秸稈還田對土壤肥力關(guān)鍵指標(biāo)及作物產(chǎn)量的影響研究

秸稈作為農(nóng)作物生產(chǎn)期間產(chǎn)出的副產(chǎn)品，營養(yǎng)含量豐富，可循環(huán)利用性強。農(nóng)作物秸稈可以作為畜牧養(yǎng)殖飼料、能源、建材、紡織原料等進行使用，也可將農(nóng)作物秸稈直接粉碎、堆漚、腐熟等處理后作為有機肥還田，增加土壤肥力基礎(chǔ)。在農(nóng)作物生產(chǎn)期間，提升對作物秸稈的綜合利用效果，可以減輕傳統(tǒng)焚燒秸稈造成的土壤、生態(tài)資源污染問題，并提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)綜合經(jīng)濟效益。在農(nóng)作物種植生產(chǎn)期間，為提升農(nóng)作物的產(chǎn)量及品質(zhì)，技術(shù)人員會借助各種農(nóng)機、化學(xué)藥劑、化學(xué)肥料等開展農(nóng)作物田間管理，規(guī)避各種不良因素對作物生長的影響。但大量化學(xué)藥劑、化學(xué)肥料等產(chǎn)品的長期、過量使用，會對土壤質(zhì)地、肥力基礎(chǔ)造成影響，促使土壤質(zhì)地黏重、鹽堿化、重金屬含量超標(biāo)、有機質(zhì)含量下降等，威脅后續(xù)作物的生長發(fā)育及產(chǎn)出品質(zhì)量。同時，再加上自然生態(tài)風(fēng)蝕、土表徑流等問題，土壤中養(yǎng)分及有機質(zhì)含量逐步下降，加重土壤板結(jié)、鹽堿化、貧瘠化。一、秸稈主要成分農(nóng)作物秸稈是農(nóng)作物種植期間所產(chǎn)生的一種副產(chǎn)品，屬于可再生生物質(zhì)資源。利津縣農(nóng)作物種植面積廣闊，秸稈資源豐富，多用于畜牧養(yǎng)殖生產(chǎn)飼料、工業(yè)原料、能源材料及肥源物質(zhì)渠道。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)期間，農(nóng)作物種植種類較雜、單一品種秸稈量少，無法實現(xiàn)規(guī)?；裳h(huán)利用，部分農(nóng)戶會選擇焚燒或廢棄的方式處理作物秸稈。隨著近年來秸稈還田措施的大面積推廣，秸稈還田模式逐漸被農(nóng)戶接受并大面積的應(yīng)用。秸稈作為土壤養(yǎng)分物質(zhì)的載體，其中含有大量的氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫等大中微元素，以木質(zhì)素、纖維素及半纖維素組成。作物秸稈的碳氮比主要在60∶1～80∶1之間，有機碳含量豐富，施入土壤中可以有效提升土壤中有機質(zhì)含量。同時，秸稈還田腐化后，分解出的養(yǎng)分被作物吸收利用，同等栽培管理條件下，秸稈還田地塊豐產(chǎn)性更強。二、秸稈還田主要方式目前，在利津縣農(nóng)作物生產(chǎn)期間，秸稈還田主要可分為直接還田、間接還田兩種。1、秸稈直接還田秸稈直接還田是指在農(nóng)作物（玉米、大豆、小麥、水稻等）產(chǎn)品收獲后，使用粉碎機械將剩余的農(nóng)作物秸稈粉碎拋撒還田，隨后借助旋耕、犁耕等機械將粉碎后的秸稈翻入土中的一種土壤管理技術(shù)。秸稈直接還田方法可行性強、操作便捷，能夠?qū)⑥r(nóng)作物秸稈資源快速轉(zhuǎn)化為土壤肥力，并提升土壤的有機質(zhì)含量、豐富土層結(jié)構(gòu)。但在實際生產(chǎn)應(yīng)用期間，需注重以下幾點。①合理控制還田秸稈數(shù)量一次性還田大量秸稈可能會致使土壤過于疏松、上層土壤懸空，影響下茬作物根系的下扎與營養(yǎng)吸收利用性，降低土壤保肥保水性。因此，建議秸稈還田量控制在300～500kg/667m2之間為宜。依據(jù)常見大田農(nóng)作物種類來分析，水稻、小麥的秸稈還田量控制在150～200kg即可，玉米、高粱等秸稈可以全部還田。