干旱地区不同有机物料还田研究进展

来源:用户上传      作者:

　　摘要 有机物料还田是农林废弃物料综合利用的重要方式。在土壤中施加不同有机物料可以有效改善土壤结构，增加土壤水分和养分含量，提高土壤微生物数量和酶活性，是干旱地区节水保肥、实现作物增产的有效措施。对干旱区不同有机物料的还田现状、还田方式、有机物料还田对土壤物理特性、土壤养分含量、土壤微生物性状、作物生长的影响等方面的研究进行了综述，特别是对秸秆还田方面的研究做了全面总结。并在此基础上，提出有机物料还田存在的问题和建议，为有机物料还田在干旱地区的应用和推广提供理论参考。
　　关键词 有机物料;秸秆还田;生物炭;土壤理化特性
　　中图分类号 X71  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2020）19-0018-05
　　doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.19.005
　　Abstract Organic materials returning to the field is an important way to comprehensively utilize agricultural and forestry waste materials. Applying different organic materials to the soil can effectively improve the soil structure， increase soil moisture and nutrient content， and increase soil microbial population and enzyme activity. It is an effective measure to save water and fertilizer， and increase crop yield in arid areas. In this paper， researches on the present situation of returning， the patterns of returning， and the effects of different organic materials returning on soil physical properties， soil nutrient content， soil microbial traits and crop growth were systematically reviewed， especially on the research of straw returning. Based on this， the problems and suggestions for the returning of organic materials were proposed， which provided a theoretical reference for the application and promotion of organic materials returning in arid areas.
　　Key words Organic materials;Straw returning to field;Biochar;Soil physical and chemical properties
　　作者简介 张立恒（1982—），男，甘肃民勤人，工程师，硕士，从事荒漠化防治研究。*通信作者，高级工程师，从事荒漠化防治研究。
　　收稿日期 2020-03-07
　　干旱地区土壤水分和养分资源贫乏，且持水保肥能力低下，水分和养分条件成为植被生长和发育的主要限制性因子[1]。如何拦截蓄集干旱区有限的降水资源，减少地表径流和蒸发，并改善土壤结构，提高土壤水分和养分含量，以及维持人工植被和农作物的可持续经营是诸多干旱区研究者共同关注的问题[2]。因此，近年来大量新型功能性节水保肥材料被大力开发和推广。国内外研究者提出采用不同有机物料覆盖沙化地表或粉碎埋入浅层土壤，以增加土壤孔隙度，改善土壤结构;增强土壤入渗率和渗透性能，有效地减少地表径流和水分蒸发，提高土壤持水性;增加土壤有机质及各养分含量，提高土壤肥力，从而提高农作物产量[3-4]。经长期实践，在土壤中施加有机物料被誉为干旱、半干旱地区保水保肥、改良土壤的有效手段。
