍作物种子发芽及生长、增加病虫害等一系列负面影响[２２]和翻压还田[２３](图１)ꎮ

ꎬ这ꎮ２秸秆直接还田又分成覆盖还田种方式均较为普遍且各有利弊１.１.１　土体表面覆盖还田ꎬ有助于提高土壤的蓄水能力　秸秆覆盖还田后秸秆直接覆于ꎬ促进秸秆腐解ꎬ从而增加ＳＯＭ含量[２４]对农田土壤造成的侵蚀具有很好的效果ꎬ且对缓解地表径流和风[２５]覆盖能够调节土壤温度和水分ꎬ缓解气温突变对作ꎮ秸秆物生长带来的风险[２６]秸秆覆盖还田可以起到很好的保温ꎮ在东北黑土地区ＳＯＭ含量的效果ꎬ且在东北地区一年一季的种植制、保墒和提升ꎬ免耕下的度下ꎬ秸秆覆盖不会引起次年耕作障碍问题[２７]此之外ꎬＣｈｅｎ等[２８]分析了中国黄土高原秸秆覆盖ꎮ除１４量年的土壤发现ꎬ覆盖处理显著增加了土壤含水Ｆａｎｇ、ＳＯＣ等含量、磷酸酶活性和总磷脂脂肪酸含量ꎮ[２９]对太行山山脚壤土的研究发现ꎬ冬小麦秸

于翻压还田ꎮＱｕ等[３１]对陕西黄土的研究指出ꎬ秸山东省潮土、褐土中ＳＯＣ含量并提高土壤肥力指数秆覆盖可通过提高Ｃａｏ等ＳＯＣ含量来增加荞麦产量ꎬ这与的研究结果一致ꎮ但是ꎬ秸秆覆盖有影响高纬度地[３２]报道的水稻秸秆覆盖还田处理可以增加

区春季地温提升等问题ꎬ会造成玉米播期滞后[３３]ꎮ

图１　秸秆直接还田类型及优缺点

Ｆｉｇ.１　Ｔｙｐｅｓｏｆｄｉｒｅｃｔｓｔｒａｗｒｅｔｕｒｎｉｎｇａｎｄｉｔｓａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ

１.１.２　为ꎬ秸秆高留茬还田是增加ＳＯＣ含量最有前景的一种植后茬作物前混入土中翻压还田　秸秆翻压还田指将作物秸秆在[３４]ꎮ翻压还田有利于秸种方式ꎬ但需明确留茬高度以满足不同作物的要求ꎮ秆与土壤微生物充分接触ꎬ从而加快腐熟过程ꎬ稳步由此可见ꎬ在不同地区、不同土壤类型、不同气候条提升ＳＯＭ含量[３５]ꎮ英国洛桑试验站连续１８年进件和不同种植制度背景下ꎬ秸秆翻压还田如何有效

行玉米秸秆翻压还田ꎬＳＯＭ含量提高了约２％[３６]提高这反映翻压还田对提高ＳＯＭ含量具有有利作用ꎬꎮ

１.２　ＳＯＭ发酵还田

含量与肥力仍需进一步研究[４６]ꎮ李秀等[３７]通过对陕西省旱区粉砂质黏壤土的研究秸秆发酵还田是为了提高秸秆腐解效率ꎬ将其１０指出ꎬ翻压还田能够增加耕作层ＳＯＣ含量ꎬ且对０~与畜禽粪便、人粪尿等农业废弃物混合发酵后作为有机肥施入土壤ꎬ可以有效改善土壤微生物特性ꎬ提土壤过于松散ｃｍ土层的影响最为明显ꎬ阻碍种子发芽ꎮꎬ但是秸秆翻压还田后且易发生病虫害ꎬ不高ＳＯＭ含量ꎬ增强土壤肥力[４７]适合重茬[３８]省新乡市黏壤土的研究发现ꎬ秸秆发酵还田后ꎮ马守田[４８]对河南秸秆翻压还田可分为粉碎翻压ꎮ