②同期施用氮肥農(nóng)作物收獲時，作物秸稈中的碳氮比含量相對較高，在分解為營養(yǎng)元素時會對土壤中的氮素造成一定量的消耗。因此，在秸稈還田時，建議施碳酸銨10kg/667m2或尿素3kg/667m2，均勻撒施至秸稈上，隨機械翻耕入土。通過補充土壤中的氮元素，促進農(nóng)作物秸稈的分解、腐熟效果。③選擇適宜的翻埋時間農(nóng)作物秸稈翻埋處理最佳時間為作物收獲后。作物收獲后立即對秸稈進行粉碎翻埋，此時秸稈含水量處于較高的水平，土壤翻埋處理后腐熟速度提升，對下茬作物影響較小。在部分干旱地區(qū)，建議采取邊收獲、粉碎秸稈，邊翻埋的處理方式，促進秸稈的分解。④施用生石灰農(nóng)作物秸稈在土壤中分解時會產(chǎn)生有機酸，有機酸在土壤中會對作物的根系生長形成抑制，從而影響根系生長效果。在土壤翻埋時，施生石灰30～50kg/667m2，均勻撒施。生石灰可以對土壤中的酸性物質(zhì)進行綜合，從而避免土壤偏酸造成根系的影響，同時可以促進作物秸稈的分解腐化。2、秸稈間接還田①堆漚還田法堆漚還田是指將農(nóng)作物（玉米、大豆、小麥、水稻等）秸稈進行粉碎后，并對秸稈含水量進行調(diào)節(jié)，將其堆壓處理，借助微生物在高溫條件下的生物轉(zhuǎn)化活動，快速分解出大量的有機物質(zhì)，同時達到高溫滅菌、滅蟲的效果，堆漚處理后的作物秸稈再次統(tǒng)一還田處理。經(jīng)由堆漚處理后的作物秸稈在還田后，可以減少病蟲害的傳播與影響，并提升土壤肥力基礎(chǔ)。在開展秸稈堆漚還田時，首先需要選擇適宜的堆漚處理場地，通常為田間地頭、空閑地等區(qū)域，便于秸稈的堆積及處理。將農(nóng)作物秸稈充分粉碎至低于10cm的秸稈段，澆灌一次透水，促使秸稈含水量在70%左右。隨后，將秸稈與腐熟有機肥充分混合，通常添加有機肥1000kg/500kg作物秸稈。將混合好的作物秸稈及有機肥堆成山形，在上方使用泥漿或塑料薄膜密封處理，以保障堆體的溫度及濕度。通常在堆漚處理1個月左右，作物秸稈會轉(zhuǎn)變?yōu)楹稚蛏詈稚?，濕度大時秸稈柔軟有彈性，干燥時質(zhì)地脆易碎，此時作物秸稈已充分腐熟，完成堆漚處理。為提升秸稈堆漚處理效果，在夏季可以在田間地頭等區(qū)域挖一個容積在3～5m3的土坑。水分易下滲的坑底上可以鋪放一層防水布或塑料薄膜防滲，防滲層上方鋪設(shè)一層厚度10～20cm的熱源，即動物糞肥。將作物秸稈與腐熟有機肥充分混合，并澆灌水分，促使混合物含水量在70%～80%之間。處理結(jié)束后壓實，上方使用塑料薄膜覆蓋保溫，每間隔10～15d翻動1次混合物，充分堆漚處理1個月左右達到腐熟效果。堆漚處理后的作物秸稈與有機肥混合物，在下茬作物種植前1周作為有機肥施入土壤中即可，施入量在500～2000kg/667m2之間。堆漚還田法對比秸稈直接還田法，秸稈中的病菌、蟲害等通過堆漚發(fā)酵得到有效的清除，可以顯著降低田間病蟲害發(fā)生率及危害程度，適用于歷年病蟲害發(fā)生較嚴(yán)重的地塊。②過腹還田法過腹還田法是指將田間作物秸稈收集后統(tǒng)一處理，作為飼料飼喂牲畜，再將牲畜日?；顒又信懦龅募S便進行腐熟，作為有機肥還田，形成可循環(huán)利用的模式。過腹還田法應(yīng)用在農(nóng)作物生產(chǎn)中，進一步提升了農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品的附加值，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可循環(huán)發(fā)展。秸稈在經(jīng)過青貯、粉碎等處理方式后，作為飼料飼喂草食性牲畜。秸稈飼料在進入牲畜消化道中，秸稈的部分養(yǎng)分物質(zhì)被牲畜消化吸收利用，轉(zhuǎn)化為動物生長所需的能量及蛋白質(zhì)，未能消化的部分則以糞便的形態(tài)排出提升。此類排出的糞便中含有多種營養(yǎng)元素，在通過高溫腐熟處理后，可以作為有機肥施入土壤，豐富土壤理化性狀，改善土壤肥力，促進農(nóng)作物的良好生長。