秸稈還田對土壤水分影響的研究進展

張莉 丁圓圓 馬國珠 任婉婉 董昊 郭孟雨 肖星月 劉金靈

摘 要：秸稈還田是蓄水保墑的重要措施，但秸稈還田的保水效應由于受還田方式的影響而表現出了復雜性和多重性。為提高水分的利用效率，該文結合近年秸稈還田的相關研究，就還田時間、還田數量、還田深度和還田秸稈處理方式對土壤水分儲蓄、利用和轉化能力的影響進行了綜述，分析了秸稈還田在土壤水分研究方面存在的問題及今后研究的重點，以期完善秸稈還田技術，促進農田生態系統水分高效利用提供理論依據。

關鍵詞：還田時間;秸稈還田量;還田深度;秸稈處理方式;水分利用效率

中圖分類號 S141.4文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2020）05-0129-02

華北地區是我國小麥玉米的主產區，對于保障國家糧食安全具有重要意義。但該區域水資源的占有量不足全國總量的6%，且受到季風氣候的影響，季節性干旱尤為突出，嚴重影響著農業生產的穩定發展[1-2]。亟需采取措施蓄存有限降雨，減少水分無效蒸發，提高水分利用效率。秸稈還田不僅能改善土壤結構，促進水分入滲，增加土壤貯水量，還能促進根系發育，增加作物產量，顯著提高水分的利用效率[3-6]。有學者研究發現，秸稈還田對土壤水分運移的影響是復雜的，常因還田方式的不同而表現出多重性。因此，深入了解不同秸稈還田方式對土壤水分的影響，對探討秸稈還田的節水機制，優化秸稈還田技術具有重要的意義。本文結合近些年秸稈還田的相關研究，從還田時間、還田數量、還田深度和秸稈處理方式4個方面綜述了秸稈還田對土壤水分的影響，并在此基礎上，提出今后秸稈還田對土壤水分影響相關領域的研究方向，為改進秸稈還田技術，提高水分利用效率，維持華北地區水資源提供科學依據。

1 秸稈還田方式對土壤水分利用的影響

1.1 還田時間 作物殘茬質地輕，結構蓬松，施入土壤能改善孔隙特征，提高土壤含水量，起到蓄水保墑抗旱的作用[3]，尤其是玉米、小麥等碳氮比較高的作物秸稈，秸稈腐解慢能有效避免降雨對表土的沖擊，減少徑流量和蒸發量[4]，且在作物生育后期，大部分秸稈已分解腐熟，能顯著增加土壤有機質含量，提高土壤吸水能力，增加土壤貯水量[5]。但路文濤等[6]研究發現，在雨養地區，秸稈腐解初期需要固定并消耗大量水分，阻礙作物幼苗生長，降低了水分利用效率。

1.2 還田數量 已有研究表明，適量秸稈還田能夠改善土壤水熱狀況，提高作物產量和水分利用效率[7]。高飛等[8]研究發現，在一定范圍內，增加秸稈還田數量可增加土壤有機質含量，促進土壤微團聚體形成，增強土壤保水供水能力[9]。在雨養地區，還田量為6t·hm-2時土壤保水作用最明顯，過量還田導致土壤中形成較多大孔隙，增加了土壤水分蒸散量[10]，但隨著還田時間延長，高量秸稈還田土壤導水率大，利于雨水入滲，使得土壤供肥能力和供水能力更加突出，在灌溉地區3倍量還田水分利用效率最高[11]。

1.3 還田深度 農作物秸稈隨機械作業進入土壤，秸稈還田深度也因作業深度不同而存在著一定的差異。從多年試驗結果看，秸稈覆蓋可降低土壤緊實度，改善土壤通透性，小麥生育期間雨季降雨貯蓄量比翻耕還田提高13.72%，降水利用率提高16.17%[12]。但在干旱年份，免耕秸稈覆蓋雖減少水分蒸發，但擾動土層淺，其蓄水保墑能力不及深耕還田[13]，抗旱能力較差，影響作物正常生長，水分利用效率低。為了充分、持續均衡的發揮土壤蓄水保墑、保水供水和增產增收的效果，學者提出了秸稈深淺交替還田的技術[14]，但該技術下不同秸稈還田方式對土壤水分利用效率的影響研究較少，相應機制也不清楚。

1.4 還田處理方式 針對秸稈粉碎還田土秸混合度差、土壤失墑等問題，學者提出通過改變秸稈結構和性質提升還田質量。王婧等[15]研究表明，秸稈顆粒能顯著提高堆積密度，增加土秸混合度，有效減少土壤大孔隙數量，降低水分無效蒸發，同時增加了土壤總孔隙度和孔隙連通度，利于土壤水分傳輸，增強蓄水量[16]。張陽陽等[17]研究認為，生物炭比表面積大，吸附能力強，施入土壤后，能降低土壤容重，增加總孔隙度，增加田間持水量18%，同時還能降低地表反照率，增加土壤濕度，提高土壤含水量。余坤等[18]研究發現秸稈經過氨化處理后能加速秸稈分解，顯著增加冬小麥產量，提高水分利用效率。目前秸稈還田形態方面有了初步研究，但主要集中在土壤物理結構和腐解特征方面，而關于秸稈自身性質對土壤水分運移機制方面的研究較少。

