馬小婷++隋玉柱+朱振林+王勇++李新華

摘要：農(nóng)田土壤是十分活躍的有機(jī)碳庫(kù)，也是溫室氣體排放的源和匯。秸稈是農(nóng)業(yè)活動(dòng)的必然產(chǎn)物，研究秸稈還田對(duì)農(nóng)田土壤碳庫(kù)和溫室氣體排放的影響對(duì)于增加土壤碳庫(kù)、緩解全球變暖具有重要意義。本文綜述了秸稈還田對(duì)農(nóng)田土壤固碳、土壤有機(jī)碳含量、CH4和N2O排放的影響，并從系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)的角度探究了其對(duì)全球綜合增溫潛勢(shì)和作物產(chǎn)量的影響。

關(guān)鍵詞：秸稈還田；農(nóng)田土壤；碳庫(kù)；溫室氣體排放；全球綜合增溫潛勢(shì)；作物產(chǎn)量

中圖分類號(hào)： S154.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2017）06-0014-06

隨著溫室氣體排放日益嚴(yán)重，氣候變化已經(jīng)成為21世紀(jì)全球環(huán)境問(wèn)題。CO2、CH4和N2O作為3種主要的溫室氣體，對(duì)全球變暖的貢獻(xiàn)率分別為60%、15%和5%[1]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作為一種人類對(duì)土地的主要利用方式，其排放的溫室氣體約占全球人為溫室氣體排放量的10%～12%，被認(rèn)為是重要的人為溫室氣體排放源[2]。其中，年排放的N2O和CH4占據(jù)全球人為溫室氣體排放的比例高達(dá)84%和52%[3]。

土壤作為最大的有機(jī)碳庫(kù)，蘊(yùn)含的C大約2 500 Gt，是大氣碳儲(chǔ)量的3倍[4]。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)雖然僅占全球土地面積的11%，但與自然土壤相比農(nóng)田土壤在全球碳庫(kù)中更為活躍，是極易受到人為干擾但又可在較短時(shí)間內(nèi)調(diào)節(jié)的碳庫(kù)[5]。據(jù)估計(jì)，全球土壤碳庫(kù)已經(jīng)損失了C 55～90 Pg，全球農(nóng)業(yè)和退化土壤的碳匯能力已經(jīng)下降到初始值的50%～66%[4]。而土壤有機(jī)碳（SOC）的微量降低就可以造成溫室氣體的大量排放，加劇溫室效應(yīng)[5-6]。相對(duì)而言，土壤對(duì)大氣碳的固持可以增加土壤碳庫(kù)，減少溫室氣體排放[7]。Smith等指出，全球農(nóng)業(yè)減排的自然總潛力高達(dá) 5 500～6 000 Mt CO2-eq/年，而農(nóng)田土壤固碳對(duì)于溫室氣體減排具有不容忽視的積極作用[3]。

秸稈作為農(nóng)業(yè)活動(dòng)的必然產(chǎn)物，是一種寶貴的可再生資源。2008年中國(guó)作物秸稈產(chǎn)量約為8.42億t[8]，且以每年凈1.251×107 t的速率增加[9]。而2006年作物秸稈蘊(yùn)含的N、 P2O5和K2O養(yǎng)分資源數(shù)量已經(jīng)高達(dá)776萬(wàn)、249萬(wàn)、1 342萬(wàn)t[10]。秸稈還田具有諸多優(yōu)點(diǎn)，例如降低土壤容重，增加孔隙度[11]，提高土壤養(yǎng)分[12]和氮磷有效性[13]，改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能多樣性[14]，提高土壤酶活性[15]，減少作物對(duì)重金屬的吸收[16-17]，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量[18]，增加作物產(chǎn)量[19]等；但也有大量研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田會(huì)增加農(nóng)田土壤溫室氣體排放[20-23]，加劇全球變暖問(wèn)題。

農(nóng)田通過(guò)土壤呼吸排放CO2，但同時(shí)也具有固碳作用，兩者的共同作用最終體現(xiàn)在SOC的變化量上[24]。因此，筆者在搜集閱讀大量國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，綜述了秸稈還田對(duì)農(nóng)田土壤SOC含量和CH4與N2O排放的影響及作用機(jī)理，并探究了其對(duì)溫室氣體全球綜合增溫潛勢(shì)（GWP）以及作物產(chǎn)量的影響，以期為科學(xué)全面地評(píng)價(jià)秸稈還田技術(shù)提供參考依據(jù)。