三、秸稈還田對土壤肥力及作物產(chǎn)量的影響農(nóng)作物種植生產(chǎn)期間，土壤作為作物生長的載體，土壤肥力基礎(chǔ)對作物的產(chǎn)量及品質(zhì)影響較大。土壤中含有豐富的營養(yǎng)元素，當(dāng)土壤肥力基礎(chǔ)較差時，無法供應(yīng)作物生長期間所需的養(yǎng)分基礎(chǔ)，會致使作物生長發(fā)育異常，最終影響產(chǎn)量及品質(zhì)。當(dāng)土壤中缺乏氮元素時，作物長勢衰弱、葉色淡、光合作用效果差；當(dāng)缺乏磷元素時，作物莖稈細弱、果實少而?。划?dāng)缺乏鉀元素時，作物光合作用產(chǎn)生的有機物無法正常在植株內(nèi)傳輸應(yīng)用，植株易倒伏，果實品質(zhì)差。除此之外，缺乏部分中微量元素也會影響作物的正常生長。因此，在作物生長期間，需要通過各種方式提升土壤肥力基礎(chǔ)，以促進作物高產(chǎn)豐產(chǎn)。秸稈還田作為一種培肥地力的高效方式，可循環(huán)利用性強。農(nóng)作物秸稈中有機質(zhì)平均含量高達15%，并含有多種作物生長期間所必需的中微量營養(yǎng)元素。而且，秸稈在農(nóng)事生產(chǎn)中來源廣、數(shù)量多、資源量豐富，將秸稈作為肥料應(yīng)用在作物生長期間，具有諸多優(yōu)勢。1、秸稈還田對土壤肥力的影響①提升土壤有機質(zhì)含量秸稈還田后作為肥料施入土壤中，可以減少秸稈收獲后一系列的處理流程，降低人力資源消耗量的同時也減少了肥料成本的投入。農(nóng)作物秸稈中含有大量的氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫等多種大中微量元素，通過腐熟分解后，營養(yǎng)元素在土壤中停留，培肥地力，提升土壤中全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀等營養(yǎng)元素的含量。以常見還田作物秸稈玉米為例，玉米秸稈通常是由莖稈、穗、葉片等組成，成株莖稈直徑在25～40mm之間，秸稈為實心，株高800～3000mm。玉米秸稈中含有多種營養(yǎng)元素及有機質(zhì)，其中，碳水化合物占比在30%以上，蛋白質(zhì)含量2%～4%，脂肪含量0.5%～1%，粗纖維含量37.7%，粗灰分含量9.5%，含氮量0.6%、含磷量0.27%、含鉀量2.28%，有機質(zhì)含量達15%左右。玉米秸稈在直接還田腐熟后，營養(yǎng)元素、有機質(zhì)等會被轉(zhuǎn)換為農(nóng)作物可吸收利用的營養(yǎng)元素，培肥地力。依照還田玉米秸稈量500kg/667m2進行計算，可以增加土壤有機質(zhì)75kg。同時，秸稈還田后腐化系數(shù)會得以提升，達0.25～0.5，即表示還田處理的秸稈中有25%～50%會轉(zhuǎn)變?yōu)橥寥栏迟|(zhì)。秸稈在腐熟處理后形成大量的腐殖酸，腐殖酸與土壤中的鈣、鎂等元素進行有效結(jié)合，形成腐殖酸鈣及腐殖酸鎂，在提升土壤疏松透氣性的基礎(chǔ)下，促進土壤水冷性團粒的形成，增加土壤孔隙度，從而實現(xiàn)調(diào)節(jié)土壤板結(jié)、保水保肥性效果的提升。相關(guān)試驗研究表明，在某一地塊連續(xù)3年開展作物秸稈直接還田300kg/667m2，可以提升土壤有機質(zhì)含量0.05%～0.09%之間、速效磷含量增加0.5～3.0mg/kg、速效鉀含量增加5～10mg/kg、土壤容重下降0.01～0.08g/m3、土壤總孔隙度提升1.11%。②提升土壤酶活性水平土壤中酶活性水平對作物生長影響較為關(guān)鍵，土壤中大部分的酶為蛋白質(zhì)，在植物體內(nèi)主要體現(xiàn)在催化、植株生長調(diào)節(jié)等作用。作物吸收酶后作用在葉片上，可以起到固氮的效果；在作物莖稈中可以促進莖稈細胞的增殖及活性；在作物根部可以促進根系的生長，增強植株對肥水的代謝能力；在土壤中，可以對土壤中的氮磷鉀元素進行活化，從而提升作物對土壤肥料的吸收與利用水平。