　　用于还田的有机物料是指农林生产过程中所产生的一些含碳量高的剩余物或废弃物料，以及通过堆沤或畜禽过腹消化后的产物。主要包括农作物秸秆、林木枝条树叶、家畜糞便和各类堆肥等，还田主要有直接还田和间接还田2种方式。目前，国内外对节水保肥性的研究集中于秸秆还田方面，也对林木枝叶、家畜粪尿和各类堆肥等有机物料还田方面进行了相关研究[5-6]。笔者通过对不同有机物料还田方式及还田效应等方面的研究进行了全面梳理，并提出有机物料还田存在的问题和建议，以期为有机物料资源的综合开发和高效利用提供技术支撑，为干旱地区的土壤改良和生态修复提供理论参考。
　　1 不同有机物料还田方式
　　1.1 直接还田
　　直接还田是目前的主要还田方式，主要包括覆盖还田和翻压还田2种模式。直接还田是指以机械的方式将农作物秸秆和其他农林废弃物料粉碎后直接撒于地表或者翻压至土层中，通过改善土壤结构，增强土壤的持水性，并待其腐烂分解后转化成有机肥[7]，增加土壤有机质和各养分含量，最终提高作物产量，是我国实施“沃土工程”和“丰收计划”的重要内容。
　　1.1.1 覆盖还田。
　　覆盖还田是指将农作物秸秆和残渣以及其他农林废弃物料粉碎后覆盖于地表，分解腐熟后归还于土壤的耕作技术。在日常耕作中，利用作物秸秆覆盖还田是较为普遍的还田方式。其既能充分利用秸秆资源，又能减轻秸秆焚烧对生态环境产生的负面影响，是农业生产中节水保墒、作物增产的有效措施。在世界各国中，农业比较发达的一些国家十分重视土地的用养结合。美国在20世纪30年代就提出机械化保护性耕作法，该法大力倡导小麦、水稻和玉米等秸秆适量还田[8]，相继成为西方诸多发达国家认可并长期所遵循的基本农业耕作制度[2]。 　　我国政府也同样十分重视秸秆还田技术。其研究始于20世纪70年代，到80年代时在全国被广泛推广[9]。我国早期时的覆盖还田多采用秸秆整株覆盖还田方式，并结合少耕、免耕技术取得一些简单的成效。后来随着技术的改进，采用秸秆或者林木枝叶等不同有机物料粉碎后覆盖还田方式，增肥保墒取得了显著成效。研究表明，当地表有机物料覆盖率达30%时，可明显改善土壤结构，调节土壤温度和湿度，并增加土壤有机质和各养分含量，丰富微生物多样性，促进养分循环，从而增加作物产量[10]。有机物料覆盖地表后可在土壤和大气之间形成一层屏障，阻碍土壤水分蒸发，提高了土壤蓄水保墒能力[11]。同时也降低了地表风速和温度，使土壤水分和热量交换降低，更有益于养分的矿化和吸收，使土壤的水、肥 、气 、热状况重新组合[12]。
　　有机物料覆盖还田耕作技术操作相对简单，且省时省工，可明显提高表层土壤肥力、优化表层土壤结构，起到保水保肥的作用。但覆盖还田腐解速度慢，肥效作用低，尤其对风沙土土壤养分的提升作用不显著[13]，且有可能会使化感物质积累、病虫害风险加重、重金属和抗生素等污染风险增加[14]。同时覆盖还田使大量有机物料聚集在土壤表层，不利于作物的播种和灌溉。
　　1.1.2 翻压还田。
　　翻压还田是指前茬作物收获后，将前茬作物秸秆或者其他农林废弃物料在后茬播种或移栽前用机械粉碎成<10 cm的小段或者碎屑后均匀地撒于地表，然后再利用机械翻入20～30 cm 深度或者更深的土层，腐烂分解后将养分归还于土壤的耕作技术[7]。我国的翻压还田技术始于20世纪90年代，经过多年的研究和发展，初步形成了一整套翻压还田的技术体系，并开发制造了一批配套的农业机械，有力缓减了我国土壤肥力日趋下降的压力[15]。不同有机物料粉碎并翻耕入土后逐步腐烂分解，在土壤中不断矿化并释放养分，补充了土壤中的有机质及养分含量，有利于增加土壤孔隙度，降低土壤容重，改善土壤结构，进而提高了土壤自身调节的能力[16]。翻压还田也是保水保肥、促进农业可持续发展、建立现代化农业的有效措施。
　　相对于覆盖还田，翻压还田操作稍显复杂，但改良土壤效果更佳。因为其分解速度相对较快，秸秆营养物质几乎完全地被封存在土壤中，使其营养物质得以全部保存和归还，可以更加有效地改良土壤理化性状，改善土壤微生物环境，提高土壤的肥育能力，实现作物增产。但翻压还田相对费时费工，对农业机械要求较高，能耗偏大及易受地域条件限制。如果翻耕入土不均匀，会使土壤过松不紧实，易使种子和幼苗根系悬空，影响作物出苗或者生长，最终导致减产。整体而言，翻压还田可操作性强，保水保肥效果占有一定优势，目前可作为我国主要的秸秆还田模式。
　　1.2 间接还田
　　间接还田也是一种比较重要的还田方式，是指将秸稈以沼渣、过腹或高温堆沤等方式处理后再撒于地表，腐烂分解后归还于土壤的耕作技术[7]。目前间接还田主要包括过腹还田、堆沤还田和炭化还田等模式。
　　1.2.1 过腹还田。
　　过腹还田是指用秸秆等草料饲喂牛、羊、猪、鸡等畜禽，然后将畜禽粪尿作肥还田的耕作技术。这种还田方式科学、环保，不仅可以调节土壤物理特性，抗旱保墒，显著提高土壤的保水保肥能力，而且可以形成土壤有机质覆盖，增加土壤有机质和速效养分含量，培肥地力，缓解氮、磷、钾肥比例失调矛盾，改造中低产田。同时还可以增加作物产量，优化农田生态环境。随着我国畜禽养殖业规模化、集约化发展，产生的大量畜禽粪便已成为我国主要农业污染源。为了解决畜禽粪便造成的环境污染问题，并达到农业废弃物料的高效资源化利用，过腹还田模式也被广泛推广。