、整秆翻压[３９]和４０ꎬ０~

高留茬翻压这几类ꎬ其中粉碎翻压操作一般在作物田对ｃｍＳＯＣ土层的含量的提高有明显作用ＳＯＣ含量明显高于对照ꎮ范如芹等ꎬ说明发酵还[８]对收获时将秸秆进行机器粉碎并旋耕入土ꎬ翻压深度比研究了江苏省黄棕壤条件下不同秸秆还田方式对多在５~２０ｃｍꎬ粉碎翻压还田的秸秆粉碎长度一般低于１０ｃｍꎬ有利于耕翻且不影响播种ꎬ也有利于秸ＳＯＭ猪粪发酵还田在增加土壤胡敏酸含量的影响ꎬ发现秸秆发酵还田(Ｈｕｍｉｃꎬ特别是加入ａｃｉｄꎬＨＡ)秆中纤维素等成分快速腐解[４０]ꎮ伍佳等[４１]对湖南含量的同时有效提高了腐殖质质量ꎮ值得注意的省红黄泥土的研究发现ꎬ秸秆粉碎还田后ꎬ水稻成熟是ꎬ由于发酵原材料在配比、发酵条件和过程等方面期ＳＯＭ含量明显提高ꎮ相比之下ꎬ秸秆整秆翻压还存在差异ꎬ不同秸秆有机肥的养分和有机物料腐熟田效率低、费工费时程度差异甚大ꎬ其对施用土壤的影响也存在很大差异ꎮ当前ꎬ关于秸秆发酵还田对ＳＯＭ含量影响机制秸秆粉碎还田处理和高留茬还田处理都能邹清祺等、秸秆腐解困难ꎬ不利于ＳＯＭ含量的提升[４２]ꎮ[４３]对陕西省半淋溶土的研究发现ꎬ的研究也有待进一步深入ꎮ最新的研究发现ꎬ不同显著提高ＳＯＭ含量ꎮ对湖北省黄棕壤水稻土的研秸秆因质量和成分存在差异ꎬ往往导致发酵过程中究发现ꎬ水稻秸秆高留茬还田后ꎬＳＯＭ含量显著增物料腐解速率产生差异加ꎬ其中易氧化有机质约占７７％[４４]ꎮＴａｏ等[４５]认

现ꎬ虽然小麦和玉米秸秆间的ＳＯＭ激发效应无显著差异ꎬ但是小麦和玉米秸秆还田造成的ＳＯＭ激发效应显著高于豆科作物秸秆和水稻秸秆ꎮ由此可见ꎬ进一步研究不同作物秸秆还田对有机质或有机碳的激发效应ꎬ能够为提升秸秆还田的肥力效应提供科１.２.１　学指导和技术借鉴ꎮ

沤腐熟后施用于土壤中堆沤还田　秸秆堆沤还田指作物秸秆经堆ꎮ堆沤还田能为土壤供给充足的养分并提

ꎬ按含水量高低可分沤肥和堆肥

[５２]

升ＳＯＭ含量ꎬ尤其对沙土、技术指出ꎬ该技术成本低ꎮ朱方明等

黏土和盐渍土有很好的改善效果

[５３]

[５４]

研究蔬菜残体堆沤还田

、操作简单且长期应用有益于提高ＳＯＭ含量并增强土壤中的脲酶活性ꎮ但在堆沤还田过程中ꎬ氮素易流失ꎮ

ꎬ且费时、占地ꎬ使其应用受到一定限制

[５５]

将秸秆用养殖发酵床进行发酵也是生产秸秆有机肥的重要方法之一ꎮ２０世纪７０年代以来ꎬ随着畜禽养殖业带来的环境污染问题日趋严峻ꎬ发酵床养殖作为一种新型健康的养殖模式应运而生ꎮ畜禽排泄物会被预先接种微生物的秸秆等垫料吸收并发