作物生長期間，當(dāng)缺乏中微量元素表現(xiàn)出缺素癥狀后，酶還可以起到協(xié)調(diào)生長的效果，對作物的生長狀態(tài)進行調(diào)節(jié)，減輕缺素癥對植株生長的影響。秸稈還田后，土壤中的酶活性會出現(xiàn)一定程度的提升，減少由于長期、過量施入化學(xué)肥料而造成的土壤板結(jié)、鹽堿化、退化等情況。秸稈還田時，秸稈腐化后會增加土壤中微生物的種類及數(shù)量，優(yōu)化土壤種植環(huán)境條件，促使微生物分泌出大量的酶物質(zhì)，增強土壤酶活性，提升土壤中的纖維素酶、蔗糖酶等多種酶活性，促進土壤中的有機質(zhì)快速轉(zhuǎn)化，并為微生物的活動及增殖提供碳源。有研究學(xué)者證明，在農(nóng)作物種植田塊秸稈粉碎覆蓋土表還田，對比地表鋪設(shè)防草布、透明地膜及反光膜來說更能提升土壤中的酶活性。秸稈還田對土壤中的過氧化氫酶活性、根際及非根際土壤的氨化細菌、真菌、放線菌等數(shù)量及脲酶、磷酸酶活性等活性均有不同程度的提升。以脲酶及磷酸酶等為例，其中，脲酶為土壤酶中對尿素具有轉(zhuǎn)化作用的酶成分，土壤脲酶的活性對土壤及肥料中的氮元素循環(huán)利用有著重要作用。同時，土壤脲酶還可以增強土壤中潛在養(yǎng)分的有效轉(zhuǎn)化速率，在土壤生產(chǎn)研究中，通常會以土壤中脲酶的活動水平對土壤肥力水平進行評價，其能夠反映出土壤生產(chǎn)力的狀態(tài)。土壤脲酶活性的提升對土壤肥力基礎(chǔ)及作物營養(yǎng)元素吸收利用率有重要影響，成正比。磷酸酶在土壤中屬于主要酶類的一種，其能夠?qū)?yīng)底物去磷酸化的酶進行水解處理，并將底物分子中的磷酸基團去除，生成大量的磷酸根離子及羥基。磷酸酶在土壤中可分為兩大類，分別為酸性磷酸酶、堿性磷酸酶。其中，酸性磷酸酶能夠從不同的磷酸酶底物上生成水解磷酸基團，供由作物吸收轉(zhuǎn)化為營養(yǎng)元素。而堿性磷酸酶為非特性磷酸單脂酶，對磷酸單脂進行催化、水解，生成大量的無機磷酸及醇、酚等物質(zhì)元素，供由作物的吸收與利用。秸稈還田腐化后，土壤中微生物、酶等活性得以提升，此類物質(zhì)被作物吸收利用后，可以顯著提升作物的產(chǎn)量及品質(zhì)。2、秸稈還田對作物產(chǎn)量的影響秸稈還田后作物是否達到增產(chǎn)、增收、增質(zhì)的效果，通常與秸稈還田時的農(nóng)事操作及秸稈品質(zhì)影響較大。當(dāng)秸稈還田期間，操作方法不當(dāng)時，例如秸稈粉碎長度過長，超過10cm的秸稈小段，在深翻整地時翻入土壤中，會造成土壤中的孔隙度過大。作物種子在播種后，土層懸空，出苗后無法完成根系的有效下扎，從而影響幼苗的生長效果。在秸稈還田時，需將作物秸稈粉碎至10cm以下的小段，同時進行旋耕整地，并鎮(zhèn)壓土壤，確保土面平整，無大塊坷垃、無懸空等現(xiàn)象，避免影響作物的發(fā)芽及生長。通常來說，秸稈還田后作物的產(chǎn)量對比非秸稈還田地塊產(chǎn)量相對較高，秸稈科學(xué)還田后處理的地塊同樣管理下對比未還田地塊水稻增產(chǎn)達8%～15%、小麥增產(chǎn)可達5%～13%、棉花增產(chǎn)可達4%～9%、玉米增產(chǎn)可達5%～12%。作物秸稈還田方式種類較多，通常可分為直接還田和間接還田兩種，不同的還田處理方式下，對作物的增產(chǎn)效果有所差異。由于間接還田時，作物秸稈多為腐熟狀態(tài)或還田有機肥，因此無需施入氮肥促進秸稈腐化。而直接還田時，秸稈尚未腐化，在翻埋秸稈時需施入氮肥、生石灰等，提升土壤中還田秸稈的快速分解腐熟效果，為作物的生長奠定肥力基礎(chǔ)。除此之外，秸稈直接還田時，由于秸稈中殘留病原、病蟲害種類較多，田間腐化殺菌、殺蟲效果不顯著，因此，作物生產(chǎn)時需加強對病蟲害的防治管理工作。在部分歷年病蟲害發(fā)