　　1.2.2 堆沤还田。
　　堆沤还田是将不同有机物料粉碎后进行一段时间的沤制，使其成为堆肥、沤肥，在腐熟后施入土壤的耕作技术。其做法通常是将秸秆、林木枝叶等有机物料粉碎置于挖好的坑内，并洒上适量促腐剂后用塑料薄膜覆盖压实，在50～60 ℃的温度和60%～70%的湿度下，通过促腐剂所产生的纤维素酶促使有机物料沤制成有机肥[17]。通常而言，作物秸秆被堆沤时能够加速腐熟矿化释放出大量养分，并降解有害的多酚和有机酸等，而且还可以杀死病原菌、寄生虫卵和某些杂草的种子[18]。因此，堆沤还田在我国好多地区也被广泛推广和使用。但堆沤还田容易使秸秆堆沤前含有的一些病菌病毒传染给下一代作物，在实施还田时应采取高温处理措施，避免病菌的传染。
　　1.2.3 炭化还田。
　　近年来，生物质材料炭化还田作为新型还田方式日益受到人们的关注。生物炭是指农林废弃物（如作物秸秆、林木枝叶、畜禽粪便、酒糟、纸浆）等有机物料在缺氧或低氧条件下缓慢高温（250～600 ℃）裂解所形成的具有强稳定性、且富含碳素的固体产物。生物炭主要由碳、氢、氧等成分组成，因表面具有羟基、羧基和苯环等丰富的官能团，使其具有复杂的表面结构和良好的通气性，并具有强大的吸附特性和较大的阳离子交换量，以及对酸碱的缓冲能力[19]。作为农林资源的再生产物，生物炭被广泛推广用来还田改土，提高农作物产量，以及实现碳封存等。生物炭施入土壤后有利于吸附更多的养分离子，改善土壤水力特性，能够有效降低土壤的养分淋失程度，减少化肥淋失[20]，从而有效提高土壤肥力和养分的利用效率。研究表明，生物炭在改善土壤结构、增加土壤水分和养分、提高土壤微生物多样性[21]、尤其改善沙地生境[22]、促进作物生长和增产[23]等方面发挥着重要作用。
　　生物炭含碳丰富，其强大的吸附解析能力能够不断调节土壤水分和养分状况。但其自身养分含量很低，供作物直接吸收的养分很少，且大部分碳的化学稳定性强，其中的碳、氮及其他营养元素很难被微生物作为能源直接利用。因此，在现实农作时生物炭常被作为土壤改良剂使用，在还田时常配施其他有机物料（畜禽粪便）共同施入土壤，以利于为微生物提供活跃碳源，促进微生物的生长繁殖，并提高土壤酶活性，增强土壤养分转化，达到最佳的保水保肥效果。 　　2 不同有机物料还田方式对土壤的改良作用
　　2.1 有机物料还田对土壤物理指标的影响
　　土壤孔隙度和容重是衡量土壤结构特性的重要指标。有机物料还田是改善土壤结构、增加降水入渗速率和数量、调节土壤水、肥、气、热的重要农作措施。研究表明，秸秆覆盖还田能够提高土壤腐殖质和团粒结构的比重，降低土壤分散系数，使土壤总孔隙度增加2.88%～5.76%，土壤容重下降1.86%～3.73%;还能够减轻降水对土壤表层的击溅作用，防止土壤表层不被压实而下沉[2]。适量秸秆还田能够明显增加土壤大于0.25 mm水稳性团聚体的数量，以及增大团聚体的GMD和MWD的值[24]。李涵等[25]在渭北旱塬區实施秸秆还田后分析了土壤团聚体的特征，发现覆盖还田明显提升了0～30 cm 耕作层内土壤团聚体数量和稳定性。研究表明，秸秆翻压还田也可增加土壤孔隙度，降低土壤容重，提高土壤的通透性，增强土壤的自我调节能力[26]。因为秸秆翻压还田后在土层中逐步腐烂分解，在腐解过程中所产生的高分子化合物积极参与腐殖化作用，形成的大量有机胶体多与土壤胶粒结合在一起形成不同粒径的团聚体，有利于土壤结构的改善。同时，被翻埋的秸秆位于耕作层中，还能够缓减降水等外力因素对土壤结构的破坏，有效降低土壤产生“结皮”或者“板结”的现象[27]。研究表明，生物炭因其复杂的多孔结构、强大的吸附能力和较大的比表面积[28]，还田后也对土壤物理结构和土壤紧实度产生深刻影响，以及对土壤的水力特征方面也存在显著影响，从而直接或间接地影响土壤微生态环境[29]。生物炭施入砂壤土中可明显增加土壤孔隙度，降低土壤容重[21]，并提高土壤团聚体稳定性，降低土壤的张力等[30]。
　　温度也是表征土壤性质的重要参数，对土壤的化学、物理和生物学过程产生重要影响，其直接决定着作物根系生长发育过程和对土壤养分和水分的吸收效率。地表覆盖有机物料种植技术作为传统的农作措施，具有良好的调温保墒作用，可有效减缓土壤温度的剧烈变化，发挥低温时的“增温效应”和高温时的“低温效应”，从而维持作物正常生长[31]。程宏波等[32]研究表明，小麦、玉米和水稻等秸秆覆盖地表均可降低土壤温度，从某种程度上来讲，这也可以进而减少地表水分蒸发。
