于 博 徐松鶴 任 琴 楊玉亭 周萌洋 潘 瑜

（集寧師范學(xué)院，012000，內(nèi)蒙古烏蘭察布）

作物秸稈是世界上僅次于煤炭、石油和天然氣的第四大能源，是重要的生物資源，占世界能源總消耗量的 1/4[1]。全球每年產(chǎn)生作物秸稈 50億～70億 t，有數(shù)據(jù)[2]顯示，美國(guó)每年生產(chǎn)的作物秸稈約4.5億t，中國(guó)農(nóng)作物秸稈年均總量約7億t，居世界首位，有學(xué)者估算我國(guó)2015年農(nóng)作物秸稈中可利用秸稈約7.7億t[3]，2017年秸稈資源綜合利用率超過(guò)83%[4]。中國(guó)玉米秸稈資源豐富，總量在2億t以上，玉米秸稈占秸稈資源總量的31%[5]。中國(guó)秸稈量呈逐年增加的趨勢(shì)，加之省柴節(jié)煤技術(shù)和清潔能源的推廣應(yīng)用，農(nóng)村有大量富余秸稈[6]，部分地區(qū)農(nóng)民為了搶農(nóng)時(shí)，秸稈被棄置或露天焚燒[7]，被棄置的秸稈堆放在田間地頭導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化等污染[8]，秸稈焚燒導(dǎo)致溫室氣體和固體顆粒排放到空氣中[9]，造成霧霾等大氣污染[10]，破壞了人們生產(chǎn)生活環(huán)境，危害人體健康[11]，還破壞土壤微生物生存環(huán)境[12]、影響土壤耕性[13]、破壞土壤生態(tài)[14]。作物秸稈不合理利用造成農(nóng)業(yè)生物資源的浪費(fèi)和環(huán)境污染等一系列農(nóng)田生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，已成為當(dāng)今農(nóng)業(yè)資源利用與環(huán)境領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。隨著焚燒秸稈禁令的實(shí)施以及各部委和各地方政府關(guān)于秸稈綜合利用政策的頒布，還田培肥土壤的秸稈利用方式得到快速發(fā)展[15]。因此，如何合理利用秸稈資源培肥土壤為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，是當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。

1 秸稈還田的技術(shù)模式

秸稈還田是將作物收獲后的秸稈直接或堆積腐熟后施入農(nóng)田，改善土壤理化性質(zhì)、加速生土熟化和提高土壤肥力的一種培肥方式[16]。秸稈還田分直接還田和間接還田。直接還田是利用農(nóng)機(jī)進(jìn)行粉碎、破茬、深耕和耙壓等將作物秸稈粉碎后直接覆蓋于土壤表層或深埋。直接還田包括粉碎翻壓還田、覆蓋還田、留高茬還田、整稈還田和覆蓋條耕還田等，間接還田包括堆漚還田、過(guò)腹還田、燒灰還田、菇渣還田和沼渣還田等[17]。

1.1 秸稈粉碎翻壓還田

秸稈粉碎翻壓還田技術(shù)模式是利用聯(lián)合收割機(jī)將莖稈和莖葉粉碎覆蓋于地表，再翻耕入土，在微生物和酶的共同作用下腐解。該模式適用于玉米、小麥、水稻和高粱等作物秸稈還田，玉米和高粱的合格碎稈長(zhǎng)度≤10cm[18-19]，小麥和水稻的合格碎稈長(zhǎng)度≤15cm[19]，該技術(shù)模式有作業(yè)質(zhì)量好、處理量大、成本低和效率高的優(yōu)點(diǎn)[19-20]，在機(jī)耕配套措施較好的地區(qū)宜大面積推廣。

1.2 秸稈覆蓋還田

秸稈覆蓋還田技術(shù)模式是將作物秸稈或殘茬直接覆蓋于土壤表面，配套農(nóng)業(yè)播種機(jī)械器具措施[21]，整株倒茬覆蓋，適用于北方玉米田和小麥田。秸稈覆蓋還田能降低土壤的水蝕和風(fēng)蝕，減少水分蒸發(fā)和養(yǎng)分流失，提高土壤飽和導(dǎo)水率，增強(qiáng)土壤蓄水能力，提高作物水分利用率[22]，保持土壤溫度相對(duì)穩(wěn)定，并能有效緩解氣溫驟變對(duì)土壤溫度的影響[23]，有保水保墑的作用。