酵降解ꎬ不仅改善了畜禽生长状况、控制了环境污染ꎬ而且为秸秆等农业废弃物发酵腐解提供了环境条件ꎬ且垫料出圈后经过简单的二次发酵可作为有机肥还田ꎮ研究发现ꎬ施用发酵床垫料有机肥对于提升土壤微生物活性和ＳＯＭ含量具有较好的效果[５６]堆沤发酵过程中有机物料的变化尚不完全明确ꎮ总体而言ꎬ关于堆沤还田的研究还不充分ꎬ为ꎬ了更好地阐明堆沤还田对ＳＯＭ的影响和机制ꎬ有必要进一步开展发酵产物性质和发酵过程中有机物料１.２.２　腐解过程的研究ꎮ

为饲料饲养牲畜过腹还田ꎬ　而后将牲畜的粪秸秆过腹还田指将作物秸秆作目前秸秆过腹还田在中

、尿再施入土壤中的方法

[５７]

国是一项拥有较为娴熟的技术ꎮ有研究者认为ꎬ、有益于国家金融和

社会生态的秸秆综合利用措施[５８]措施的应用能够增加ＳＯＭ含量、培肥地力ꎮ秸秆过腹还田、改善生态环境ꎬ落实了资源循环利用的理念ꎬ但利用比例较低(仅占２５％~３５％)[５９]用禽畜粪便作有机肥代替化ꎮ唐海龙等[６０]对山东省平邑棕壤土的研究发现ꎬ肥时ꎬ在１００％有机肥处理下ꎬＳＯＭ含量增加得最明

显ꎮ由于不同秸秆间的养分存在差异ꎬ有些秸秆干物质有效降解率低ꎬ有一定的粗蛋白含量(如棉花秸秆等)ꎬ因此过腹还田不适合降解率低的作物[６１]针对这个问题ꎬ已经有学者提出在秸秆过腹还田中ꎮ加入发酵剂制成饲料ꎬ发酵剂对油菜秸秆有较好的降解作用ꎻ此外ꎬ可用油菜秸秆培养食用菌ꎬ为油菜秸秆的还田利用打开了出路ꎬ提升了秸秆资源的利用率[６２]制ꎬ关于秸秆过腹还田的应用尚不广泛ꎮ但截至目前ꎬ由于受到饲喂秸秆种类的限ꎬ研究也相对缺乏ꎬ尤其是过腹后秸秆的降解程度和组分变化等方面的研究还有待深入ꎮ１.３　添加生物腐熟剂还田

为了解决秸秆还田过程中出现的腐解缓慢、大量未腐解的秸秆残留导致病害虫加剧和影响下茬作物出苗与生长等问题[６３]要的选择ꎮ有效的秸秆腐熟剂可以在合适的条件下

ꎬ添加生物腐熟剂是很有必推进秸以促进秸秆中不易分解的纤维素等成分快速腐解ꎮ秆大量研究发现快速腐熟并ꎬ通过添加有机物料腐熟剂可释放出氮、磷、钾等营养物质[６４]ꎬ从而有效提高ＳＯＭ果显示ꎬ加入微生物菌剂能够显著提升赵伟等含量ꎬ增强植物的抗逆性并提高作物产量[６５￣６６]ꎮ[６７]在东北黑土上的试验结ＳＯＭ含量ꎮ陈美淇等[６８]通过对浙江省桐庐红黄壤土的研究发现ꎬ与对照组和单一处理相比ꎬ秸秆还田配施木本泥炭和激发剂处理的ＳＯＭ含量及其活性组分含量明显提升ꎬ作物增产９.３％~１８􀆰８％ꎬ这与农传江等[６９]在云南省文山红壤土上得出的在秸秆中添加有机物料腐熟剂还田处理能够显著增加土壤中活性有机质含量的结论一致ꎮ