1秸稈還田對(duì)農(nóng)田土壤碳庫(kù)的影響

1.1影響效果

政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）報(bào)告指出，89%的農(nóng)業(yè)溫室氣體減排潛力在于提高土壤固碳水平[25]。秸稈作為一種有機(jī)物料，施入土壤后主要是通過(guò)微生物的分解作用增加土壤碳庫(kù)的輸入[26]，其中8%～35%的有機(jī)碳以有機(jī)質(zhì)形式在土壤碳庫(kù)中保存下來(lái)[27]。Wang等預(yù)測(cè)了3種管理措施（施氮肥、秸稈還田和免耕措施）的農(nóng)田土壤固碳潛力，結(jié)果分別約為 12.1、34.4 和 4.6 Tg C/年，其中秸稈還田的固碳潛力最大[28]。 Smith等采用秸稈含氮量和IPCC推薦的方法和參數(shù)估算，認(rèn)為歐洲在每年還田秸稈1.32×108 t 的情景下，土壤固碳潛力增加 6.5 Tg C/年，增加的 N2O 排放量抵消固碳潛力的 2.37%～11.5%[29]。Lu等在總結(jié)了中國(guó)大量試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，估算出隨著秸稈還田的持續(xù)應(yīng)用，中國(guó)土壤碳庫(kù)水平可從9.76 Tg增加到34.4 Tg[30]。Lal等預(yù)測(cè)采用秸稈還田措施后全球農(nóng)田土壤的總固碳能力可達(dá)200 Tg/年[31]。目前，眾多國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用土壤碳庫(kù)管理指數(shù)（CPMI）研究秸稈還田對(duì)土壤有機(jī)碳的影響，因?yàn)镃PMI可以更加靈敏地反映土壤有機(jī)碳變化。大量研究結(jié)果趨于一致，認(rèn)為秸稈還田可以顯著提高CPMI，從另一方面表明了秸稈還田對(duì)提高SOC含量的積極作用[26，32-38]。

然而，也有研究表明，秸稈還田會(huì)降低SOC含量[39-40]。其中，Wang等研究發(fā)現(xiàn)，麥玉秸稈全量還田配合深松導(dǎo)致 0～20 cm土層SOC含量減少19.7%[40]。也有研究發(fā)現(xiàn)，只有在SOC未飽和時(shí)，秸稈還田才可有效提高其含量[41-42]。導(dǎo)致研究結(jié)果不同的原因可能與土壤質(zhì)地、氣候條件、秸稈還田方式、施肥和灌溉等管理措施不同有關(guān)[43-44]。

1.2影響因素

秸稈還田對(duì)土壤碳庫(kù)的影響效果與許多因素有關(guān)，如秸稈還田量、還田時(shí)間和耕作制度等。（1）還田量。許多研究發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)，SOC含量隨秸稈還田量的增加而增加[45-47]。Zhang等發(fā)現(xiàn)，灌區(qū)玉米秸稈還田量小于 9 000 kg/hm2 時(shí)，秸稈每增加1 000 kg/hm2，SOC含量增加004 g/kg[46，48]。在Li等的4年田間試驗(yàn)中，高量小麥秸稈和高量玉米秸稈結(jié)合還田，為土壤提供了9.76 Mg/（hm2·年）的碳源輸入，顯著提高了0～20 cm土層14.4%的SOC含量，中量次之，而無(wú)秸稈還田時(shí)SOC值下降了2.6%[因無(wú)秸稈還田時(shí)的碳源輸入小于維持初始水平SOC的碳源值 4.07 Mg/（hm2·年）]；研究還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)植物碳源輸入保持在10.51 Mg/（hm2·年）時(shí)，可持續(xù)產(chǎn)量指數(shù)（SYI）可以達(dá)到最佳數(shù)值0.651[49]。（2）還田時(shí)間。秸稈還田對(duì)SOC的提高效果基本表現(xiàn)在表層土壤（0～20 cm），并且要持續(xù)較長(zhǎng)的還田時(shí)間，短期（<3年）秸稈還田對(duì)SOC含量提高幅度很小[50-53]。而基于較低的流通率和較大的土壤有機(jī)碳本底值，土壤SOC值需要至少5年時(shí)間才能對(duì)秸稈還田進(jìn)行回應(yīng)[54]。（3）耕作制度。秸稈還田下，免耕的SOC值（0～60 cm土層，117.7 Mg/hm2）要大于傳統(tǒng)耕作（76.8 Mg/hm2），而秸稈移除后2種耕作方式的SOC值相似[34，55]。單純水稻秸稈還田并不能顯著提高土壤總有機(jī)碳的含量，在配施化肥后土壤活性有機(jī)碳含量明顯增加[34]。田慎重等認(rèn)為秸稈還田和免耕都顯著增加了表層土壤SOC含量，且二者存在明顯交互效應(yīng)，而深松處理較利于SOC的累積，因?yàn)樯钏稍诓黄茐谋韺油恋幕A(chǔ)上打破犁底層，有利于小麥根系生長(zhǎng)，而根系殘茬及大量根系分泌物加劇了微生物繁衍。陳尚洪等認(rèn)為，秸稈還田結(jié)合旋耕處理更利于土肥混合、加快微生物對(duì)秸稈的分解[56]。