1.3 秸稈留高茬還田

秸稈留高茬還田技術(shù)模式是指收割時(shí)作物基部留有一定高度的莖稈，翌年利用滅茬機(jī)、旋耕機(jī)和秸稈粉碎翻埋滅茬機(jī)清除作物根茬，將秸稈直接與耕層土壤均勻混合的一項(xiàng)機(jī)械化還田技術(shù)，適用于實(shí)行輪作的農(nóng)田[19]。根茬粉碎還田有節(jié)約工時(shí)、減少土肥流失、提高土壤有機(jī)質(zhì)和改良土壤的優(yōu)點(diǎn)[24]。

1.4 秸稈整稈還田

秸稈整稈還田技術(shù)模式是將作物摘穗后直立于田間，秸稈沿著機(jī)具前進(jìn)方向翻埋或倒稈覆蓋在農(nóng)田內(nèi)的一種秸稈還田技術(shù)模式[19]，包括整體翻埋和覆蓋2種方式，翻埋還田的秸稈深施，覆蓋還田的秸稈面施。適用于地勢(shì)平坦的東北和一年一熟的西北旱作區(qū)[21]，有抗旱保墑、減少秸稈粉碎作業(yè)環(huán)節(jié)和投入成本較低等優(yōu)點(diǎn)[25]。

1.5 秸稈覆蓋條耕還田

秸稈覆蓋條帶耕作技術(shù)模式是指秋季或春季進(jìn)行覆蓋秸稈，使用專(zhuān)用條帶耕作機(jī)對(duì)苗帶（待播種帶）表土進(jìn)行少耕（僅淺耕播種帶），再用免耕播種機(jī)播種的技術(shù)模式。玉米收獲的同時(shí)將秸稈粉碎覆蓋在地表，秋季或春季采用秸稈集行機(jī)進(jìn)行集行處理后露出待播種帶，再使用專(zhuān)用苗帶耕作機(jī)旋耕待播種帶[26]。該技術(shù)模式是保護(hù)性耕作的一種新形式，苗帶設(shè)計(jì)寬度約25cm，苗帶之間行距約76cm，作物全生育期保持秸稈覆蓋，全田土壤擾動(dòng)通常小于1/3[27]，耕作省工省時(shí)、效率高并且成本低。該技術(shù)模式可減少耕層水土流失、碳排放和化肥投入，同時(shí)抑制水分蒸發(fā)，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤抗旱能力，防治土壤退化[27-28]。

1.6 秸稈堆漚還田

堆漚還田是指在田間就近選址，將秸稈粉碎后堆積于地面或挖坑堆積，加入畜禽糞、多種微量元素和生物菌，在高溫厭氧環(huán)境下將秸稈堆腐后再還田的技術(shù)模式[29]。秸稈堆積處需靠近水源，挖深度為1.0～1.5m正方形坑，秸稈長(zhǎng)度10～15cm，堆厚30～40cm，由下至上第2層堆黑土、草炭、人糞尿和家禽家畜糞，可添加少量尿素、磷酸二銨或過(guò)磷酸鈣，層層堆積，最上層用泥土封頂，堆積高度略高于平地，夏季溫度升高后可達(dá)到腐解秸稈的目的，翌年還田培肥土壤[30]。

1.7 秸稈生化腐熟快速還田

秸稈生化腐熟快速還田技術(shù)模式是利用高新技術(shù)進(jìn)行菌種的培養(yǎng)和生產(chǎn)，用現(xiàn)代化設(shè)備控制溫度、濕度、數(shù)量、質(zhì)量和時(shí)間，經(jīng)機(jī)械翻拋、高溫堆腐和生物發(fā)酵等過(guò)程，將秸稈轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥[31]，包括催腐堆肥技術(shù)、速腐堆肥技術(shù)和酵腐堆肥技術(shù)，具有自動(dòng)化程度高、腐熟周期短、產(chǎn)量高、好氧發(fā)酵環(huán)境無(wú)污染和提高土壤養(yǎng)分速度快等優(yōu)點(diǎn)[31-32]。相比傳統(tǒng)堆制漚肥還田，該技術(shù)能產(chǎn)生大量纖維素酶，有殺滅秸稈中病菌、縮短秸稈腐熟時(shí)間、減少秸稈中有機(jī)質(zhì)及氮素?fù)p耗的優(yōu)勢(shì)[33]。20世紀(jì)末，微生物學(xué)家島本覺(jué)也利用酵素菌技術(shù)在日本用于秸稈肥制作，達(dá)到了還田秸稈快速釋放養(yǎng)分的目的，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益[34]。

