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发表于: 2011-8-24 09:03:27 | 显示全部楼层 |阅读模式

秸秆还田的增产机理
   农田生态环境即作物生长环境，它包括农田小气候，土壤结构和水热状况，植物养分及其循环，杂草生长，植物病虫害等因素。生态环境之优劣直接影响作物生长，而秸秆覆盖及翻压在不同程度上改善了农田生态环境。曾木祥等总结了我国秸秆还田增产机理方面的研究认为；秸秆还田的养分效应，改土效应和改善农田生态环境效应，是秸秆还田的增产机理。
   (一)秸秆还田的养分效应
   1.提高土壤氮磷钾养分含量及利用率
   秸秆还田后土壤中氮磷钾养分含量都有增加，其中尤以钾素的增加最为明显。根据定位试验结果，全氮平均比对照提高0.005％～0.09％，速效磷增加0.75毫克/公斤～12毫克/公斤，速效钾增加8.6毫克/公斤～38.8毫克/公斤。统计全国60份试验结果，秸秆还田后全氮提高范围在0.001％～0.1％，平均提高0.0014％；速效磷增加幅度在0.2毫克/公斤～30毫克/公斤，平均提高3.76毫克/公斤；速效钾增加幅度在3.3毫克/公斤～80毫克/公斤，平均增加31.2毫克/公斤。

表3～17秸秆还田对土壤养分含量的影响
   比CK速效磷(P2O5) 比CK速效钾(K2O)
   试验单位试验方式比CK全N提高％
   增加(毫克/公斤) 增加(毫克/公斤)
   0.0～0.01 0.6～5.6 8.3～105.1
   微区定位试验
   平均0.005 3.15 38.8
   中国农科院
   -0.004～0.028 -0.6～5.0 0.7～31.7
   秸秆翻压定位试验
   0.009 2.12 13.4
   土肥所
   0～0.009 0.4～5.4 2.6～17.8
   秸秆覆盖定位试验
   0.005 2.42 8.6
   西南农业大学稻草还田定位试验 0.011 3.0.0 26
   浙江省农科院定位试验 0.09 12.0
   湖北省农科院压草定位试验 0.0078 0.75 15.64
   0.001～0.1 0.2～30 3.3～80
   统计全国60份试验材料
   0.0014 3.76 31.2
   *CK-未施秸秆处理
   表3-18 秸秆还田对土壤有机质、容重和总孔隙度的影响
   试验单位试验方式有机质增减值(％) 容重增减值克/立方厘米总孔隙度增减值(％)
   0.01～0.27 -0.033～-0.062 1.05～2.04
   平均0.157 平均-0.046 平均1.52
   微区定位试验2年
   0.02～0.12 -0.07～0 0-2.31
   中国农科院土肥所翻压定位试验2年
   平均0.067 平均-0.29 平均0.94
   覆盖定位试验2年
   0.014～0.11 -0.01～0.08 0.35-2.3
   平均0.058 平均-0.039 平均1.26
   江苏省农科院麦田盖草 -0.06 1.90
   西南农业大学定位试验3年 0.38 -0.07 2.64
   浙江省农科院定位试验6年 1.47 -0.19
   湖北省农科院定位试验3年 0.096 -0.062 4.09
   统计全国60份试验材料平均0.0114 -0.077 3.52

