2021-4-10 | 农业
0引言
鄱阳湖区是一个重要农业产区，每年产生大量的秸秆，占作物生物产量的50%左右[1]。大量研究表明，稻草作为一种廉价的有机肥料，含有丰富的有机碳和大量的氮、磷、钾、硅等矿质营养元素，以及大量微量元素和有机物[2]，从现有的秸秆产量计算，6亿t秸秆中，氮、磷、钾养分含量相当于尿素300万t以上，过磷酸钙70万t以上，硫酸钾700万t以上[3]。而且秸秆还田能够有效增加土壤中有机质的含量，改善土壤肥力状况，提高农田生态环境质量，特别对缓解中国氮、磷、钾肥比例失调的矛盾，弥补磷、钾化肥不足有十分重要的意义[2,4-5]。随着农村生活水平的逐步提高和现代农民经济意识的解放，传统的秸秆利用方式效益低、费工、费时、劳动强度大，而秸秆利用的现代科技手段滞后，造成在部分地区，尤其在一些城郊地区农作物秸秆被大量无效焚烧[2]，使得土壤肥力逐年下降，农田生态平衡遭受破坏，而且严重污染空气，对农业生态环境造成严重影响。因此探索秸秆还田的优化方式势在必行，任务艰巨。秸秆还田与土壤肥力状况、作物生长品质以及农田生态环境保护等密切相关，已经成为可持续农业和生态农业的重要内容[2]，具有广阔的发展和研究前景。笔者从秸秆还田的基本概念入手，综合阐述了国内、国外秸秆还田的研究进展情况，并重点分析了秸秆还田对土壤养分状况、有机质、土壤结构、稻田生物学效应、稻田生态学效应以及水稻农艺性状、生理特性等方面的影响，以期在保护农业生态环境，促进现代农业的可持续发展方面提供一定的理论依据。
1 秸秆还田概述
秸秆还田是一种把不适宜直接作饲料的秸秆（玉米秸秆、水稻秸秆等）直接或堆积腐熟后施入土壤中的方法[6]。关于秸秆还田的方式有多种分类，中国主要的秸秆还田方式有4种，即秸秆覆盖还田、秸秆粉碎还田、秸秆堆肥还田和秸秆过腹还田。
1.1 秸秆覆盖还田
秸秆覆盖还田就是将秸秆整秆覆盖，随着时间的延长，秸秆逐渐腐解于土壤中，腐解后能够增加土壤中有机质的含量，补充土壤N、P、K和微量元素的含量，改善土壤的理化性状，有利于加速土壤物质的生物循环，而且秸秆覆盖还田可使土壤饱和导水率提高，土壤蓄水能力增强，能够调控土壤供水，提高水分利用率，促进植株地上部分生长。秸秆在覆盖情况下，能够形成低温时的“高温效应”和高温时的“低温效应”2种双重效应，调节土壤温度，有效缓解气温激变对作物生长的伤害[2,7-11]。
1.2 秸秆粉碎还田
采用机械化作业将田间直立或铺放的秸秆直接粉碎还田的生产效率比普通的秸秆利用方式可提高40~120 倍。秸秆粉碎还田后，能够加速秸秆在土壤中的腐解速度，从而被土壤快速吸收，改善土壤的团粒结构和理化性状，增加土壤肥力，促进农作物持续增产增收[2,7,9-11]，节约化肥用量，促进农业可持续发展。秸秆覆盖还对干旱地区的节水农业有特殊意义。
1.3 秸秆堆肥还田
秸秆堆肥还田就是将作物茎秆、绿肥、杂草等植物性物质与泥土、人粪尿、垃圾等混合堆置，经好气微生物分解而成的肥料，可提供多种营养元素并改良土壤理化性状，尤其对改良砂土、粘土和盐渍土有较好效果，具有良好的经济效益、社会效益和生态效益[12]。秸秆堆肥还田是解决中国当前有机肥源短缺的主要途径，也是中低产田改良土壤、培肥地力的一项重要措施。
1.4 秸秆过腹还田
过腹还田就是将作物秸秆作为家畜饲料喂养家畜，通过家畜消化吸收，以粪尿形式归还土壤，从而增加土壤中的养分，改善土壤状况。目前，普遍推广应用的主要有青贮氨化过腹还田技术，实现了秸秆—饲料—牲畜—肥料—粮食的良性循环[2,9-11,13]。
2 国内外秸秆还田研究进展
2.1 国外秸秆还田的研究进展
世界上各农业发达国家大都非常重视土地的用养结合和发展生态农业，秸秆还田和农家肥占施肥总量的2/3。因此秸秆还田作为一项先进的保护性耕作技术，在世界上各农业发达国家得到了足够的重视和支持。其中美国把秸秆还田当作一项农作制中的一项关键技术，坚持常年实施秸秆还田，不但玉米、小麦等秸秆大量还田，而且像大豆、番茄等秸秆也尽量还田[2]。英国的洛桑试验站每年每公顷翻压玉米秸秆7~8 t，18年后土壤有机质含量提高了2.2%~2.4%，该试验站经过连续18年的试验还发现，作物秸秆直接还田的效果优于堆腐后再还田，并且随着地力的改善，农作物产量的提高，可供还田的秸秆量也相应增加[2,14-15]。丹麦是世界上首先使用秸秆发电的国家。位于丹麦首都哥本哈根以南的阿维多发电厂建于20世纪90年代，被誉为全球效率最高、最环保的热电联供电厂之一。这里的技术人员告诉记者，农民收获粮食后，把秸秆卖给电厂，阿维多电厂每年燃烧15万t秸秆，可满足几十万用户的供热和用电需求[3,16]。与煤、油、天然气相比，秸秆成本低、污染少，可称得上是电厂最划算的一笔买卖。此外，秸秆燃烧后的草木灰还可以无偿返还给农民作为肥料，串联起了一个“黄金圈”[3,16]。日本把秸秆直接还田当作农业生产中的法律去执行。日本微生物学家研究出了一种秸秆分解菌技术，可以用于秸秆肥的制作，达到秸秆还田的目的，具有良好的经济效益和社会效益[2-3,16]。德国等发达国家则有严格的法律禁止焚烧秸秆，而南亚、东南亚作物秸秆是动物饲料和燃料的主要燃料[2]。秸秆还田的问题已经引起各界的重视，国内外众多学者进行了广泛的研究，使得秸秆还田面积逐年扩大。实践证明，秸秆还田为发展高产优质高效农业发挥了重要的作用。
2.2 国内秸秆还田研究进展
中国利用农作物秸秆的历史悠久，20世纪80年代以来，随着农业生产的发展，粮食产量大幅提高，秸秆数量也多，加之省柴节煤技术的推广，烧煤和使用液化气的普及，使农村中有大量富余秸秆[2]，但人们没有充分利用秸秆还田的效用，大多是将其焚烧，使得土壤肥力逐年下降，环境质量逐年降低，对农业生态环境造成严重影响。因此农业部把秸秆直接还田或秸秆过腹还田作为沃土计划的主要措施，并列入全国丰收计划工程[17]，鼓励农民积极增施有机肥、种植绿肥、秸秆还田。在水稻种植地区，稻草还田对提高资源利用率，持续增加粮食作物产量具有重要的影响，是中国农业生产面临的重大现实问题，是保障国家粮食安全的重大需求。