程東娟，齊 鳴，劉淙琮

(河北工程大學(xué)，河北 邯鄲 056021)

中國每年的秸稈產(chǎn)量約為7 億t[1]，秸稈還田現(xiàn)已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的常用措施，如黑龍江省、江蘇省分別于2017年和2018年印發(fā)了秸稈機械化還田實施辦法。隨著秸稈還田的推廣，相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范和規(guī)程相繼發(fā)布，如1995年中國農(nóng)科院等六單位制定了針對華北地區(qū)、西南地區(qū)、長江中游區(qū)、江蘇水旱輪作區(qū)、浙江三熟制種植區(qū)的6個秸稈還田技術(shù)規(guī)程，河南省于2016年發(fā)布了“小麥秸稈粉碎還田技術(shù)規(guī)程”，湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院于2019年起草了“小麥-玉米秸稈還田技術(shù)規(guī)程”。

秸稈還田是一項重要的培肥地力措施，不僅能夠減輕焚燒秸稈對生態(tài)環(huán)境的不利影響，還能改善土壤結(jié)構(gòu)和理化性狀[2]，提高土壤保水保肥能力[3]，提高農(nóng)作物產(chǎn)量[4,5]。研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田的持續(xù)時間越長，對土壤理化性狀的改善作用越明顯[6,7]。

秸稈還田對提高土壤水分利用率、增加土壤養(yǎng)分含量影響方面的研究文獻(xiàn)很多，但在秸稈還田對土壤水分運移分布特性方面研究較少，已有研究文獻(xiàn)集中在作物生育期內(nèi)土壤水分 動態(tài)運移分布方面[8,9]。在秸稈還田對土壤持水特性影響方面只見數(shù)篇報道，如仵峰等采用 Ku-pF 非飽和導(dǎo)水率測量系統(tǒng)測定土壤水分特征曲線，并分析不同秸稈摻加量對土壤水分特征曲線參數(shù)的影響及土壤水分常數(shù)的變化[10]；周倩倩采用室內(nèi)土箱進(jìn)行非飽和二維土壤入滲實驗，用 HYDRUS-2D 軟件對土壤水分特征曲線和土壤水分入滲過程進(jìn)行數(shù)值模擬與分析[11]。為此，在室內(nèi)進(jìn)行秸稈還田量對土壤持水特性，尤其對水分有效性和釋水性影響進(jìn)行研究，以期為秸稈還田下更加合理地利用土壤水分、改善灌溉措施提供依據(jù)。

1 試驗條件與方法

1.1 試驗材料與方法

為研究秸稈還田量對土壤持水特性影響，采用擾動土添加秸稈的方式測定土壤水分特征曲線。試驗所用擾動土經(jīng)風(fēng)干粉碎后通過2 mm篩，其初始質(zhì)量含水量為3.50%。它的機械組成為砂粒(0.02～2 mm)、粉粒(0.002～0.02 mm)、黏粒(≤0.002 mm)的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為8.57%、33.77%、57.66%，依據(jù)國際質(zhì)地判斷標(biāo)準(zhǔn)為砂質(zhì)壤土。

土壤水分特征曲線采用壓力膜儀法進(jìn)行測量。將擾動土與風(fēng)干秸稈按一定比例混合后，按1.3 g/cm3的容重裝入壓力膜儀配套環(huán)刀內(nèi)，將土樣置于壓力板上加水濕潤12 h至飽和含水量，打開壓縮氣源，調(diào)節(jié)至所需壓力，待水流不再流出，達(dá)到平衡。平衡后，采用烘干法測得樣品的土壤含水量。隨后逐漸加壓，重復(fù)以上測定，得到一系列土壤水吸力和對應(yīng)的土壤含水量，從而繪制土壤水分特征曲線。

1.2 試驗設(shè)計

試驗為單因素試驗設(shè)計，共5個處理，分別為4個秸稈還田量不同的處理和不還田秸稈的對照處理(CK)，秸稈還田量(用風(fēng)干秸稈添加量占風(fēng)干土樣比例表示)分別為1.0%、3.0%、5.0%、7.0%。