2.秸秆还田对土壤钾、硅平衡的影响及其增产作用
   作物吸收的钾在成熟期大量滞留在茎杆中，秸秆中钾素有效性高，其利用率在盆栽条件下，与矿质钾肥相当。覆盖条件下，秸秆中的钾受雨水淋溶而渗入表土，有利于改善作物生长前期的钾营养，促进其生长发育。含钾高的各种植物残体均可称为生物钾肥，生物钾肥的贡献是利用作物在其生育过程中吸收的土壤钾，以秸秆还田形式归还土壤，以供再利用，从而保持土壤钾的良性循环。
   水稻秸秆中含硅高达8％～12％，稻草还田有利于增加土壤中有效硅的含量和水稻植株对硅的吸收。
   (二)秸秆还田的改良土壤效应
   1.秸秆还田对土壤有机质、容重和总孔隙度的影响
   秸秆还田增加了土壤活性存机质，稻草含有机碳42.2％，腐殖化系数为30％，每亩施200公斤稻草提供的腐殖质为25.3公斤。新鲜有机质的加入对改善土壤结构有重要作用。
   从表3-18可以看出实行秸秆还田后能够增加土壤有机质含量，降低土壤容重，增加土壤孔隙度。其增减的数值依不同地区，不同耕作方式，不同秸秆还田量及秆还田年限有很大差别。秸秆还田后土壤疏松，易耕作，说明秸秆还田有良好的改土作用。
   2.秸秆还田对土壤微团聚体和结合态腐殖质的影响
   土壤中＞0.25毫米的微团聚体被认为对土壤物理性质和营养条件具有良好的作用。稻草还田有利于1～0.25毫米团聚体的形成，连续3年试验后，1～0.25毫米团聚体由18.60％提高到32.28％。增加了73.5％，增加数为对照的1.1倍，化肥的1.7倍。而＜0.01毫米的团聚体则减少50％(表3-19)。
   表3-19 各处理土壤微团聚体变化(％)
   团聚体 1毫米～0.25毫米 0.25毫米～0.01毫米＜0.01毫米
   处理第一年第三年第一年第三年第一年第三年
   CK 20.48 29.32 22.22 25.79 20.11 16.79
   化肥 18.42 18.64 22.12 21.05 21.16 15.79
   稻草 18.60 32.28 21.07 16.95 20.02 10.02
   猪粪 25.14 34.87 22.83 18.91 21.07 9.45
   施入秸秆对游离松结态和紧结态两组分增加较高，前者形成的活性腐殖质易分解，在作物营养上意义较大，后者在土壤结构形成中具有重要作用(表3-20)。测定稻草还田区土壤水稳性团粒结构占表土层重量比例，粘壤质和沙壤质两种土壤分别比对照增加11.8％和8.9％。随着土壤团粒组成的改善，土壤三相比也相应的改善，气相、液相增加，固相减少，通透性改善有利于根系生长和微生物活动。
   表3-20 稻草还田对水稻土重组结合态腐殖质的影响
   总有机质松结态稳结态紧结态增值复合度
   处理
   ％增加％增加％增加％增加％
   对照 2.84 1.43 0.13 1.28
   粘壤质
   稻草翻压 3.16 0.32 1.52 0.09 0.10 0.03 1.48 0.20 183.4
   对照 2.69 1.08 0.15 1.46
   砂壤质
   稻草翻压 2.87 0.18 1.15 0.07 0.18 0.03 1.45 0.08 114.5
   3.秸秆还田对土壤有机质平衡和腐殖质组成的影响
   玉米秸秆还田对土壤有机质平衡的研究表明，华北地区土壤有机质的年矿化量每亩为54～95公斤，年积累量每亩为28～96公斤，年矿化量大于年积累量，要想维持土壤有机质现状，必须每年补充54～95公斤的有机碳源，若要再提高土壤有机质含量，则需补充更多的有机物质，才能提高土壤有机质含量。秸秆还田对土壤有机质平衡有重要作用，每亩还田500公斤玉米秸秆，或配合施用化肥，土壤有机碳有盈余。不秸秆还田0～20厘米耕层土壤有机质则要亏损12.45～17.6公斤，约占原有机质的0.98％～1.39％(表3-21)。
   表3-21 玉米秸秆还田对土壤有机质平衡影响(公斤/亩)
   土壤有机碳理论值 0～20厘米实测值