綜上所述，大部分研究表明秸稈還田可以顯著增加SOC含量，加強(qiáng)土壤固碳效果。只是仍需探索不同氣候條件下相宜的施肥、灌溉和耕作制度等農(nóng)田管理措施，從而充分發(fā)揮秸稈還田的優(yōu)勢(shì)。

2秸稈還田對(duì)溫室氣體排放的影響及作用機(jī)理

2.1對(duì)CH4排放的影響及作用機(jī)理

農(nóng)田土壤分為好氧土壤（旱田）和厭氧土壤（水稻田）[57]，前者是目前已知的唯一凈生物CH4匯，全球旱田每年大約吸收30 Tg CH4，相當(dāng)于大氣CH4匯總量的6%[58]；后者是CH4的重要排放源[59]。土壤CH4排放由產(chǎn)甲烷菌和甲烷氧化菌參與的一系列反應(yīng)所決定，而產(chǎn)甲烷菌需要在厭氧環(huán)境下才具備活性，因此秸稈還田對(duì)CH4的影響研究大多數(shù)集中于稻田試驗(yàn)。

2.1.1增加效果及作用機(jī)理秸稈還田會(huì)增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，而有機(jī)質(zhì)是產(chǎn)生CH4的重要底物，因此秸稈還田會(huì)增加CH4排放，這是國(guó)內(nèi)外大多數(shù)學(xué)者得出的一致結(jié)論。逯非等采用取平均排放系數(shù)的方法，并結(jié)合IPCC推薦的方法和參數(shù)估算了我國(guó)稻田秸稈還田后的CH4排放總量，發(fā)現(xiàn)秸稈還田后稻田CH4排放將從無(wú)秸稈還田的5.796 Tg/年增加到9.114 Tg/年，引起甲烷增排3.318 Tg/年，是土壤固碳減排潛力的2.158倍[20]。Xia等也得出了類似結(jié)論，發(fā)現(xiàn)22年長(zhǎng)期秸稈還田顯著增加了稻麥輪作體系的CH4排放和表層土壤SOC含量，CH4增排量是SOC增加量的3.21～3.92倍[9]。在日本，Naser等研究發(fā)現(xiàn)，不同量秸稈還田后，稻田CH4排放為無(wú)秸稈還田處理的2～10倍[60]。Hu等研究了4種秸稈還田方式（不還田、旋耕還田、翻耕還田和溝埋還田）對(duì)稻麥輪作體系CH4排放的影響，發(fā)現(xiàn)小麥秸稈還田顯著增加了水稻和小麥季的CH4排放，但溝埋處理下秸稈分解較慢，能減緩有機(jī)碳釋放，使其CH4年排放量低于旋耕和翻耕還田[21]。然而Zhang等認(rèn)為秸稈還田與耕作方式在CH4排放上并沒(méi)有顯著的交互效應(yīng)[61-62]。眾多學(xué)者也通過(guò)大量研究發(fā)現(xiàn)秸稈還田會(huì)顯著增加CH4排放，因?yàn)榻斩掃€田為產(chǎn)甲烷菌提供了有效的碳基質(zhì)，從而增加了CH4排放[63-69]；而秸稈分解消耗氧氣又增強(qiáng)了土壤的厭氧環(huán)境[70]，抑制了甲烷氧化菌的活性。