近年来ꎬ有关加快秸秆成分降解的功能菌种和酶类的研究不断加深ꎮＱｉｎ等[７０]研究添加蜡样芽孢杆菌的促腐效果发现ꎬ玉米秸秆与菌种共同促进了玉米秸秆的腐解Ｈａｎꎬ明显提高了腐殖酸、ＳＯＭ含量ꎻ用纤维素酶能够加快秸秆腐解等[７１]对上海市闵行区壤土的研究结果显示ꎬ应ꎬ促进养分释放ꎬ提高土壤肥力ꎻ赵伟等[７２]研究哈尔滨市壤土上秸秆还田配施低温复合菌剂的结果显示ꎬ施用低温复合菌剂显著提高了ＳＯＭ含量ꎬ较对照提高５􀆰６１％ꎮ虽然多项研究结果表明ꎬ添加生物腐熟剂对秸秆腐解有很大促进作用ꎬ对ＳＯＭ含量的提升也有较为明显的效果ꎬ但是目前市场上腐熟剂产品价格较高ꎬ施用后效果参差不齐ꎬ使其在农业生产中的推广受到限制ꎮ

１.４　炭化还田

秸秆炭化还田指将农作物秸秆在一定前提下制成秸秆生物炭ꎬ并将其返还田间的秸秆利用方式[７４￣７５]土壤肥力和作物产量ꎮ大量研究发现[７６]ꎬ秸秆炭化还田能显著提升量[７７￣７８]ꎬ并可有效增加土壤碳储用率ꎬ实现秸秆的充分利用ꎮ利用秸秆制备生物炭有助于提高秸秆利[７９]果表明ꎬ秸秆炭化还田提高了稻谷产量ꎮ已有的田间试验结、土壤酸碱度、ＳＯＣ和全氮含量ꎬ降低了土壤容重[８０]生物炭可有效促进土壤的团聚作用ꎬ从而提高华北ꎻ施用秸秆地区集约种植系统中的ＳＯＣ储量[８１]量研究者将秸秆炭化还田与其他秸秆还田方式进行ꎮ目前ꎬ有大

比较以寻找最佳还田方式[８２￣８３]对提高ＳＯＭ含量和土壤固碳能力的效果极显著ꎬ发现秸秆炭化还田ꎮ杨彩迪等[８４]比较秸秆直接还田与炭化还田对浙江省余姚市红壤土的影响发现ꎬ２种还田方式均可以改良土壤酸度ꎬ在等量秸秆还田条件下ꎬ炭化还田对提高ＳＯＭ含量和阳离子交换能力的效果更为明显ꎮ在固碳方面ꎬＬｉｕ等[８５]研究秸秆炭化还田对土壤固碳能力的影响发现ꎬ施用由秸秆衍生的生物炭还田

比普通秸秆还田具有更高的土壤固碳潜力ꎬ这与Ｌｉ

等[８６]的研究结果一致ꎮＧｕａｎ等[８７]在吉林省黏壤土上经过５年的田间试验发现ꎬ每年以相同碳量施用未炭化、炭化玉米秸秆时ꎬ土壤中的ＳＯＣ固存效率分别为１９.７％、５８.２％ꎮ对不同地区和土壤类型的研究均证明ꎬ秸秆炭化还田可作为一项重要的农田土壤固碳措施[８８]炭化还田在改良土壤ꎬ与其他秸秆还田方式相比、提高ＳＯＭ含量和土壤肥力方ꎬ秸秆面的效果更为显著[８９]还有限ꎬ究其原因ꎬ主要是大量秸秆离田烧制生物炭ꎬ但是目前该技术的应用范围费时、费力、成本过高[９０]粒细小ꎬ回田撒施过程中不便操作ꎬ且秸秆生物炭质量轻ꎬ还易造成一定的、颗空气污染ꎮ

２　含量的机制

不同秸秆还田方式提升土壤有机质２.１　秸秆腐解过程

在不同还田方式下ꎬ秸秆腐解速率及腐解过程中物质转化过程的差异是导致ＳＯＭ含量差异的根本原因ꎮ相关研究指出ꎬ秸秆腐熟可以分成３个过程:(１)秸秆中可溶性物质的快速消耗以及腐殖质的累积ꎻ(２)腐殖质大量积累ꎻ(３)腐殖质的分