　　土壤水分状况是影响作物生长发育过程的主要物理条件之一。研究表明，秸秆是良好的保水材料，还田后能够减少地表径流，增加降水入渗和畜持能力，并抑制地表蒸发，有效减少传统耕作方式的土壤水分散发，提高 0～40 cm 土层的土壤含水量，可节水25%左右[2，33];还能够有效降低作物植株间的蒸发作用，有利于提高作物对自然降水的利用率[34]，从而促进作物生长。研究表明，林木废弃物料中含有大量的纤维素和半纤维素，也是天然的保水材料，对保持沙化土壤水分具有长效作用[35]。李志刚等[36]对贺兰山东麓银川腹部沙地土壤进行了杨树和柳树枝条还田试验，发现树木枝条覆盖和枝条碎屑添加均能有效提高沙化土壤的持水能力。并经过分析认为，覆盖主要是通过抑制蒸发，降低温度来提高土壤持水性;添加主要是通过改善土壤水分物理特性来提高土壤持水性;覆盖和添加结合则主要是通过以上2种途径来提高土壤持水性。勾芒芒[37]通过大田试验发现，生物炭还田对于土壤含水量及保水性的提高也具有明显的促进作用。由于生物炭具有砂质土千倍以上的比表面积，以及复杂的表面结构，在干旱、半干旱地区，其可以被用来有效地改善砂质土壤的持水性[38]。Laird等[28]室内试验结果表明，在砂壤土中施加生物炭还可以明显减少其土壤40%左右的垂直入渗量，有利于保持耕作层内的土壤水分。勾芒芒等[39]采用室内盆栽试验定量分析方法，在1 kg干土中分别施加10、20、40和60 g的生物炭，发现土壤含水率随着生物炭施用量的增加而增大，说明生物炭还田对土壤水分状况的影响程度可能与还田量有一定的关系。岑睿等[40]研究认为，以30 t/hm2 的施用量在耕作土壤中施用生物炭，可以明显提高耕作层的土壤含水率和入渗率及入渗量。也有研究认为，有机物料还田对土壤水分特性的影响表现出双重性：一方面，有机物料还田后期会改善土壤结构，提高土壤的含水量和保水性[41];另一方面，还田后的有机物料腐解过程中可能会消耗大量土壤水分，在腐解初期可能产生与作物争夺水分的现象。
　　2.2 有机物料还田对土壤肥力指标的影响
　　作物秸秆中富含碳、氮、磷、钾、硅等营养元素，以及作物生长所需的其他营养元素[42]，是物质、能量和多种养分的重要载体。其还田后使土壤有机质含量和质量明显提高，并使植物生长所需的必需元素和微量元素也明显增加[43]。秸秆还田最根本的作用就是增加土壤有机质含量，并经矿化使土壤氮素含量发生明显改善，使全氮和速效氮含量显著增加，也使速效钾大量积累并显著增加。同时还通过腐解作用释放磷素，并活化土壤中本身存在的磷素，使土壤速效磷含量显著增加[2]。杨治平等[44]研究表明，秸秆还田有利于养分在耕作层上部积累，其中氮、磷、钾元素积累总量分别增加 143.50、37.85和159.60 kg/hm2。匡崇婷等[45]研究表明，生物炭还田明显增加了土壤有机质含量，且有机质含量增加与生物炭施加量呈显著正相关关系。这是因为生物炭可以吸收土壤中的有机分子，通过表面催化活性来积极促进土壤有机质的形成，延长有机质的分解时间，大量形成腐殖质，进而有力地改善土壤肥力[46]。同时，在土壤中施用生物炭还可以明显提高土壤pH[47]。
　　有机物料还田不仅可以通过腐解增加土壤养分，而且可以通过降低地表径流、减少养分流失，起到保持土壤养分的作用。杨青森等[48]研究发现，地表覆盖作物秸秆后，不仅显著增加了土壤的速效氮、磷、钾养分含量，而且也降低了径流液中硝态氮和全磷及全钾离子的浓度，有效降低了地表径流和养分流失。这可能主要是因为作物秸秆覆盖改良了土壤氧化还原状况，促进了土壤养分的转化，并减少了地表径流，稳定了土壤水热条件等[49]。王凡等[46]研究表明，生物炭因其复杂的多孔结构和强大的吸附性，以及良好的通气性，能够有效地保持土壤中的营养物质，并通过改变土壤水力特性，也可以减少土壤养分的淋失。如在土壤中施加生物炭可以有效抑制土壤氮素淋失，增强土壤的固氮吸持能力，提高土壤养分利用效率[46，50]。当然也有一些研究认为，秸秆还田可能会消耗土壤氮素，在秸秆腐解初期，容易引起分解秸秆的细菌与当季作物争氮的现象[51]。因此，在秸秆还田耕作时应适量配施氮肥，以使氮肥得以补充。 　　土壤酶活性是反映土壤质量的重要指标之一，可以被用来衡量土壤微生物群落对秸秆还田的响应程度，以及秸秆还田后土壤潜在的代谢能力。夏强等[52]研究发现，还田秸秆作为外源物质为微生物生长繁殖提供能源，加之自身带入的大量微生物，能够显著增加各类土壤微生物的数量，从而显著提高土壤高脲酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶的活性。Zhao等[53]研究发现，秸秆连续还田4年后可明显增加土壤蔗糖酶和脲酶的活性，并发现这些酶与土壤有机碳密切相关。研究发现，秸秆还田会加速与碳循环有关的土壤酶活性的刺激作用[54]，不同程度地提高土壤纤维素酶、木聚糖酶、乙酰基β-葡萄糖胺酶（NAG）和β-葡萄糖苷酶的活性，進而改善土壤质量，对促进土壤养分循环和提高农业生产具有重要意义[55]。