1.8 秸稈過(guò)腹還田

秸稈經(jīng)過(guò)青貯、氨化和微貯處理飼喂畜禽，經(jīng)過(guò)食草牲畜的咀嚼和胃的消化作用，以有機(jī)肥的形式返還土壤稱(chēng)為過(guò)腹還田[31]。該技術(shù)模式是“種養(yǎng)結(jié)合”的新理念，形成糧食―秸稈―飼料―牲畜―肥料―糧食的良性循環(huán)，減少了秸稈浪費(fèi)，降低了養(yǎng)殖業(yè)成本，實(shí)現(xiàn)了畜和農(nóng)的循環(huán)可持續(xù)發(fā)展[31]。

1.9 其他秸稈還田技術(shù)模式

秸稈還田技術(shù)模式還包括菇渣還田、沼渣還田和焚燒還田。菇渣還田是指將秸稈作為菇類(lèi)和菌類(lèi)的培養(yǎng)基料，生產(chǎn)后的菇渣還田培肥土壤的技術(shù)模式。沼渣還田是指秸稈發(fā)酵制沼，為土壤提供有機(jī)肥的技術(shù)模式。菇渣和沼渣產(chǎn)量小、生產(chǎn)周期長(zhǎng)且勞動(dòng)強(qiáng)度大，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用較少[31]。秸稈焚燒還田又稱(chēng)炭化還田，是將秸稈直接點(diǎn)燃或作為輔助燃料，此方式污染大氣環(huán)境，存在火災(zāi)安全風(fēng)險(xiǎn)，浪費(fèi)能源，還會(huì)造成土壤有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀大量損失[35]。目前，部分地區(qū)仍以傳統(tǒng)的秸稈焚燒和作為燃料等方式利用秸稈，這與秸稈還田成本高、當(dāng)?shù)剞r(nóng)民生態(tài)環(huán)保意識(shí)淡薄和秸稈還田配套機(jī)械設(shè)備不足等因素有關(guān)。

2 秸稈還田的作用

2.1 秸稈培肥的價(jià)值

秸稈富含熱能和作物生長(zhǎng)所必需的氮、磷、鉀及微量礦質(zhì)元素，其物質(zhì)組成包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、蛋白質(zhì)和可溶性糖等，約占秸稈干重的80%[36]，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的有機(jī)肥源。豆科作物秸稈含氮較多，禾本科作物秸稈含鉀較多[37]。每100kg鮮秸稈中含氮 0.48～0.50kg、磷 0.12～0.38kg和鉀1.0～1.67kg，相當(dāng)于2.4kg氮肥、3.8kg磷肥和3.4kg鉀肥，若將100kg作物秸稈還田，就相當(dāng)于向土壤施入標(biāo)準(zhǔn)肥10kg以上，土壤有機(jī)質(zhì)含量提高0.03%[29,38]。利用秸稈生物肥料會(huì)帶來(lái)更高的肥效，土壤基施3750kg/hm2秸稈相當(dāng)于1500kg碳酸氫銨、750kg過(guò)磷酸鈣和300kg硫酸鉀的肥效[29]，秸稈還田增加了土壤養(yǎng)分，可減少化肥的施用[39]。秸稈作為物質(zhì)、能量和養(yǎng)分的載體[40]，將其還田是最簡(jiǎn)便、綠色、生態(tài)及可持續(xù)的培肥技術(shù)[41]和經(jīng)濟(jì)措施[42]。該技術(shù)在減少秸稈焚燒所造成大氣污染的同時(shí)還能培肥土壤，為作物生長(zhǎng)提供良好的土壤環(huán)境。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家秸稈還田利用率較高，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2008年美國(guó)10個(gè)玉米生產(chǎn)州的玉米秸稈還田比例約45%，其中愛(ài)荷華、伊利諾斯、堪薩斯和內(nèi)布拉斯加等州玉米秸稈還田比例超過(guò)50%[43]，美國(guó)秸稈還田量約占秸稈生產(chǎn)量的68%以上[44]，英國(guó)占73%以上[45]，較高的秸稈還田率對(duì)農(nóng)田土壤肥力保持起著十分重要的作用[46]。