解[９１]ꎮ张银平等[９２]对山东省棕褐土的研究发现ꎬ免耕秸秆覆盖处理和粉碎混土还田处理的秸秆腐解率变化趋势一致ꎬ都是早期最快、中间缓慢、后期增快ꎬ但与免耕秸秆覆盖方式相比ꎬ秸秆粉碎混土还田能缩短秸秆完全腐解所需时间ꎬ有利于养分的充分利用ꎮ田平等[９３]对东北棕壤土的研究发现ꎬ与免耕秸秆覆盖、翻耕秸秆还田方式相比ꎬ旋耕秸秆还田在同时间内的腐解率较高ꎬ因此在东北棕壤土地区ꎬ秸秆旋耕还田更能有效提升ＳＯＭ含量ꎮ此外ꎬ在不同还田方式下ꎬ物料组分的转化也存在差异ꎮ对大量水稻土的研究发现ꎬ秸秆粉碎还田比秸秆焚烧还田显著增加微生物碳含量ꎬ从而有效提升ＳＯＭ含量[９４]还田后ꎮꎬ与秸秆发酵还田相比更高比例的秸秆物料被矿化为ꎬ秸秆直接还田和炭化ＣＯ时间大大延长[９５]ꎮ但Ｗａｎｇ等[９６]对南京沿江冲积２ꎬ且腐解土的研究发现ꎬ当还田深度为２０ｃｍ时ꎬ秸秆沟埋还田在增加土壤活性组分和总有机碳含量方面的效果更加明显ꎮ由此可见ꎬ对于不同地区和土壤类型而言ꎬ秸秆腐解过程中有机物质组分的变化还需要进２.２　一步研究对土壤微生物群落的影响

ꎮ

秸秆等有机物料在土壤中的腐解转化离不开细菌、真菌、放线菌等的作用ꎮ有研究发现ꎬ微生物会优先利用容易降解的半纤维素ꎬ其次是降解纤维素ꎬ最后是降解木质素ꎬ可见秸秆物料的成分差异会影响土壤微生物的分解过程ꎬ从而影响物料转化过程和产物[７３]及土壤酶活性的影响显著ꎮ不用秸秆还田方式对土壤微生物数量ꎬ进而影响秸秆腐解过程[９７￣９８]ꎮ刘玮斌等[９９]对黑土的研究发现ꎬ秸秆深耕还田比覆盖还田在增加过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶等酶活性方面有更明显的效果ꎬ进而导致ＳＯＭ含量产生差异ꎮ高洪军等[１００]研究发现ꎬ秸秆旋耕还田与深翻还田ｔａｃｅａｅ)相对丰度更高和伯克氏菌科、覆盖还田相比ꎬ且相对丰度与(Ｂｕｒｋｈｏｌｄｅｒｉａｃｅａｅ)ꎬ其链霉菌科(Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅ￣ＳＯＭ含量呈正相关微生物的ꎮ

由此可见ꎬ不同秸秆还田方式对微生物群落的影响有差异ꎮ也有研究发现ꎬ东北地区在免耕覆盖还田、粉碎深耕还田和生物质炭还田条件下ꎬ土壤微生物数量显著增加ꎬ土壤脲酶、磷酸酶和转化酶活性都有不同程度的提升ꎬ特别是在土壤微生物群落结构和多样性方面ꎬ不同秸秆还田方式均能显著提高土壤细菌的多样性[１０１]ꎮＹａｎｇ等[１０２]通过研究沟埋秸秆.com.cn. All Rights Reserved.赵　懿等:秸秆还田方式对土壤有机质积累与转化影响的研究进展１６１９

还田对土壤微生物代谢活性的影响指出ꎬ沟埋秸秆还田能够显著提高土壤荧光素二乙酸水解酶活性和土壤微生物整体的生长活性ꎮ周运来[５６]对江苏省黄棕壤土的研究发现ꎬ不同秸秆还田方式能显著影响土壤微生物碳代谢ꎬ从而影响碳矿化和积累过程ꎮ由此可见ꎬ不同秸秆还田方式在很大程度上通过影响不同微生物活性、代谢特征和酶活性等使土壤有２.３　机质含量提升效果产生差异对土壤腐殖质的影响ꎮ