　　2.3 有机物料还田对土壤微生物指标的影响
　　微生物是土壤生态系统的重要构成单元，是土壤中进行物质转化和养分元素循环的内动力。长期作物秸秆还田能够为土壤微生物提供源源不断的碳源和氮源，为微生物的生长繁殖奠定丰富的营养基础，调节土壤微生物的群落结构和多样性，能够提高风沙土壤微生物活性和丰富度，使土壤微生物区系和数量发生极大改变[56]。蔡晓布等[57]研究表明，不同秸秆还田方式对土壤放线菌和真菌的影响相对较小，但对土壤细菌数量则影响较大，平均增幅达110.00%。同时，从土壤微生物主要生理类群方面而言，其可以使土壤固氮菌和纤维素分解菌的数量分别达到未采用秸秆还田耕作土壤的17.2和1.6倍。也有相关研究表明，秸秆还田会使土壤细菌、真菌和放线菌都有所增加。张星杰等[58]研究表明，秸秆还田会使土壤微生物真菌、细菌、放线菌和纤维素分解菌数量均明显增加。顾美英等[59]对新疆沙化土壤分别进行直接、过腹和炭化还田试验，发现3种还田方式均使耕作层土壤细菌、真菌和生理菌群数量明显增加。吴景贵等[60]研究表明，玉米秸秆还田50 d后使土壤细菌、真菌和放线菌数量均显著增加，增幅分别达54.0%、212.2%和47.8%。
　　屈皖华[61]在宁夏沙化土壤中施加不同有机物料后对土壤微生物功能多样性进行研究发现，施加牛粪、杨树枝条和玉米秸秆后均能增加土壤微生物利用碳源总量，增强微生物代谢活性，从而提高土壤有机碳含量和肥力水平。并经过对比认为，单施杨树枝条对微生物影响最大，明显增加了变形菌门细菌数量;同时，玉米秸秆还可以促进子囊菌门真菌数量的增加。Liu等[62]将凤梨残渣堆沤还田后发现，此种还田措施明显增加了土壤细菌和放线菌的丰富度。Xu等[63]将新鲜和堆沤后的甜叶菊秸秆分别还田后发现，2种还田方式均使土壤细菌数目有所增加，但相比而言，堆沤还田的效果更加明显。贾伟等[64]通过秸秆直接还田和过腹还田方式对比发现，土壤微生物量碳和氮均有所增加，但相比而言，过腹还田增加更明显，且土壤碱性磷酸酶和脲酶活性也更高。
　　生物炭还田方式对土壤微生物也会产生深刻的影响，在电荷作用下生物炭表面氧化后为微生物提供丰富的碳源，有效促进土壤微生物繁衍能力，调控土壤微生物生态等作用，提高土壤微生物量和活性[65]。匡崇婷等[45]研究表明，施加生物炭能够明显增加土壤微生物量，且微生物量随施加量的增加而增大。王凡等[46]研究表明，在盐碱土中施加生物炭能增强土壤微生物量碳和脱氢酶活力，明显增加土壤有机碳含量，并提高土壤细菌、真菌和放线菌等微生物数量。而且生物炭与有机肥联合施加可以使柠檬酸杆菌属、假单孔菌属和不动杆菌属等致病菌群丰度明显降低，从而有效地降低了病害的发生率[66]。由此可见，不同还田方式均能改变土壤微生物活性和多样性。
　　2.4 有机物料还田对作物的影响
　　作物产量是耕作管理水平与土壤生产力的一个综合反映，是农业可持续经营与发展的重要评价指标。秸秆还田对作物生长最直观的促进效应则是表现在作物的生长态势上，其可以显著提高农作物的叶绿素含量，增强作物的光合作用，进而使作物增产。钱凤魁等[67]使用TYSA型叶绿素测定仪对秸秆还田处理后所种植的拔节期玉米叶片进行测定，发现叶绿素a含量随还田量的增加而增加趋势不明显，但叶绿素b含量随秸秆还田量的增加而明显增加。杨刚等[68]研究表明，施加生物炭会影响玉米出苗和幼苗生长，并对玉米的茎粗和株高产生一定的促进作用。王桂君[66]研究表明，生物炭与有机肥配施对作物生物量的积累和产量的增加具有更显著的效果。配施使作物各器官的生物量及单株荚数、单株产量、大田产量和百粒重均明显增加;甚至少量配施都可以增加作物产量，促进生殖分配;其研究结果表明，生物炭还可以通过释放植物病原微生物抑制剂，调节作物和病原体的信号转导，以多种方式抑制作物病原微生物和病害，激活作物防御机制，增强作物抗病能力。
　　高飞等[69]在宁南旱区分别采用不同量的小麦和玉米秸秆还田（高、中、低3种还田量）处理后种植玉米作物，发现随秸秆还田量由低到高，玉米叶片光合速率和蒸腾速率均高于传统种植方式，进而使玉米茎粗、株高和单株叶面积明显增大，且随着秸秆覆盖量的增加，作物增产效果越明显。但有机物料还田量也并非越多越好。Wang等[70]研究发现，土壤有机碳固存潜力存在饱和上限，与秸秆还田量并非呈线性递增关系。Kishimto等[71]研究发现，施加少量的生物炭会使大豆增产，增幅可达50%左右，但如果过量施加反而会使其减产。钱凤魁等[67]研究表明，秸秆还田量在0～12 000 kg/hm2较为适宜，超过18 000 kg/hm2玉米产量则呈下降趋势，同时以传统耕作方式为对照，秸秆还田可以使种植的玉米地上和地下部分的干物质量均有增加，分别增加16%～24%和11%～30%。这是因为秸秆还田改善了土壤结构和水肥条件，促进了地下根系表面积、体积和根长的显著增加，进而增强地上部分的长势，使株高增加近30 cm。杨治平等[44]通过5年的产量统计结果得出，秸秆还田结合秋施肥措施使玉米籽粒增产5.86～7.10 t/hm2，与传统耕作模式相比，增幅达8.09%～13.39%。 　　3 问题与展望