2.2 秸稈還田培肥機(jī)制

秸稈還田培肥土壤的關(guān)鍵是秸稈腐解[45]，以喜糖酶和無(wú)芽孢細(xì)菌為主的微生物群落活動(dòng)，分解可溶性糖和淀粉等易分解的碳水化合物；再以芽孢細(xì)菌和纖維分解細(xì)菌分解較復(fù)雜的高分子碳水化合物，如纖維、果膠和蛋白質(zhì)等；最后以放線菌和真菌類(lèi)取代芽孢細(xì)菌分解木質(zhì)素、單寧和蠟質(zhì)等成分變?yōu)閺?fù)雜的高分子碳水化合物，使秸稈中礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)返還到土壤中，補(bǔ)償作物收獲時(shí)帶走的養(yǎng)分，這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有培肥土壤的作用。秸稈腐解對(duì)土壤養(yǎng)分、土壤理化性狀、土壤酶活性與微生物、溫室氣體排放和作物產(chǎn)量有顯著的影響。

2.2.1 秸稈還田對(duì)土壤養(yǎng)分的影響 秸稈腐解過(guò)程伴隨著養(yǎng)分的釋放。秸稈中的氮素包括貯存性氮素和結(jié)構(gòu)性氮素[47]，貯存性氮素包括滯留在秸稈中的硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和一些小分子氨基酸、酰胺等。結(jié)構(gòu)性氮素主要是難腐解的有機(jī)氮，包括葉綠素、蛋白質(zhì)、酶、核酸、胺類(lèi)、氨基化合物和各種維生素中的氮。貯存性氮素占比很少，易進(jìn)入土壤；結(jié)構(gòu)性氮素是秸稈氮素的主要組分，須先經(jīng)微生物礦化變?yōu)闊o(wú)機(jī)氮。秸稈中60%的磷以無(wú)機(jī)磷的形態(tài)存在，其中40%為難分解的有機(jī)磷，秸稈中的磷素以有機(jī)態(tài)和無(wú)機(jī)態(tài)形式進(jìn)入土壤，增加土壤總磷量。秸稈中的鉀素主要以 K+的形態(tài)存在，溶于水進(jìn)入土壤[48]。秸稈腐解速率表現(xiàn)為前期快、后期逐漸變慢的特征[49]，用N15標(biāo)記，稻草腐解90d后23.5%的有機(jī)態(tài)氮被礦化，這些氮素進(jìn)入土壤中再進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，其中13%～14%的N15被玉米和水稻吸收[50]。旱田秸稈還田40d后，80%的碳以微生物呼吸的形式被釋放進(jìn)入土壤中[51]。水田中，秸稈腐解15d達(dá)到腐解速率最大值，90d腐解率達(dá)50%[52]。小麥和水稻秸稈還田124d后，腐解率達(dá)50%，氮素和磷素平均釋放率均大于50%，鉀素平均釋放率達(dá)98%[53]。秸稈腐解顯著增加了鹽堿土腐殖質(zhì)中的胡敏酸和富里酸含量[54]。麥稈施入稻田100d后，腐解率達(dá)到60%以上，礦質(zhì)元素釋放速率為K＞P＞N≈C[55]。釋放的養(yǎng)分增加了土壤速效養(yǎng)分、養(yǎng)分儲(chǔ)量、腐殖質(zhì)和有機(jī)質(zhì)含量[56]。因此，秸稈還田可提高土壤養(yǎng)分含量，提升土壤肥力。目前，國(guó)內(nèi)研究集中在秸稈還田對(duì)耕層土壤養(yǎng)分的影響上（表1），對(duì)土壤犁底層及深層養(yǎng)分變化的影響有待進(jìn)一步的研究。另外秸稈C/N高，秸稈腐解需大量的氮素，容易與作物發(fā)生爭(zhēng)氮現(xiàn)象，帶來(lái)產(chǎn)量降低的負(fù)面效應(yīng)。因此，秸稈還田對(duì)土壤養(yǎng)分含量及其有效形態(tài)和作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)有待進(jìn)一步研究。

表1 秸稈還田對(duì)土壤養(yǎng)分的影響Table 1 Effects of straw returning on soil nutrients

2.2.2 秸稈還田對(duì)土壤理化性狀的影響 秸稈還田顯著改善土壤理化性狀，土壤溫度日變化幅度減小，容重和硬度顯著降低，孔隙度和通氣狀況顯著改善，蓄水保墑能力增強(qiáng)，土壤含水量、保水能力和導(dǎo)水能力顯著提高，團(tuán)聚體穩(wěn)定性增強(qiáng)，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)增多，交換性陽(yáng)離子減少，pH顯著降低，土壤質(zhì)地得到改善（表2）。因此，秸稈還田對(duì)土壤理化性狀的改善效果明顯，但利用秸稈覆蓋和秸稈留高茬等方式還田后，如何保障翌年春季或后茬作物的出苗質(zhì)量和出苗率，以及作物生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)土壤水分、空氣、溫度、pH的要求和改善作物生長(zhǎng)的土壤物理環(huán)境還有待進(jìn)一步研究。