土壤腐殖质主要包括胡敏酸、富里酸和胡敏素ꎬ在提升土壤肥力和保持碳平衡方面发挥着关键作用[１０３]究发现ꎮꎬ玉米秸秆粉碎造粒还田使胡敏酸结构脂肪Ｃｈｅｎ等[１０４]在吉林省典型盐碱土上进行研化、年轻化ꎬ更有效地提升腐殖质含量和结构表征ꎮ近年来ꎬ有不少研究者针对东北黑土肥力下降的问１题进行了研究ꎬ结果均表明ꎬ秸秆深耕还田于亚表层

胡敏酸逐渐向简单化发展年后显著增加了胡敏酸、与秸秆覆盖还田相比ꎬ秸秆与土壤混合深耕还田能

ꎮꎻ富里酸和胡敏素含碳量但是随着时间延长ꎬ宋罗娜等ꎬ胡敏酸成分会趋于复杂化[１０５][１０６]研究发现ꎬ更显著提高胡敏酸含量、富里酸含量、ＰＱ(指可提取腐殖质中胡敏酸所占比例)及ΔｌｇＫ值(色调系数ꎬ其中ＳＯＭ含量的影响显著含量Ｋ代表吸光度ꎮ与此同时)ꎬ从而提升土壤腐殖化程度与ꎬ特别是在秸秆粉碎混合覆盖处理ꎬ不同还田方式对土壤腐殖质下ꎬ稳结态和紧结态的腐殖质含量最高ꎬ因此粉碎混合覆盖还田方式对ＳＯＭ含量提升的效果较佳

[１０７]

由此可见ꎬ不同秸秆还田方式对腐殖质结构和性质ꎮ

的影响也在一定程度上影响了其对ＳＯＭ含量提升

的效果ꎮ

３　展综上所述望

ꎬ目前关于秸秆还田对ＳＯＭ含量的影

响尚需进行更加系统和深入的探究ꎬ以厘清各种秸秆还田方式对不同地区、土壤类型、种植体系等的适用性ꎬ揭示不同秸秆还田方式影响ＳＯＭ的作用机制ꎬ进而为合理利用秸秆资源提供理论指导和科学依据ꎮ气候等存在较大差异(１)未来的研究应注重以下几个方面不同作物的秸秆成分及不同地区的土壤:

ꎬ目前的研究多以单一作物秸

、

秆为对象ꎬ研究结论往往具有一定局限性ꎮ目前国内的研究期限大多为３~１０年ꎬ缺乏长期定位观测结

果的报道ꎬ不同耕作、施肥、水分管理等配套措施下的综合研究尤为不足ꎮ今后应加强不同作物秸秆在不同地区特有的气候条件、土壤类型和种植制度等背景下的研究ꎬ特别是轮作体系下秸秆还田的生态学研究ꎬ从而筛选适宜不同区域条件和作物种类的最佳秸秆还田方式有效的秸秆腐熟剂作为添加剂是促进秸秆高效还田(２)作物秸秆在自然情况下分解得较慢ꎮ

ꎬ研发

利用的重要途径ꎬ相关研究亟需进一步加强ꎮ目前ꎬ市场上秸秆腐熟剂产品的有效性参差不齐ꎬ缺乏针对不同大宗作物秸秆的高效腐熟剂产品ꎬ应加强秸秆腐解过程中功能微生物的研究ꎬ研发易于扩繁且环境适应性强的有效促腐菌剂产品下秸秆物料转化规律与去向(３)通过同位素示踪等手段探索不同还田方式

ꎮ

ꎬ是厘清秸秆还田对有机质含量提升效果与机制的有效手段ꎬ目前的相关研究多集中在温室盆栽模拟试验ꎬ田间环境下的研

究有待加强ꎮ同时也应注重与不同秸秆还田方式配套的机械化、轻简化技术研究ꎮ参考文献:

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ｏｆｓｔｒａｗ

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(责任编辑:徐　艳)

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秸秆还田方式对土壤有机质积累与转化影响的研究进展