　　基于已有的研究成果，可以看出有机物料还田是一种培肥地力、节水保墒、高效利用资源的有效措施，也是实现绿色农业、循环农业和现代化农业的重要途径。但有机物料还田耕作技术在我国起步较晚，还田基础设施薄弱，配套机具落后，应加大配套设施和机械设备的创新与开发;还田物料品种单一，多以小麦、玉米等作物秸秆为主，应尽力尝试多种农林废弃物料，以发掘和筛选出更多、更有效的节水保肥性植物材料，满足干旱地区生态修复和农业生产的需要;不同有机物料采用何种还田方式，施用多少还田量，需要多久的还田年限才能达到最好的节水保肥效果，这些问题都需要通过试验去进一步的研究和明确;不同有机物料的还田方式各有其优缺点，耕作时应尽量采取多种方式协同还田，以达到最佳还田效果。
　　参考文献
　　[1] 王涛，赵哈林.中国沙漠科学的五十年[J].中国沙漠，2005，25（2）：145-165.
　　[2] 吴婕，朱钟麟，郑家国，等.秸秆覆盖还田对土壤理化性质及作物产量的影响[J].西南农业学报，2006，19（2）：192-195.
　　[3] 董亮，田慎重，王学君，等.秸秆还田量对小麦-玉米轮作中土壤理化性质及作物产量的影响[J].安徽农业科学，2016，44（29）：107-109.
　　[4] GARCAORENES F，CERD A，MATAIXSOLERA J，et al.Effects of agricultural management on surface soil properties and soilwater losses in eastern Spain[J].Soil & tillage research，2009，106（1）：117-123.
　　[5] 張久明，迟凤琴，宿庆瑞，等.不同有机物料还田对土壤结构与玉米光合速率的影响[J].农业资源与环境学报，2014，31（1）：56-61.
　　[6] ALLINGTON G R H，VALONE T J.Reversal of desertification：The role of physical and chemical soil properties[J].Journal of arid environments，2010，74（8）：973-977.
　　[7] 张虹，杨耀峰.秸秆还田技术应用中存在的问题及对策[J].北京农业，2011（21）：40-41.
　　[8] 雷达，席来旺，李文政，等.浅析国外秸秆的综合利用[J].现代农业装备，2007（7）：67-68.
　　[9] 刘芳，雷海霞，王英，等.我国免耕技术的发展及应用[J].湖北农业科学，2010，49（10）：2557-2562.
　　[10] 慕平，张恩和，王汉宁，等.不同年限全量玉米秸秆还田对玉米生长发育及土壤理化性状的影响[J].中国生态农业学报，2012，20（3）：291-296.
　　[11] 王敏，王海霞，韩清芳，等.不同材料覆盖的土壤水温效应及对玉米生长的影响[J].作物学报，2011，37（7）：1249-1258.
　　[12] 沈裕琥，黄相国，王海庆.秸秆覆盖的农田效应[J].干旱地区农业研究，1998，16（1）：45-50.
　　[13] 徐万里，唐光木，葛春辉，等.长期施肥对新疆灰漠土土壤微生物群落结构与功能多样性的影响[J].生态学报，2015，35（2）：468-477.
　　[14] 奚振邦，王寓群，杨佩珍.中国现代农业发展中的有机肥问题[J].中国农业科学，2004，37（12）：1874-1878.
　　[15] 杜长征.我国秸秆还田机械化的发展现状与思考[J].农机化研究，2009，31（7）：234-236.
　　[16] 赵凡，何秀云，沈玉梅，等.玉米秸秆还田保护性耕作对产量及土壤理化性状影响的灰色关联分析[J].干旱地区农业研究，2011，29（4）：208-213.
　　[17] 韩东.玉米秸秆还田腐熟技术应用及效果分析[J].农业开发与装备，2015（1）：131.
　　[18] 伍玉鹏，彭其安，MUHAMMAD SHAABAN，等.秸秆还田对土壤微生物影响的研究进展[J].中国农学通报，2014，30（29）：175-183.