2.1.2降低效果及作用機(jī)理也有一些研究結(jié)果表明秸稈還田會(huì)降低CH4排放。肖小平等研究了不同稻草還田方式對(duì)稻田CH4排放的影響，發(fā)現(xiàn)免耕還田能降低CH4 排放速率，翻耕和旋耕還田的CH4 排放速率無(wú)明顯差異[71]。李成芳等認(rèn)為秸稈還田顯著降低了稻田CH4排放，且CH4累計(jì)排放量隨秸稈施用量的增加而降低[72]。秸稈還田下稻田CH4排放減少的原因可能是：（1）還田秸稈富集于土壤表層，減少了秸稈與土壤的接觸，土壤內(nèi)部產(chǎn)甲烷基質(zhì)供應(yīng)能力下降[73]；（2）部分稻草在土壤表層進(jìn)行有氧降解，其降解產(chǎn)物在土壤氧化層中還原產(chǎn)生CH4的可能性較小，主要以CO2的形式排放[74]；（3）有些地區(qū)稻田實(shí)行淺水灌溉，增加了土壤通氣性，促進(jìn)了甲烷氧化菌的繁殖[72]，減少了CH4排放。

2.2對(duì)N2O排放的影響及作用機(jī)理

土壤N2O的產(chǎn)生主要是由微生物參與的硝化和反硝化反應(yīng)決定。此過(guò)程受諸多因素影響，如土壤性質(zhì)（pH值、黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)）[75]、土壤碳氮含量[76]、通氣狀況[77，78]、土壤環(huán)境[79-80]、施肥情況[81-82]和灌溉方式[83]等，而不同的秸稈還田量、秸稈C/N等結(jié)合以上因素抑或?qū)σ陨弦蛩氐牟煌绊憣?duì)N2O排放產(chǎn)生不同的效果。因此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)秸稈還田對(duì)農(nóng)田土壤N2O排放的影響及機(jī)理進(jìn)行了大量研究，但仍未得出一致結(jié)論。

2.2.1影響效果及作用機(jī)理Ma等探究了南京3季不同稻草還田方式（焚燒、翻耕和覆蓋）對(duì)小麥生長(zhǎng)季N2O排放的影響，發(fā)現(xiàn)與秸稈移除相比，秸稈焚燒減少了24%～29%的N2O排放，翻耕入土減少了3%～18%的N2O排放，而秸稈覆蓋增加了15%～39%的N2O排放；認(rèn)為可能是覆蓋使得土壤保持較高的濕度和溫度，促進(jìn)了硝化反硝化反應(yīng)，翻耕或焚燒導(dǎo)致土壤氮固定，減少了反應(yīng)所需的氮基質(zhì)[80]。其他學(xué)者也得出了類似結(jié)論，認(rèn)為秸稈還田促進(jìn)了N2O排放[22，84-85]。然而，張翰林等發(fā)現(xiàn)1年和5年秸稈還田都會(huì)降低N2O排放，降低量分別為29.68%和42.55%[63]。李香蘭等認(rèn)為秸稈腐解過(guò)程產(chǎn)生的化感物質(zhì)會(huì)抑制土壤微生物活性減少N2O排放[86]。鄒建文等認(rèn)為，常規(guī)灌溉方式下秸稈還田減少了后季麥田N2O的排放，而持續(xù)淹水下并不會(huì)減少N2O排放量。也有研究認(rèn)為秸稈還田對(duì)N2O排放沒(méi)有顯著影響。Shan等[83]利用Meta分析了112個(gè)秸稈還田對(duì)N2O排放的影響評(píng)估，得出了秸稈還田不會(huì)顯著影響N2O排放的結(jié)論[83]。

2.2.2影響因素（1）土壤性質(zhì)。張冉等采用Meta分析方法，定量分析了秸稈還田對(duì)中國(guó)農(nóng)田土壤N2O排放的影響，并對(duì)其影響因素進(jìn)行了解析，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，中國(guó)不同區(qū)域秸稈還田對(duì)土壤N2O排放有一定差異，其中華東地區(qū)減排1861%（P<0.05），而華中和華北地區(qū)則分別增排623%和27.73%（P<0.05）；同時(shí)，當(dāng)土壤酸堿度接近中性時(shí)，秸稈還田對(duì)N2O排放的影響表現(xiàn)為正效應(yīng)，其余為負(fù)效應(yīng)；當(dāng)黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)<15%時(shí)負(fù)效應(yīng)顯著，超過(guò)15%時(shí)表現(xiàn)為輕微正效應(yīng)[75]。不同土壤環(huán)境下秸稈還田對(duì)N2O排放的影響也不同。旱地秸稈還田通常會(huì)對(duì)土壤微環(huán)境的溫度和水分有一定的保持效果，增加了缺氧的微小區(qū)域，加強(qiáng)了反硝化作用，刺激N2O排放[23，79-80]。Li等采用DNDC模型估算，認(rèn)為旱地秸稈還田的N2O直接排放可以抵消全部固碳效益[23]。