表2 秸稈還田對(duì)土壤理化性狀的影響Table 2 Effects of straw returning to field on soil physical and chemical properties

2.2.3 秸稈還田對(duì)土壤酶活性和微生物的影響由表3可知，秸稈還田后土壤酶活性和微生物數(shù)量提高，微生物學(xué)特性改善，土壤過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶、磷酸酶、脲酶和纖維素酶活性顯著提高，土壤細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量增加，細(xì)菌物種多樣性提高，有機(jī)物降解菌和光譜抑菌作用的微生物增多，自生固氮菌、磷酸鹽細(xì)菌、無(wú)機(jī)磷細(xì)菌和有機(jī)磷細(xì)菌顯著增加，真菌群落豐度增加。目前，尤其是我國(guó)北方地區(qū)，秋冬季溫度較低和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不足等因素降低了土壤酶和微生物活性，使秸稈腐解緩慢，影響翌年或后茬作物的出苗質(zhì)量和出苗率。因此，秸稈還田后土壤微生物群落的物種豐富度和優(yōu)勢(shì)度變化有待進(jìn)一步研究。秸稈還田帶來(lái)的病原體及土壤微生物之間的拮抗作用與秸稈腐解后的次生產(chǎn)物對(duì)病害的影響尚無(wú)定論。秸稈還田后合理使用除草劑、殺蟲(chóng)劑、殺菌劑及與生物防治的相關(guān)研究有待進(jìn)一步研究。

表3 秸稈還田對(duì)土壤酶活性和微生物的影響Table 3 Effects of straw returning on soil enzyme activity and microorganism

2.2.4 秸稈還田對(duì)農(nóng)田溫室氣體排放的影響 秸稈還田促進(jìn)土壤固碳[72]，增加了土壤有機(jī)碳含量和土壤碳庫(kù)儲(chǔ)量，耕層土壤、植株和籽粒有機(jī)碳儲(chǔ)量均增加，表現(xiàn)為碳匯，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田土壤的固碳和減排[73]。秸稈還田顯著增加了農(nóng)田土壤有機(jī)碳[74]。孫竺鶴等[75]用13C標(biāo)記玉米秸稈，研究結(jié)果顯示，棕壤固碳量隨秸稈還田量增加而增大，棕壤碳庫(kù)的周轉(zhuǎn)速率也隨之加快。秸稈還田顯著提高了水田土壤有機(jī)碳含量，提高了土壤固碳量[76]。秸稈還田對(duì)農(nóng)田溫室氣體減排的影響見(jiàn)表4。目前，關(guān)于秸稈還田促進(jìn)耕層土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量增加、提高土壤固碳的結(jié)論基本一致，但有關(guān)秸稈還田影響土壤有機(jī)碳變化的碳收支過(guò)程的定量研究較少。關(guān)于秸稈還田影響土壤N2O排放的結(jié)論不一致，部分研究者認(rèn)為秸稈還田減少土壤N2O排放，但是秸稈還田配施氮肥，土壤N2O排放量也會(huì)增加，減少CH4排放的措施使土壤 N2O排放量增加也有報(bào)道，秸稈還田后土壤N2O排放量受多種因素影響。

表4 秸稈還田對(duì)農(nóng)田溫室氣體排放的影響Table 4 Effects of straw returning on greenhouse gas emission in farmland

2.2.5 秸稈還田對(duì)作物產(chǎn)量的影響 由表5可知，秸稈還田對(duì)玉米和水稻有明顯的增產(chǎn)作用；秸稈覆蓋還田對(duì)大豆有減產(chǎn)的效應(yīng)，小麥秸稈旋耕還田對(duì)大豆有增產(chǎn)作用；玉米秸稈翻耕還田對(duì)小麥有減產(chǎn)的效應(yīng)；水稻田秸稈生物炭翻耕還田對(duì)水稻有明顯的增產(chǎn)作用，但小麥秸稈翻耕還田對(duì)水稻產(chǎn)量影響不明顯。總體上看，秸稈還田對(duì)作物有增產(chǎn)作用，屬于正面效應(yīng)。作物產(chǎn)量受氣候條件、還田方式、耕作措施、栽培技術(shù)和作物種類(lèi)等綜合影響。因此，在不同的生態(tài)區(qū)、栽培技術(shù)條件與作物之間，秸稈還田對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)有所不同，部分秸稈還田技術(shù)措施對(duì)作物有減產(chǎn)效應(yīng)，其原因有待進(jìn)一步分析。