　　[19] GLASER B，HAUMAIER L，GUGGENBERGER G，et al.Black carbon in soils：The use of benzenecarboxylic acids as specific markers[J].Organic geochemistry，1998，29（4）：811-819.
　　[20] 周志红，李心清，邢英，等.生物炭对土壤氮素淋失的抑制作用[J].地球与环境，2011，39（2）：278-284.
　　[21] 李昌见，屈忠义，勾芒芒，等.生物炭对土壤水肥热效应的影响试验研究[J].生态环境学报，2014，23（7）：1141-1147.
　　[22] WANG H C，FENG L Y，CHEN Y G，et al.Advances in biochar production from wastes and its applications[J].Chemical industry and engineering progress，2012，31（4）：907-914.
　　[23] LAIRD D A，NOVAK J M，COLLINS H P，et al.Multiyear and multilocation soil quality and crop biomass yield responses to hardwood fast pyrolysis biochar[J].Geoderma，2016，289：46-53. 　　[24] 張鹏，贾志宽，王维，等.秸秆还田对宁南半干旱地区土壤团聚体特征的影响[J].中国农业科学，2012，45（8）：1513-1520.
　　[25] 李涵，张鹏，贾志宽，等.渭北旱塬区秸秆覆盖还田对土壤团聚体特征的影响[J].干旱地区农业研究，2012，30（2）：27-33.
　　[26] 罗永藩.我国少耕与免耕技术推广应用情况与发展前景[J].耕作与栽培，1991（2）：1-7.
　　[27] ABDULLAH A S.Minimum tillage and residue management increasesoil water content，soil organic matter and canola seed yield and seed oil content in the semiarid areas of Northern Iraq[J].Soil and tillage research，2014，144（4）：150-155.
　　[28] LAIRD D A，FLEMING P，DAVIS D D，et al.Impact of biochar amendment on the quality of a typical Midwestern agricultural soil[J].Geoderma，2010，158（3/4）：443-449.
　　[29] STEINER C，GLASER B，TEIXEIRA W G，et al.Nitrogen retention and plant uptake on a highly weathered central Amazonian Ferralsol amended with compost and charcoal[J].Journal of plant nutrition and soil science，2008，171（6）：893-899.
　　[30] OGUNTUNDE P G，ABIODUN B J，AJAYI A E，et al.Effects of charcoal production on soil physical properties in Ghana[J].Journal of plant nutrition and soil science，2008，171（4）：591-596.
　　[31] 兰雪梅，黄彩霞，李博文，等.不同覆盖材料对西北旱地冬小麦地温及产量的影响[J].麦类作物学报，2016，36（8）：1084-1092.
　　[32] 程宏波，牛建彪，柴守玺，等.不同覆盖材料和方式对旱地春小麦产量及土壤水温环境的影响[J].草业学报，2016，25（2）：47-57.
　　[33] 安丰华，王志春，杨帆，等.秸秆还田研究进展[J].土壤与作物，2015，4（2）：57-63.
　　[34] 胡发龙，柴强，殷文.少耕秸秆覆盖对小麦间作玉米棵间蒸发的影响研究[J].农业现代化研究，2013，34（6）：754-757.
　　[35] 彭燕.林木废弃物再生型保水剂节水增肥效果研究[D].杭州：浙江农林大学，2013.
　　[36] 李志刚，李健，谢应忠.地表人工覆盖对宁夏沙化土壤保水能力的影响[J].林业科学，2015，51（5）：1-11.
　　[37] 勾芒芒.生物炭节水保肥机理与作物水炭肥耦合效应研究[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2015.
　　[38] DUGAN E，VERHOEF A，ROBINSON S，et al.Biochar from sawdust，maize stover and charcoal：Impact on water holding capacities（WHC）of three soils from Ghana[C]//19th World Congress of Soil Science，Soil Solutions for a Changing World.Brisbane，Australia：CDROM，2010.
　　[39] 勾芒芒，屈忠义，杨晓，等.生物炭对砂壤土节水保肥及番茄产量的影响研究[J].农业机械学报，2014，45（1）：137-142.
　　[40] 岑睿，屈忠义，孙贯芳，等.秸秆生物炭对黏壤土入渗规律的影响[J].水土保持研究，2016，23（6）：284-289.
　　[41] WU F.Effects of maize straw incorporation for successive years on soil physicalchemical properties and crop growth[D].Beijing：China Agriculture University，2005.
　　[42] CHEN Z M，XU Y H，FAN J L，et al.Soil autotrophic and heterotrophic respiration in response to different N fertilization and environmental conditions from a cropland in Northeast China[J].Soil biology & biochemistry，2017，110：103-115.
　　[43] KUMAR K，GOH K M.Crop residues and management practices：Effects on soil quality，soil nitrogen dynamics，crop yield， and nitrogen recovery[J].Advance in agronomy，1999，68：197-319. 　　[44] 楊治平，周怀平，李红梅.旱农区秸秆还田秋施肥对春玉米产量及水分利用效率的影响[J].农业工程学报，2001，17（6）：49-52.
　　[45] 匡崇婷，江春玉，李忠佩，等.添加生物质炭对红壤水稻土有机碳矿化和微生物生物量的影响[J].土壤，2012，44（4）：570-575.