2 展望

目前，我國秸稈還田技術尚未能得到高效合理的開發利用，充分認識秸稈還田對土壤水分影響的多重性和復雜性，對于完善秸稈還田技術具有一定的指導意義。綜上所述，未來秸稈還田在土壤水分影響方面的研究應集中在以下幾個方面：

2.1 加強秸稈還田水分運移模型的研究 秸稈還田對土壤水分的研究多集中在單季作物生育期，缺乏不同秸稈還田下土壤水分周年變化規律和土壤水分多年變化特征的研究。此外，缺乏土壤水分時空尺度變化模型，不能預測秸稈還田對水分影響的后效性。

2.2 加強秸稈還田方式多因素協同作用的研究 隨著糧食產量的提高，農作物秸稈也隨之增加，今日的倍量還田就是未來的全量還田。后期應加大秸稈倍量還田和秸稈還田深度的綜合研究，旨在掌握秸稈還田數量和還田深度下土壤水分的變化規律，為未來秸稈科學還田提供理論依據。

2.3 加強秸稈預處理還田對土壤水分運移變化影響的研究 關于秸稈預處理還田土壤水分變化特征的研究不足。亟待提高秸稈預處理還田對土壤水分儲存能力、轉化規律的相關研究，有助于更加全面的分析秸稈還田效應，完善評價體系。

參考文獻

[1]王國慶，金君良，鮑振鑫，等.氣候變化對華北糧食主產區水資源的影響及適應對策[J].中國生態農業學報，2014，22（8）：898-903.

[2]Li X Y，Gong J D.Effects of different ridge：furrow ratios and supplemental irrigation on crop production in ridge and furrow rainfall harvesting system with mulches[J].Agricultural Water Management，2002，54（3）：243-254.

[3]李波，陳天助，姚名澤，等.東北半濕潤地區深埋秸稈周圍土壤水分的動態變化[J].灌溉排水學報，2016，35（9）：51-55.

[4]武志杰，張海軍.玉米秸稈還田培肥土壤的效果[J].應用生態學報，2002，13（5）：539-542.

[5]趙世偉，周印東，吳金水.子午嶺北部不同植被類型土壤水分特征研究[J].水土保持學報，2002，16（4）：119-122.

[6]路文濤，賈志寬，高飛，等.秸稈還田對寧南旱作農田土壤水分及作物生產力的影響[J].農業環境科學學報，2011，30（1）：93-99.

[7]劉世平，聶新濤，張洪程，等.稻麥兩熟條件下不同土壤耕作方式與秸稈還田效用分析[J].農業工程學報，2006，22（7）：48-51.

[8]高飛，賈志寬，路文濤，等.秸稈不同還田量對寧南旱區土壤水分玉米生長及光合特性的影響[J].生態學報，2011，31（3） ：777-783

[9]陳恩鳳，周禮愷，武冠云.微團聚體的保肥供肥性能及其組成比例在評斷土壤肥力水平中的意義[J].土壤學報，1994，31（1）：18-28.

[10]洪春來，魏幼璋，黃錦法，等.秸稈全量直接還田對土壤肥力及農田生態環境的影響研究[J].浙江大學學報 （農業與生命科學版），2003，29（6）：627-633.

[11]Cong P，Li Y，Wang J，et al.Increasing straw incorporation rates improves subsoil fertility and crop yield in the Huang-Huai-Hai Plain of China[J].Archives of Agronomy and Soil Science，2019 （just-accepted）.

[12]毛紅玲，李軍，賈志寬，等.旱作麥田保護性耕作蓄水保墑和增產增收效應[J].農業工程學報，2010（8）：44-51.

[13]王淑蘭，王浩，李娟，等.不同耕作方式下長期秸稈還田對旱作春玉米田土壤碳、氮、水含量及產量的影響[J].應用生態學報，2016，27（5）：1530-1540.

[14]柏煒霞，李軍，王玉玲，等.渭北旱塬小麥玉米輪作區不同耕作方式對土壤水分和作物產量的影響[J].中國農業科學，2014，47（5）：880-894.

[15]王婧，張莉，逄煥成，等.秸稈顆?；€田加速腐解速率提高培肥效果[J].農業工程學報，2017，33（6）：177-183

[16]張宏媛，逄煥成，盧闖，等.CT掃描分析秸稈隔層孔隙特征及其對土壤水入滲的影響[J].農業工程學報，2019，35（6）：114-122.

[17]張陽陽，胡學玉，張迪，等.生物炭對農田地表反照率及土壤溫度與濕度的影響[J].環境科學研究，2015，28（8）：1234-1239.

[18]余坤，馮浩，趙英，等.氨化秸稈還田加快秸稈分解提高冬小麥產量和水分利用效率[J].農業工程學報，2015，31（19）：103-111.

（責編：張宏民）