表5 秸稈還田對(duì)作物產(chǎn)量的影響Table 5 Effects of straw returning on crop yield

3 秸稈還田的區(qū)域應(yīng)用

內(nèi)蒙古是我國(guó)重要的糧食生產(chǎn)基地[83]。玉米是內(nèi)蒙古第一大作物，播種面積超過(guò)260萬(wàn)hm2，占糧食作物播種面積的38.2%，分布在西遼河、土默川和河套平原灌區(qū)，2019年玉米秸稈量約0.327億t，占我國(guó)玉米秸稈資源量的16.35%。氮、磷和鉀養(yǎng)分含量相當(dāng)于16.35萬(wàn)t尿素、3.82萬(wàn)t過(guò)磷酸鈣、38.15萬(wàn)t硫酸鉀，秸稈還田培肥潛力巨大。內(nèi)蒙古《農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展三年行動(dòng)方案（2020年-2022年）》指出，開(kāi)展秸稈利用區(qū)域補(bǔ)償制度試點(diǎn)，推動(dòng)形成收、儲(chǔ)、運(yùn)、用的技術(shù)模式，提升秸稈綜合利用能力，農(nóng)田土壤大力推廣秸稈還田等，耕地地力提升綜合配套技術(shù)，加強(qiáng)中低產(chǎn)田改造及可持續(xù)利用，秸稈還田面積達(dá)到233萬(wàn)hm2，平均化肥用量減少到 207kg/hm2，保證內(nèi)蒙古糧食增產(chǎn)和農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。內(nèi)蒙古西遼河、土默川和河套三大平原灌區(qū)玉米秸稈深翻還田在技術(shù)和理論上取得了一定的研究進(jìn)展。

3.1 西遼河平原灌區(qū)秸稈還田的應(yīng)用

西遼河平原灌區(qū)采用玉米秸稈粉碎深翻30cm還田的技術(shù)模式。深翻是通過(guò)鏵式犁疏松土壤，擾動(dòng)土層，使上下土層翻轉(zhuǎn)、混合。通過(guò)深翻整地耕作措施，將聯(lián)合收割機(jī)粉碎的玉米秸稈翻入土壤30cm深處，實(shí)現(xiàn)秸稈還田。使土壤下層生土逐步熟化，改善土壤通透性，增強(qiáng)抗旱能力，為作物根系生長(zhǎng)和微生物活動(dòng)創(chuàng)造良好的環(huán)境。該灌區(qū)多年秸稈深翻還田試驗(yàn)表明，秸稈還田后土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀含量顯著增加，0～30cm淺剖面年平均截獲土壤有機(jī)碳量增加，土壤酶活性顯著提高，細(xì)菌、真菌和放線菌的數(shù)量顯著增加，土壤細(xì)菌多樣性提高、真菌群落豐度顯著提高，肥力提升。秸稈還田后玉米葉片、穗部、籽粒氮積累量、穗位葉葉綠素含量和超氧化物歧化酶活性顯著提高，葉片丙二醛含量顯著降低，玉米根系生物量、氮素積累及轉(zhuǎn)運(yùn)率和產(chǎn)量顯著提高，詳見(jiàn)表6。目前，西遼河平原灌區(qū)土壤類(lèi)型為黑土和草甸土，土壤基礎(chǔ)肥力高且結(jié)構(gòu)性好，在現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)上還需深入研究秸稈深翻還田對(duì)黑土和草甸土的土壤剖面特征、結(jié)構(gòu)性、持水性、固碳能力，農(nóng)田溫室氣體減排，生物多樣性及其對(duì)玉米養(yǎng)分吸收、根系構(gòu)型和產(chǎn)量貢獻(xiàn)的影響，深入研究西遼河平原灌區(qū)高產(chǎn)土壤（黑土、草甸土）的肥力特征。

表6 內(nèi)蒙古西遼河平原灌區(qū)玉米秸稈深翻還田研究現(xiàn)狀Table 6 Research status of maize straw returning from deep ploughing in Xiliaohe Plain of Inner Mongolia