1.3 數(shù)據(jù)的處理與分析

圖中數(shù)據(jù)均是重復(fù)3次的平均值，使用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，Excel進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田量對土壤特征曲線影響

圖1為不同秸稈還田量下土壤水分特征曲線，由圖1可以看出，秸稈還田后對土壤特征曲線有影響，使土壤水分特征曲線較對照處理整體上移，即相同PF值(土壤水吸力)下秸稈還田處理土壤含水量大于秸稈不還田處理，并且隨著秸稈還田量增大，相同PF值下土壤含水量越大；由圖1還可以看出，在中吸力段(PF=2.0～3.0)，相同PF值下各處理的土壤含水量相差不大，在低吸力段(PF=0～2.0)和高吸力段(PF=3.0～4.2)內(nèi)，相同PF值下秸稈還田處理與對照處理相差較大。可見，秸稈還田處理對土壤水分特征曲線影響主要在低吸力段和高吸力段范圍。

圖1 不同秸稈還田量的土壤水分特征曲線

2.2 秸稈還田量對土壤水分常數(shù)及土壤水分有效性影響

將不同秸稈還田量下的土壤全持水量減去凋萎系數(shù)得到各處理的可用水量，將土壤全持水量減去田間持水量得到各處理的多余水量，將田間持水量減去毛管斷裂含水量得到各處理的易有效水量，將毛管斷裂含水量減去凋萎系數(shù)得到各處理的難有效水量。

表1是不同秸稈還田量處理的土壤水分常數(shù)。由表1可以看出，秸稈還田各處理的各土壤水分常數(shù)均大于秸稈不還田處理，且隨著秸稈還田量的增加，全持水量、田間持水量、毛管斷裂含水量和凋萎系數(shù)逐漸增加，表明秸稈還田量對土壤水分常數(shù)有影響，秸稈的還田增大了各水分常數(shù)。

表1 不同秸稈還田量的不同土壤水分常數(shù) %

對秸稈還田各處理中的各土壤水分常數(shù)與秸稈還田量進(jìn)行線性擬合，擬合結(jié)果見圖2。秸稈還田量與全持水量線性相關(guān)性好于與田間持水量、毛管斷裂含水量和凋萎系數(shù)的線性相關(guān)性，并且全持水量、毛管斷裂含水量、田間持水量、凋萎系數(shù)與秸稈還田量線性相關(guān)的斜率逐漸減小，截距逐漸增大，表明隨著土壤水分常數(shù)數(shù)值變小，秸稈還田對土壤水分常數(shù)影響也減小，即秸稈還田對土壤水分常數(shù)的影響大小具體表現(xiàn)為：全持水量>田間持水量>毛管斷裂含水量>凋萎系數(shù)。

圖2 不同秸稈還田量的土壤水分常數(shù)與秸稈還田量關(guān)系

表2為不同秸稈還田量下、不同水分有效性下的土壤水量。由表2可以看出，秸稈還田對水分有效性影響不完全一致。秸稈還田各處理的有效水量均大于秸稈不還田處理，以秸稈還田量5%為最大；秸稈還田各處理的多余水量均大于秸稈不還田處理，并隨秸稈還田量增大而減小；秸稈還田各處理的易有效水量均小于秸稈不還田處理，并隨秸稈還田量增大而增大；秸稈還田各處理的難有效水量均大于秸稈不還田處理，并隨秸稈還田量增大而減小。秸稈還田后，最大可用有效水含量、多余水含量、難有效水含量增大，易有效水含量減小，但易有效水量是能夠不斷地滿足作物的需要，對作物的生長發(fā)育起著關(guān)鍵作用，秸稈還田雖然增大了土壤水分儲量，但植物獲得相同易有效水含量時需要灌溉更多的水量，可見秸稈還田對水分利用不利。

表2 各處理在不同水分有效性下的土壤水分含量 %

2.3 秸稈還田量對土壤比水容量影響

比水容量，亦稱作土壤的容水度，是指單位基質(zhì)勢變化引起含水量的變化，在數(shù)值上等于土壤水分特征曲線斜率的負(fù)值，是表征土壤物理特性的一個重要參數(shù)，是研究土壤水分運動和溶質(zhì)運移等問題的基礎(chǔ)[12,13]。