处理
   年矿化量年积累量盈亏占原含量％盈亏量占原含量％
   不施肥 58.63 27.67 -30.96 -2.43 -17.60 -1.39
   玉米秸 95.07 96.27 +1.20 +0.09 +62.15 +4.88
   玉秸+NP 91.71 95.47 +3.76 +0.30 +61.95 +4.78
   不施肥 57.58 27.65 -26.06 -2.05 -12.45 -0.98
   玉米秸 94.11 95.72 +1.61 +0.13 +54.35 4.27
   玉秸+NP 88.83 95.63 +6.80 +0.53 +76.95 +6.04
   秸秆还田不仅能显著提高土壤有机质含量，而且能提高有机质的质量。土壤腐殖质化程度，常以胡敏酸与富里酸对比关系确定，D.S.Jenkinson与E.J.Kolenbrator的研究认为，富里酸含量标志腐殖化作用强弱。稻草还田量对土壤腐殖质组成的影响表明，腐殖酸总量和富里酸含量与秸秆还田量呈正相关，H/F的比大小次序则相反。单施稻草腐殖酸总量提高20.8％，而稻草与猪粪和化肥配施可提高23％。富里酸中N素的矿化率最高可达38.1％～52.0％，而且固定土壤N素的活性较大(表3-22)。
   4.秸秆还田对土壤微生物数量的影响
   秸秆还田为土壤微生物提供了充足的碳源，促进微生物的生长、繁殖，提高土壤的生物活性。秸秆还田后，肥土上细菌数增加0.5～2.5倍，瘦土上增加2.6～3倍。在约20％的合适土壤水分含量时，细菌数量最多，在肥土和瘦土上分别增加3.5倍和3倍(表3-23)。
   表3-22稻草还田量对土壤有机质及腐殖质组成的影响
   小麦收获期水稻收获期
   处理
   有机质腐殖酸胡敏酸富里酸有机质腐殖酸胡敏酸富里酸
   H/F H/F
   克/公斤总量(％) (％) (％) 克/公斤总量(％) (％) (％)
   翻压稻草450公斤/亩 15.4 0.38 0.13 0.25 0.52 13.5 0.37 0.12 0.25 0.48
   翻压稻草300公斤/亩 13.4 0.34 0.11 0.23 0.49 12.4 0.32 0.12 0.20 0.60
   覆盖稻草300公斤/亩 12.5 0.32 0.12 0.20 0.60 14.2 0.38 0.14 0.24 0.58
   不施稻草CK 12.6 0.31 0.15 0.16 0.94 11.8 0.32 0.13 0.15 0.86
   表3-23土壤水分含量对微生物量的影响
   细菌数真菌数放线菌数
   土壤类型实测水分(％)
   (个)/克 (个)/克 (个)/克
   8.65 19.13×106 55.98×103 36.06×104
   14.43 19.48×106 28.87× 103 8.53×104
   肥土 14.74(CK) 13.25×106 29.67×103 8.21×104
   23.15 46.42×106 62.85×103 8.68×104
   29.18 24.95×106 47.59×103 10.82×104
   9.85 14.42×106 72.88×103 19.63×104
   15.30 15.74×106 60.57×103 19.32×104
   瘦土 14.93(CK) 5.49×106 64.85×103 3.14×104
   22.69 16.21×106 11.25×103 5.17×104
   26.63 15.00×106 14.03×103 6.36×104
   CK-未施秸秆处理

此外，在江苏水旱轮作区的盖草研究还证明盖草降低了土壤中的还原物质总量，有效地改善水稻田的氧化还原状态。盐碱地盖草后，可以减少地表径流，有利雨水下渗，使盐分随水排走；同时，还田的秸秆分解时产生多种有机酸，在一定程度上亦可中和土壤碱性，有明显的洗碱效果。邳县中盐碱地和丰县重盐碱土上的试验结果表明，连续三年盖草，耕层土壤的全盐量分别由原来的0.151％和0.21％下降到0.122％和0.130％，平均下降了0.03％，土壤，也分别由8.8和9.0下降到8.2和8.4，明显减轻了盐碱危害。
   (三)秸秆还田对农田生态环境的影响
   1.保墒和调控田间温湿度
   秸秆覆盖地面，干旱期减少了土壤水的地面蒸发量，保持了耕层蓄水量；雨季缓冲了大雨对土壤的侵蚀，减少了地面径流，增加了耕层蓄水量。覆盖秸秆隔离了阳光对土壤的直射，对土体与地表温热的交换起了调剂作用。
   2.抑制杂草
   农田覆盖秸秆有很好的抑制杂草生长的作用。秸秆覆盖与除草剂配合，提高了除草剂的抑草效果。播麦后3天，每亩喷施750倍丁草胺乳油后盖草，比单喷丁草胺处理，小麦生长后期每亩杂草减少12.4万苗。