　　[46] 王凡，屈忠义.生物炭对盐渍化农田土壤的改良效果研究进展[J].北方农业学报 2018，46（5）：68-75.
　　[47] 孙爱华，华信，朱士江.生物炭对土壤养分及水分的影响[J].安徽农业科学，2015，43（8）：64-66.
　　[48] 杨青森，郑粉莉，温磊磊，等.秸秆覆盖对东北黑土区土壤侵蚀及养分流失的影响[J].水土保持通报，2011，31（2）：1-5.
　　[49] 周茂娟.地面覆盖和水分对温室辣椒生理特性及土壤环境的影响[D].杨凌：西北农林科技大学，2010.
　　[50] ZHENG H，WANG Z Y，DENG X，et al.Impacts of adding biochar on nitrogen retention and bioavailability in agricultural soil[J].Geoderma，2013，206：32-39.
　　[51] 朱鸿杰，闫晓明，何成芳，等.秸秆还田条件下农田系统碳循环研究进展[J].生态环境学报，2014，23（2）：344-351.
　　[52] 夏强，陈晶晶，王雅楠，等.秸秆还田对土壤脲酶活性·微生物量氮的影响[J].安徽农业科学，2013，41（10）：4345-4349.
　　[53] ZHAO S C，LI K J，ZHOU W，et al.Changes in soil microbial community，enzyme activities and organic matter fractions under longterm straw return in northcentral China[J].Agriculture，ecosystems & environment，2016，216：82-88.
　　[54] 贺美，王立刚，朱平，等.长期定位施肥下黑土碳排放特征及其碳库组分与酶活性变化[J].生态学报，2017，37（19）：6379-6389.
　　[55] LU F，WANG X K，HAN B，et al.Soil carbon sequestrations by nitrogen fertilizer application，straw return and notillage in China’s cropland[J].Global change biology，2009，15（2）：281-305.
　　[56] 周运来，张振华，范如芹，等.小麦秸秆不同还田方式下土壤微生物碳代谢多样性特征[J].生态与农村环境学报，2017，33（10）：913-920.
　　[57] 蔡晓布，钱成，张元，等.西藏中部地区退化土壤秸秆还田的微生物变化特征及其影响[J].应用生态学报，2004，15（3）：463-468.
　　[58] 张星杰，刘景辉，李立军，等.保护性耕作对旱作玉米土壤微生物和酶活性的影响[J].玉米科学，2008，16（1）：91-95.
　　[59] 顾美英，唐光木，葛春辉，等.不同秸秆还田方式对和田风沙土土壤微生物多样性的影响[J].中国生态农业学报，2016，24（4）：489-498.
　　[60] 吴景贵，姜岩，姜亦梅，等.非腐解有机物培肥对水田土壤生物量态碳、氮的影响[J].土壤通报，1998，29（4）：158-160.
　　[61] 屈皖华.施用有机物料对宁夏沙化土壤碳氮及微生物特性的影响[D].银川：宁夏大学，2017.
　　[62] LIU C H，LIU Y，FAN C，et al.The effects of composted pineapple residue return on soil properties and the growth and yield of pineapple[J].Journal of soil science and plant nutrition，2013，13（2）：433-444.
　　[63] XU J B，FENG Y Z，WANG Y M，et al.Soil microbial mechanisms of Stevia rebaudiana（Bertoni）residue returning increasing crop yield and quality[J].Biology and fertility of soils，2013，49：839-846.
　　[64] 贾伟，周怀平，解文艳，等.长期秸秆还田秋施肥对褐土微生物碳、氮量和酶活性的影响[J].华北农学报，2008，23（2）：138-142.
　　[65] ZHANG Y，TAN Q L，HU C X，et al.Differences in responses of soil microbial properties and trifoliate orange seedling to biochar derived from three feedstocks[J].Journal of soils and sediments，2015，15（3）：541-551.
　　[66] 王桂君.生物炭和有机肥对松嫩平原沙化土壤的改良效应及其机制研究[D].长春：东北师范大学，2018.
　　[67] 钱凤魁，黄毅，董婷婷，等.不同秸秆还田量对旱地土壤水肥和玉米生长与产量的影响[J].干旱地区农业研究，2014，32（2）：61-65.
　　[68] 杨刚，周威宇.生物炭对盐碱土壤理化性质、生物量及玉米苗期生长的影响[J].江苏农业科学，2017，45（16）：68-72.
　　[69] 高飞，贾志宽，路文涛，等.秸秆不同还田量对宁南旱区土壤水分、玉米生长及光合特性的影响[J].生态学报，2011，31（3）：777-783.
　　[70] WANG J B，CHEN Z H，CHEN L J，et al.Surface soil phosphorus and phosphatase activities affected by tillage and crop residue input amounts[J].Plant soil and environment，2011，57（6）：251-257.
　　[71] KISHIMOTO S，SUGIURA G.Charcoal as a soil conditioner[J].Int Achieve Future，2014，5（4）：12-23.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15338781.htm