圖3為不同秸稈還田處理的比水容量隨土壤水吸力的變化。由圖3可以看出，秸稈還田處理比水容量隨土壤水吸力變化與不還田秸稈處理相似，在PF=0.5～1.5范圍內(nèi)各處理比水容量均隨著土壤水吸力增大而迅速增大，表現(xiàn)為土壤水吸力大于進(jìn)氣吸力后，土壤水吸力增大后土壤大孔隙中的重力水釋水量增大；在PF=1.5～1.9 范圍內(nèi)，土壤釋水仍以大孔隙中的重力水為主，但土壤比水容量隨著土壤水吸力增大迅速減?。辉赑F=1.9～2.8范圍內(nèi)，為土壤有效水分范圍，隨著土壤水吸力增大，土壤比水容量先迅速減小后趨于平緩；在PF=2.8～4.2范圍內(nèi)，土壤比水容量很小且變化平緩。可見，秸稈的還田，影響了比水容量隨土壤水吸力變化的數(shù)值大小，但沒有改變比水容量隨土壤水吸力的變化規(guī)律，表明一定秸稈還田量下土壤礦物基質(zhì)性質(zhì)仍是決定比水容量與土壤水吸力關(guān)系的決定因素。

圖3 各處理中的比水容量隨土壤水吸力的變化

相同PF值下，隨著秸稈還田量增加，土壤比水容量減小，表明隨著秸稈還田量增大，單位水勢變化下釋放水量減小，有利于水分保存，但有效水分因釋放水分減少，不利于植物吸收水分。

在PF=0.5～1.9范圍內(nèi)，土壤中水分以重力水為主，秸稈不還田處理，當(dāng)吸力增大時，比水容量明顯大于秸稈還田處理，表明秸稈有利于易流失的重力水在土壤中保存，這對減小降雨或灌溉的水分向深層運移出根系活動層、對根系活動層水分保持更多水分有意義。

與不同吸力段土壤含水量比較，在低、高吸力段，秸稈還田量高的土壤含水量高，但比水容量小，說明在低、高吸力段，較多的水分存在于土壤中，準(zhǔn)確地說存在土壤的秸稈中。

3 結(jié)論與討論

(1)秸稈還田后，相同土壤水吸力的土壤含水量隨著秸稈還田量增大而增大；秸稈還田量增大了各土壤水分常數(shù)，使多余水量、難有效水量增大，但減小了有效水量。

仵峰研究發(fā)現(xiàn)，在摻加小麥秸稈 3.2%、摻加玉米秸稈2.25%處理下，土壤中易利用水比例系數(shù)上升，認(rèn)為通過摻加秸稈能顯著提高土壤的保水性。本試驗研究結(jié)果與仵峰研究結(jié)果相反，可能因為試驗中使用的秸稈狀況和施用量不同。仵峰研究中秸稈還田量最大施用比例為3.2%，秸稈還田量由1.0%、1.6%、2.25%增大達(dá)到3.2%，在秸稈還田量為2.25%時土壤保水性達(dá)到最優(yōu)，而本試驗4個處理中3個處理的秸稈還田量均大于2.25%(4個稈還田量分別為1.0%、3.0%、5.0%、7.0%)；本試驗中秸稈碎度小于0.5 cm，而仵峰研究中秸稈碎度大于5 cm。結(jié)合仵峰研究結(jié)果，建議秸稈還田量不宜過大，本試驗條件下不宜超過5.0%。

(2)秸稈的還田沒有改變比水容量隨土壤水吸力的變化規(guī)律，但隨著秸稈還田量增加，土壤比水容量減小。

秸稈的初始情況可能對試驗結(jié)果有影響，本試驗使用風(fēng)干后的秸稈，水分入滲到土壤中，秸稈由干變濕吸附了大量水分，而進(jìn)入秸稈中的這些水分被秸稈內(nèi)的組織吸附不易被釋放出來，可能導(dǎo)致了土壤水吸力增大，而還田秸稈處理的比水容量變小。