（2）秸稈C/N。許多學(xué)者認(rèn)為N2O排放與還田秸稈的C/N具有顯著相關(guān)關(guān)系，C/N的變化會(huì)影響土壤微生物過(guò)程。高C/N的秸稈使得土壤碳量過(guò)高而氮量相對(duì)較低，從而刺激微生物對(duì)土壤中有效態(tài)氮的固定，減少了N2O產(chǎn)生所需的氮基質(zhì)，使N2O排放減少[87]；相反，低C/N（<20）的秸稈分解快速，釋放有效態(tài)氮[88]，增強(qiáng)了硝化反硝化作用[89]，從而增加N2O排放。

（3）施氮量。當(dāng)秸稈還田與氮肥施用結(jié)合時(shí)，改變了土壤C/N，對(duì)N2O排放的影響產(chǎn)生不同效果。王改玲等研究了不同施氮水平下秸稈還田對(duì)灌溉玉米田N2O排放的影響，發(fā)現(xiàn)土壤反硝化速率及N2O排放受氮肥、秸稈還田方式及其交互作用的顯著影響，與秸稈燃燒相比，不施氮或低施氮水平時(shí)（200 kg/hm2），秸稈還田可刺激反硝化反應(yīng)增加N2O排放；高施氮水平時(shí)（400 kg/hm2），秸稈還田可降低反硝化反應(yīng)和N2O排放[82]。潘志勇等認(rèn)為高施氮（600 kg/hm2）結(jié)合小麥秸稈還田下整個(gè)小麥玉米生長(zhǎng)季N2O排放通量最低[81]。

3秸稈還田對(duì)全球綜合增溫潛勢(shì)的影響

由于CO2、CH4和N2O的增溫效應(yīng)不同，只有計(jì)算它們的綜合溫室效應(yīng)才能全面評(píng)價(jià)秸稈還田對(duì)溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)[20，90]。全球綜合增溫潛勢(shì)（GWP）是一種以CO2作為參考?xì)怏w來(lái)定量評(píng)估不同溫室氣體對(duì)全球變暖的潛在效應(yīng)的指標(biāo)[91]。而凈GWP則將土壤固碳考慮在內(nèi)，表示農(nóng)田排放CH4和N2O的綜合增溫潛勢(shì)與土壤固碳減緩全球變暖的貢獻(xiàn)的差值，其正值或負(fù)值表示大氣溫室氣體的源或匯[92]，可以更全面系統(tǒng)地反映秸稈還田對(duì)溫室氣體排放的影響。

張翰林等分析了秸稈還田對(duì)稻麥輪作系統(tǒng)溫室氣體排放和土壤固碳的影響，并且綜合了秸稈焚燒因素，發(fā)現(xiàn)1年秸稈還田對(duì)減緩全球變暖的貢獻(xiàn)顯著高于不還田處理，凈GWP降低4.72%，但5年時(shí)間下沒(méi)有顯著差異，認(rèn)為短期全量秸稈還田有助于降低總體溫室氣體排放，長(zhǎng)期進(jìn)行秸稈還田后降低幅度會(huì)逐步減小[63]。裴淑瑋等以華北地區(qū)冬小麥—夏玉米輪作農(nóng)田作為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)秸稈還田樣地的凈GWP值為-179.2 kg C/hm2，說(shuō)明秸稈還田可以起到緩解溫室效應(yīng)的效果[57]。李成芳等認(rèn)為，稻田固碳對(duì)減緩全球變暖的貢獻(xiàn)隨油菜秸稈還田量的增加而增加，凈GWP則隨還田量的增加而降低[72]。在墨西哥，Dendooven等探究了耕作和秸稈還田對(duì)GWP的影響，發(fā)現(xiàn)耕作和秸稈還田對(duì)GWP影響很小，但顯著提高了0～60 cm土層的SOC含量，使得免耕結(jié)合秸稈還田的凈GWP呈現(xiàn)負(fù)值（-6.277 Mg CO2/hm2），而其他耕作措施的凈GWP值為1.288～1.885 Mg CO2/hm2[55]。說(shuō)明免耕結(jié)合秸稈還田這一耕作措施在減排方面是值得提倡的。