秸秆还田的适宜有效条件
   由于我国人均占有耕地少，复种指数高，倒茬间隔时间短，加之秸秆碳氮比高，不易腐烂。所以秸秆还田常因翻压量过大，土壤水分不适，施氮肥不够，翻压质量不好等原因，出现妨碍耕作，影响出苗，烧苗，病虫害增加等现象，有的甚至造成减产。为了克服秸秆还田的盲目性，提高效益，推动秸秆还田发展。中国农科院土肥所等单位研究了我国华北、西南、长江中游、浙江三熟制种植区，江苏水旱轮作区的秸秆还田的适宜有效条件，使秸秆还田各项技术具体化、数量化、综合起来有如下7个方面。
   1.秸秆还田方式及其适应性
   秸秆直接还田目前主要有三种方式，即机械粉碎翻压还田，覆盖还田和高留茬还田。
   华北地区除高寒山区，绝大部分地区可采用秸秆直接粉碎翻压还田。水热条件好，土地平坦，机械化程度高的地区更加适宜。
   西南地区和长江中游地区的研究表明，水田宜于翻压，旱作地宜于覆盖。
   浙江三熟制地区，将早稻草翻压还入晚稻田是该地的主要方式。
   秸秆还田量及还田周期
   还田秸秆数量基于这样考虑：还田的秸秆量能够维持和逐步提高土壤有机质含量。从生产实际出发，一般以本田秸秆还田。
   华北地区的试验表明每亩翻压200～400公斤麦秸(风干量)都有较好的增产效果。可以补偿土壤有机质的损耗，并且可逐年提高土壤有机质含量。
   对华北地区玉米秸秆还田量的研究表明，翻压还田以300公斤为宜，一般不超过400公斤，整株覆盖以500～700公斤为宜。玉米每亩秸秆产量(除去上部作饲料部分)一般在280～400公斤，采用本田秸秆还田，一年还田一季，就可以逐年增加土壤有机质含量。
   西南地区每亩有300～450公斤稻草产出，亩施300公斤(风干重)稻草即可得到满意的增产效果。所以冬水田翻压稻草或冬作物上覆盖都以每亩还田量300～400公斤为宜，高留茬还田量在200～300公斤之间。再生稻产量不高，其稻草可全部还田。
   长江中游地区，在水稻、小麦和棉花三种作物上，无论是翻压或覆盖都以每亩200公斤最经济有效。为了保持土壤有机质平衡，规定了土壤有机质保持目标。砂质田为2.2％～3.5％，粘质稻田为2.5％～3.0％，冲积性砂土为1.2％。按照上述秸秆还田量，每年还田一季秸秆即能达到土壤有机质保持目标，并有所增加。浙江地区整草免耕还田稻草量约占本田稻草量的1/3～1/2，约相当于160～240公斤，碎草翻埋还田每亩约200公斤，晚稻草还冬作田，麦田免耕盖草约150～300公斤，冬绿肥田盖草约100～200公斤。江苏稻麦轮作区，秸秆覆盖还田量多在100～300公斤之间，黄泥土最高产量的还田量为173公斤，淮北稻麦二季最适年还田量为241公斤。
   总的看来水稻、小麦秸秆的适宜还田量(风干重)以200～300公斤/亩为宜。玉米秸秆在300～400公斤/亩为宜。一年一作地块和肥力高的地块还田量可适当高些，在水田和肥力低的地块还田量可低些。每年每亩地一次还田200～300公斤秸秆，可使土壤有机质含量不会下降，并逐年有所提高。