3.2 土默川平原灌區(qū)秸稈還田的應(yīng)用

在土默川平原灌區(qū)玉米籽粒收獲時(shí)，用聯(lián)合收割機(jī)將秸稈粉碎，再用翻轉(zhuǎn)犁將地表秸稈深翻至距地表40cm處，實(shí)現(xiàn)秸稈深翻還田。該區(qū)域定位試驗(yàn)表明，秸稈深翻還田在耕作土壤的同時(shí)改善了土壤結(jié)構(gòu)性，秸稈深翻還田是一項(xiàng)可持續(xù)的耕作措施，是一種保護(hù)性的補(bǔ)償還田機(jī)制，對(duì)培肥土壤具有重要的理論價(jià)值[89]，土壤有機(jī)質(zhì)、土壤結(jié)構(gòu)指數(shù)和有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體數(shù)量顯著增加，土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)增多，土壤酶活性及可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量和細(xì)菌多樣性、有益細(xì)菌的數(shù)量、能降解惰性有機(jī)物質(zhì)的菌種、具有凈化作用的細(xì)菌顯著增加，肥力提高。秸稈還田后，玉米根干重、根長(zhǎng)、根表面積和根體積顯著增加，玉米莖稈性狀得到優(yōu)化，莖稈倒伏率降低，莖粗、莖稈的穿刺強(qiáng)度和折斷強(qiáng)度增加，秸稈深翻還田對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)為5.5%，產(chǎn)量提高0.6t/hm2（表7）。該灌區(qū)土壤類(lèi)型為沙壤土，土壤基礎(chǔ)肥力低，土壤結(jié)構(gòu)脆弱，秸稈深翻還田1～2年秸稈腐解緩慢，深翻所破壞土壤結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度大于秸稈腐解促進(jìn)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成的強(qiáng)度，土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性被破壞。因此，在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，還需進(jìn)一步研究與本區(qū)域土壤性質(zhì)相適宜的秸稈還田技術(shù)模式，例如采用“堆漚還田1～2年+連續(xù)秸稈深翻還田”或“過(guò)腹還田1～2年+連續(xù)秸稈深翻還田”的技術(shù)模式，可達(dá)到維持土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的目的。還需進(jìn)一步研究土默川平原灌區(qū)高產(chǎn)土壤（沙壤土）的肥力特征與秸稈深翻還田調(diào)控機(jī)制。

表7 內(nèi)蒙古土默川平原灌區(qū)玉米秸稈深翻還田研究現(xiàn)狀Table 7 Research status of maize straw returning from deep ploughing in Tumochuan plain of Inner Mongolia

3.3 河套平原灌區(qū)秸稈還田的應(yīng)用

河套平原灌區(qū)玉米生產(chǎn)實(shí)踐中采用“翻耕+秸稈還田”與“翻耕+深松+秸稈還田”的技術(shù)模式，部分地區(qū)采用“秸稈表覆和秸稈深埋”的還田技術(shù)模式。巴彥淖爾市年秸稈機(jī)械化深翻還田量達(dá)63.61萬(wàn)t，巴彥淖爾市五原縣秸稈機(jī)械化深翻還田面積達(dá)3500hm2。秸稈深翻還田后土壤養(yǎng)分增加，土壤理化性狀得到改善，肥力提升。秸稈還田后，玉米形成深扎型根系，按近理想根構(gòu)型，根密度提高91.7%，水分利用效率提高41.4%；玉米干物質(zhì)積累量、葉面積指數(shù)和凈光合速率顯著增加，葉面積持續(xù)期延長(zhǎng)；玉米冠層光合物質(zhì)產(chǎn)能得到大幅度提升，平均增產(chǎn)潛力提升近8.9%（表8）。目前，該區(qū)域土壤類(lèi)型為粉質(zhì)黏土和砂壤土，土壤基礎(chǔ)肥力較低，結(jié)構(gòu)致密、堅(jiān)硬，加之引黃灌溉，黃河水鹽分含量高，土壤pH較高，玉米田鹽堿化程度高。因此，河套平原灌區(qū)在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，還需進(jìn)一步研究秸稈深翻還田對(duì)耕層土壤鹽分含量和組成、堿化度及陽(yáng)離子交換量等土壤化學(xué)性質(zhì)的影響。配施新型鹽堿土改良劑，形成“深翻秸稈還田+土壤改良劑”的還田技術(shù)模式，還需深入研究河套平原灌區(qū)高產(chǎn)土壤（粉質(zhì)黏土和砂壤土）的肥力特征及秸稈深翻還田與土壤改良劑協(xié)同調(diào)控機(jī)制。

表8 內(nèi)蒙古河套平原灌區(qū)玉米秸稈深翻還田研究現(xiàn)狀Table 8 Research status of maize straw returning from deep ploughing in Hetao plain of Inner Mongolia