也有研究人員[9，92-93]得出了不同結(jié)論，認(rèn)為秸稈還田會(huì)顯著增加凈GWP，加劇溫室效應(yīng)。張?jiān)婪嫉瘸醪教骄堪l(fā)現(xiàn)，秸稈還田顯著增加CH4排放總量152%和土壤固碳量531%，減少N2O排放總量14%，增加凈GWP 57%，認(rèn)為秸稈還田使短期內(nèi)稻麥兩熟高產(chǎn)農(nóng)田的溫室效應(yīng)明顯提高[93]。Shang等通過(guò)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)研究了湖南雙稻區(qū)早稻秸稈還田（還田量約6 t/hm2）對(duì)農(nóng)田年凈GWP 影響，結(jié)果顯示秸稈還田增加了年凈GWP 56%[92]。Xia等探究了22年秸稈還田對(duì)稻麥輪作體系溫室氣體排放和SOC的影響，發(fā)現(xiàn)秸稈還田極大地促進(jìn)了CH4排放，其GWP值是增加的SOC含量的3.21～3.92倍，由此認(rèn)為長(zhǎng)期秸稈還田并不能起到緩解全球變暖的作用[9]，這與逯非等的研究結(jié)果[20]一致。

綜上所述，到目前為止，秸稈還田對(duì)全球綜合增溫潛勢(shì)的影響結(jié)果還未具有一致性。雖然國(guó)內(nèi)研究人員近幾年已經(jīng)開(kāi)始重視從更加綜合量化的角度考慮秸稈還田對(duì)全球變暖的影響，但相關(guān)研究成果仍十分匱乏，還需進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

4秸稈還田對(duì)作物產(chǎn)量的影響

大部分研究認(rèn)為秸稈還田可提高作物產(chǎn)量，主要是通過(guò)提高水稻分蘗數(shù)、株高、葉綠素含量、葉面積指數(shù)和地上部干物質(zhì)量，增加有效穗數(shù)和每穗實(shí)粒數(shù)[19，94-95]，提高作物氮素吸收效率[96]等方面實(shí)現(xiàn)。陳培鋒等的研究表明，較不還田處理，小麥秸稈翻耕還田顯著增加了水稻的有效穗數(shù)且增產(chǎn)幅度達(dá)6.1%～14.5%[97-98]。嚴(yán)奉君等試驗(yàn)表明，小麥與油菜秸稈覆蓋均顯著提高了水稻產(chǎn)量，增產(chǎn)幅度分別為4.7%～9.4%和0.6%～6.5%，且麥稈覆蓋效果更佳[99]。而與根系相關(guān)性的分析表明，產(chǎn)量與水稻各生育時(shí)期根干重、根冠比和總根長(zhǎng)等根系形態(tài)特征均呈顯著或極顯著的正相關(guān)關(guān)系，表明秸稈覆蓋對(duì)水稻根系生長(zhǎng)的有效促進(jìn)，是提高水稻產(chǎn)量的重要因素[100-101]。甄麗莎等發(fā)現(xiàn)秸稈還田可以提高土壤蔗糖酶和脲酶活性，從而顯著提高作物產(chǎn)量，并以配施氮磷肥處理的小麥產(chǎn)量增幅50.6%和玉米產(chǎn)量增幅343%為最高[102]。

也有秸稈還田會(huì)導(dǎo)致作物減產(chǎn)的報(bào)道，原因可能是秸稈單獨(dú)還田導(dǎo)致土壤C/N失衡[103]，或者是秸稈對(duì)麥苗生長(zhǎng)具有他感相克作用，減少了幼苗生物量[104]。朱麗君等認(rèn)為，通過(guò)調(diào)節(jié)農(nóng)藝措施可以減輕過(guò)量秸稈還田的負(fù)效應(yīng)，降低秸稈還田對(duì)下茬作物的不良影響，從而提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)正常施肥條件澆2次透水的小麥秸稈全量還田處理具有顯著增產(chǎn)效果[105]。佘冬立等研究發(fā)現(xiàn)，稻草還田的表觀增產(chǎn)效果較低，增產(chǎn)率僅5.1%，而配施氮肥后可達(dá)8%以上，并推薦中南稻區(qū)年稻草還田量為7 500 kg/hm2配施純氮 180 kg/hm2[106]。趙鵬等認(rèn)為秸稈還田配施270 kg/hm2的純氮可以顯著提高作物產(chǎn)量11.1%[107]。趙士誠(chéng)等發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期秸稈還田雖然提高了作物產(chǎn)量，但是僅玉米秸稈還田會(huì)導(dǎo)致土壤鉀消耗，因此需要增加鉀肥投入維持土壤鉀平衡[108]。劉禹池等研究了長(zhǎng)期秸稈還田與施肥對(duì)稻—油輪作體系作物產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)秸稈還田可以顯著提高水稻和油菜產(chǎn)量，但油菜季必須注意施用足夠的磷肥以保證油菜籽的高產(chǎn)[109]。