2、适宜的翻压覆盖时间
   华北地区麦秸直接翻压还田，一般在6月上中旬进行，麦收后随即将麦秸切碎，均匀撒开，施肥翻耕整地播种，在玉米行间盖麦秸和高留茬灭茬还田要突出一个早字。一般在6月下旬至7月上、中旬进行。
   华北地区玉米秸秆翻压还田时间应越早越好，最理想是玉米上部还有2～3片绿叶时及时翻压还田，此时大致在9月下旬至10月上旬。覆盖还田亦多在玉米收获后，将玉米秸秆顺垅割倒或压倒。
   长江中游地区麦田盖草从播种到4叶期均可，但以播种后覆盖和分蘖初期(冬至)盖草较好。在棉花上盖草适宜时间为6月中、下旬，延至7月随时间推移，覆盖效果明显下降。在双季稻区采用早稻草原位直接还田，收割后即可实行。在西南地区冬水田稻草还田，8月中下旬水稻收割时将稻草撒铺于田面或留高茬40厘米～50厘米及时耕翻入土。再生稻则全部稻草稻桩还田泡水过冬，第二年春耕翻压。麦田免耕盖草和油菜田免耕盖草播后即可实行。江苏稻麦轮作区，稻田免耕或耕翻种麦的田块，施足基肥，播后喷施除草剂即可盖草。麦草覆盖还田，可在麦收后耕地，施肥灌浅水施面肥后盖草。浙江三熟制稻田，早稻脱粒后即可将稻草撒匀翻埋还田。麦田免耕覆盖从播种至四叶期均可，以播后覆盖最为普遍，冬绿肥田盖草晚稻收割后即可进行。
   3.翻压深度和粉碎程度
   农业机械是制约秸秆还田的重要因素，翻压和粉碎都离不开农业机具。华北地区麦秸不同翻压深度的试验表明，翻压深度大于20厘米，或将秸秆耙匀于20厘米耕层中，对玉米苗期的生长影响不大，翻压深度小于20厘米，则对苗期生长不利。从粉碎程度上看小于10厘米较好。玉米秸粉碎翻压还田粉碎程度多在10厘米～15厘米，翻压深度在20厘米～25厘米。目前玉米秸整株翻压和整株覆盖已引起人们的关注，特别适于在一年一熟的地区实行。南方稻草翻压还田主要用早稻草还晚稻田，稻草切一刀或二刀约15厘米～20厘米。据调查大中型拖拉机配上各种型号的犁翻压深度可达18厘米～42厘米，多数在22厘米～27厘米，切碎机可把秸秆切碎0～100毫米，完全可以满足北方小麦、玉米秸秆还田的需要。南方用脱切机或旋耕机与12马力手扶拖拉机配套把稻草压入田中。
   4.合理配施氮磷肥
   作物秸秆的碳氮比值较大，一般在60～100∶1。微生物在分解作物秸秆时，需要吸收一定的氮营养自身，造成与作物争氮影响苗期生长，加之我国土壤普遍缺氮，磷钾也较缺乏，所以秸秆还田时一定要补充氮素，适量施用磷钾肥。秸秆还田可与各地的平衡施肥相结合。

5.调控土壤水分
   合适的土壤水分含量是影响秸秆分解的重要因素。华北地区秸秆还田把土壤水分调控在20％左右最有利秸秆的分解。南方水田翻压秸秆要注意淹水还原状态下产生甲烷、硫化氢等有害气体。在未改造好的下湿田、冷浸田、烂泥田和低洼渍涝田、不要进行秸秆翻压还田。在一般稻草翻压还田的田块，水分管理要浅灌、勤灌适时烤田，在分蘖初期及盛期各耘田一次，以便增加土壤通透性，排除稻草腐解过程中产生的有害气体。南方旱作物上，秸秆还田也要注意调节水分，经常保持土壤湿润。
   6.防治病虫害和杂草
   秸秆还田，特别是秸秆覆盖为病虫害提供了栖息和越冬场所，尽量减少覆盖秸秆病穗的残存和越冬基数，是减少病虫害传播的有效方法。因此凡有上述病虫害严重发生的秸秆都不能进行还田。南方水稻秸秆凡有纹枯病、稻瘟病、白叶枯病等病害的稻草不宜还田，有三化螟发生的田块，稻桩应深压入土中。
   杂草是农业生产的大敌。它与作物争水、肥和光能，侵占地上部和地下部空间，影响作物光合作用，降低作物产量和品质，杂草还是病虫害的中间寄主。华北地区6～9月份是高温多雨季节，杂草生长很快，及时防除杂草十分重要。及早在玉米行间覆盖麦秸能有效抑制杂草生长，如果与使用除草剂相结合，除草效果就会更好。南方麦田除草剂应在播后苗前喷施，每亩用100克60％丁草胺乳油兑水75公斤，土面喷雾，趁墒覆盖秸秆。

有效实施秸秆还田的前提是使用秸秆腐熟剂充分腐熟而实现秸秆还田。