總體上，內(nèi)蒙古平原灌區(qū)玉米秸稈還田率逐年提高，秸稈深翻還田相關(guān)研究不斷深入，秸稈還田培肥農(nóng)田土壤的效果顯著，土壤有機(jī)質(zhì)的投入增加，土地生產(chǎn)力提高，解決了秸稈資源浪費(fèi)和環(huán)境污染問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了“用養(yǎng)”結(jié)合，達(dá)到了“藏糧于地”的發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，對(duì)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展和糧食安全具有重要意義?，F(xiàn)有秸稈還田培肥理論和技術(shù)體系不足以滿足當(dāng)前農(nóng)村土地經(jīng)營(yíng)模式、農(nóng)機(jī)保有現(xiàn)狀及由此產(chǎn)生的秸稈培肥、耕作與栽培模式等不斷變革的需求。西遼河、土默川和河套三大平原灌區(qū)地處內(nèi)蒙古東、中、西部，土壤類(lèi)型差異大，不同土壤類(lèi)型的土壤肥力特征與秸稈深翻還田培肥機(jī)制缺乏系統(tǒng)研究。因此，內(nèi)蒙古平原灌區(qū)秸稈還田技術(shù)措施的理論研究和推廣應(yīng)用還有很大空間，秸稈還田培肥土壤需要進(jìn)一步結(jié)合區(qū)域生態(tài)氣候特點(diǎn)、土壤類(lèi)型、耕作制度、農(nóng)機(jī)保有情況、施肥與栽培模式等因素，探索適宜本地區(qū)的秸稈還田技術(shù)模式，闡明不同生態(tài)區(qū)和不同土壤類(lèi)型之間高產(chǎn)土壤的肥力特征和秸稈深翻還田調(diào)控機(jī)制。

4 展望

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外秸稈還田及內(nèi)蒙古平原灌區(qū)玉米秸稈深翻還田相關(guān)研究的總結(jié)，可知秸稈還田在提高土壤肥力、改善土壤質(zhì)量和促進(jìn)作物生長(zhǎng)方面發(fā)揮很大優(yōu)勢(shì)，有明顯的增產(chǎn)作用。有關(guān)內(nèi)蒙古平原灌區(qū)秸稈深翻還田的正面效應(yīng)已有較多研究，對(duì)其負(fù)面影響研究較少。對(duì)高產(chǎn)田土壤肥力特征與秸稈還田調(diào)控機(jī)制的研究也較少。因此，今后關(guān)于秸稈深翻還田培肥土壤增產(chǎn)機(jī)制研究可重點(diǎn)關(guān)注以下幾點(diǎn)：（1）借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家的秸稈還田技術(shù)模式，如秸稈覆蓋條耕還田技術(shù)等，提高內(nèi)蒙古乃至全國(guó)的秸稈利用率，最大程度發(fā)揮秸稈深翻還田的正面效應(yīng)；（2）深入研究秸稈深翻還田對(duì)土壤肥力的影響機(jī)制，提出秸稈深翻還田不利影響產(chǎn)生的原因和解決的技術(shù)措施，結(jié)合發(fā)達(dá)國(guó)家秸稈還田前沿研究成果，改進(jìn)秸稈還田技術(shù)模式；（3）綜合區(qū)域土壤效應(yīng)對(duì)秸稈深翻還田土壤肥力影響的研究，加強(qiáng)秸稈深翻還田對(duì)單一肥力因素影響的機(jī)制分析；（4）綜合區(qū)域氣候效應(yīng)對(duì)土壤溫室氣體減排影響的研究，加強(qiáng)秸稈深翻還田對(duì)單一溫室氣體排放影響的機(jī)制分析；（5）綜合區(qū)域氣候效應(yīng)對(duì)秸稈腐解速率影響的研究，加強(qiáng)秸稈快速高效低溫降解菌系的研究，這也是當(dāng)前秸稈直接還田限制培肥效率的瓶頸問(wèn)題；（6）加強(qiáng)長(zhǎng)期連續(xù)秸稈還田定位觀測(cè)對(duì)土壤肥力特征、農(nóng)田生態(tài)效應(yīng)及土壤生產(chǎn)力影響的機(jī)制分析，運(yùn)用同位素示蹤技術(shù)，結(jié)合分子生物學(xué)與數(shù)學(xué)建模等方法，深入研究秸稈深翻還田培肥增產(chǎn)機(jī)制。