總體來(lái)說(shuō)，秸稈還田可以提高作物產(chǎn)量，且配施氮肥可以平衡土壤C/N，利于秸稈腐解和作物生長(zhǎng)。但不同條件下，例如作物種類、秸稈還田量、土壤性質(zhì)等，秸稈還田的化肥配施量及種類的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，今后應(yīng)加強(qiáng)這方面的量化研究。

5研究中存在的不足與建議

秸稈還田雖然是一項(xiàng)值得推廣并且已經(jīng)被持續(xù)應(yīng)用的技術(shù)，但目前的研究仍然存在一些不足。筆者就參閱的文獻(xiàn)進(jìn)行總結(jié)和思考，提出以下幾點(diǎn)不足及相應(yīng)建議：

（1）許多學(xué)者在研究時(shí)將秸稈還田看作是一項(xiàng)單一的技術(shù)，沒(méi)有結(jié)合相應(yīng)的農(nóng)田管理措施來(lái)探究秸稈還田的影響。此種情景下的研究缺乏系統(tǒng)性，不能為實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)提供有效參考。因此，在深入探索秸稈還田對(duì)溫室氣體排放的影響機(jī)理時(shí)，還要加強(qiáng)各種農(nóng)田管理措施（種植制度、施肥和水分管理等）的影響，以及二者結(jié)合產(chǎn)生的綜合效果。如稻田低施氮水平下進(jìn)行中期烤田可以減少CH4和N2O排放，施用甲烷抑制劑、脲酶抑制劑及硝化抑制劑和緩釋/控釋肥可以降低稻田溫室氣體排放并提高產(chǎn)量[86]。Zou等[68]和Banger等[110]發(fā)現(xiàn)，間歇灌溉可以顯著減少溫室氣體排放。適宜的還田時(shí)間也有助于控制稻田CH4排放[111]。由此可見(jiàn)，結(jié)合適宜的農(nóng)田管理措施，不僅具有實(shí)踐意義，還能更好地輔助秸稈還田技術(shù)，形成一套以秸稈還田為主體的復(fù)合技術(shù)體系[112]。

（2）計(jì)算秸稈還田對(duì)溫室氣體排放的影響時(shí)，沒(méi)有從整體的角度出發(fā)，只考慮到溫室氣體的排放量。往后的研究應(yīng)該不僅計(jì)算3種溫室氣體的排放量，還要將土壤固碳量考慮在內(nèi)。黃堅(jiān)雄等就從“凈排放”的角度探討了農(nóng)業(yè)措施對(duì)溫室氣體排放的影響[24]。逯非等也提出了凈減排潛力（Net Mitigation Potential，NMP）的概念[113]。

（3）值得注意的是，農(nóng)業(yè)措施（如物資投入）往往會(huì)造成大量的溫室氣體排放，但國(guó)內(nèi)的研究往往忽視了這種隱藏排放。例如，雖然秸稈還田配施氮肥可以顯著提高土壤SOC含量和作物產(chǎn)量，但氮肥的生產(chǎn)過(guò)程也造成了大量溫室氣體排放，Schlesinger等就發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)氮肥抵消了62%的增長(zhǎng)的有機(jī)碳[114]。因此需要對(duì)不同條件下秸稈還田的化肥配施量進(jìn)行具體的量化研究，既能最大限度地增加SOC和作物產(chǎn)量，又能盡量減少化肥生產(chǎn)造成的溫室氣體排放。今后的研究要盡可能地考慮實(shí)際農(nóng)業(yè)活動(dòng)中存在的隱藏溫室氣體排放，并且進(jìn)行相應(yīng)的針對(duì)研究。

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doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2017.06.004