秸秆还田对土壤肥力关键指标及作物产量的影响研究

秸秆作为农作物生产期间产出的副产品，营养含量丰富，可循环利用性强。农作物秸秆可以作为畜牧养殖饲料、能源、建材、纺织原料等进行使用，也可将农作物秸秆直接粉碎、堆沤、腐熟等处理后作为有机肥还田，增加土壤肥力基础。在农作物生产期间，提升对作物秸秆的综合利用效果，可以减轻传统焚烧秸秆造成的土壤、生态资源污染问题，并提升农业生产综合经济效益。在农作物种植生产期间，为提升农作物的产量及品质，技术人员会借助各种农机、化学药剂、化学肥料等开展农作物田间管理，规避各种不良因素对作物生长的影响。但大量化学药剂、化学肥料等产品的长期、过量使用，会对土壤质地、肥力基础造成影响，促使土壤质地黏重、盐碱化、重金属含量超标、有机质含量下降等，威胁后续作物的生长发育及产出品质量。同时，再加上自然生态风蚀、土表径流等问题，土壤中养分及有机质含量逐步下降，加重土壤板结、盐碱化、贫瘠化。一、秸秆主要成分农作物秸秆是农作物种植期间所产生的一种副产品，属于可再生生物质资源。利津县农作物种植面积广阔，秸秆资源丰富，多用于畜牧养殖生产饲料、工业原料、能源材料及肥源物质渠道。传统农业生产期间，农作物种植种类较杂、单一品种秸秆量少，无法实现规模化可循环利用，部分农户会选择焚烧或废弃的方式处理作物秸秆。随着近年来秸秆还田措施的大面积推广，秸秆还田模式逐渐被农户接受并大面积的应用。秸秆作为土壤养分物质的载体，其中含有大量的氮、磷、钾、钙、镁、硫等大中微元素，以木质素、纤维素及半纤维素组成。作物秸秆的碳氮比主要在60∶1～80∶1之间，有机碳含量丰富，施入土壤中可以有效提升土壤中有机质含量。同时，秸秆还田腐化后，分解出的养分被作物吸收利用，同等栽培管理条件下，秸秆还田地块丰产性更强。二、秸秆还田主要方式目前，在利津县农作物生产期间，秸秆还田主要可分为直接还田、间接还田两种。1、秸秆直接还田秸秆直接还田是指在农作物（玉米、大豆、小麦、水稻等）产品收获后，使用粉碎机械将剩余的农作物秸秆粉碎抛撒还田，随后借助旋耕、犁耕等机械将粉碎后的秸秆翻入土中的一种土壤管理技术。秸秆直接还田方法可行性强、操作便捷，能够将农作物秸秆资源快速转化为土壤肥力，并提升土壤的有机质含量、丰富土层结构。但在实际生产应用期间，需注重以下几点。①合理控制还田秸秆数量一次性还田大量秸秆可能会致使土壤过于疏松、上层土壤悬空，影响下茬作物根系的下扎与营养吸收利用性，降低土壤保肥保水性。因此，建议秸秆还田量控制在300～500kg/667m2之间为宜。依据常见大田农作物种类来分析，水稻、小麦的秸秆还田量控制在150～200kg即可，玉米、高粱等秸秆可以全部还田。②同期施用氮肥农作物收获时，作物秸秆中的碳氮比含量相对较高，在分解为营养元素时会对土壤中的氮素造成一定量的消耗。因此，在秸秆还田时，建议施碳酸铵10kg/667m2或尿素3kg/667m2，均匀撒施至秸秆上，随机械翻耕入土。通过补充土壤中的氮元素，促进农作物秸秆的分解、腐熟效果。③选择适宜的翻埋时间农作物秸秆翻埋处理最佳时间为作物收获后。作物收获后立即对秸秆进行粉碎翻埋，此时秸秆含水量处于较高的水平，土壤翻埋处理后腐熟速度提升，对下茬作物影响较小。在部分干旱地区，建议采取边收获、粉碎秸秆，边翻埋的处理方式，促进秸秆的分解。④施用生石灰农作物秸秆在土壤中分解时会产生有机酸，有机酸在土壤中会对作物的根系生长形成抑制，从而影响根系生长效果。在土壤翻埋时，施生石灰30～50kg/667m2，均匀撒施。生石灰可以对土壤中的酸性物质进行综合，从而避免土壤偏酸造成根系的影响，同时可以促进作物秸秆的分解腐化。2、秸秆间接还田①堆沤还田法堆沤还田是指将农作物（玉米、大豆、小麦、水稻等）秸秆进行粉碎后，并对秸秆含水量进行调节，将其堆压处理，借助微生物在高温条件下的生物转化活动，快速分解出大量的有机物质，同时达到高温灭菌、灭虫的效果，堆沤处理后的作物秸秆再次统一还田处理。经由堆沤处理后的作物秸秆在还田后，可以减少病虫害的传播与影响，并提升土壤肥力基础。在开展秸秆堆沤还田时，首先需要选择适宜的堆沤处理场地，通常为田间地头、空闲地等区域，便于秸秆的堆积及处理。将农作物秸秆充分粉碎至低于10cm的秸秆段，浇灌一次透水，促使秸秆含水量在70%左右。随后，将秸秆与腐熟有机肥充分混合，通常添加有机肥1000kg/500kg作物秸秆。将混合好的作物秸秆及有机肥堆成山形，在上方使用泥浆或塑料薄膜密封处理，以保障堆体的温度及湿度。通常在堆沤处理1个月左右，作物秸秆会转变为褐色或深褐色，湿度大时秸秆柔软有弹性，干燥时质地脆易碎，此时作物秸秆已充分腐熟，完成堆沤处理。为提升秸秆堆沤处理效果，在夏季可以在田间地头等区域挖一个容积在3～5m3的土坑。水分易下渗的坑底上可以铺放一层防水布或塑料薄膜防渗，防渗层上方铺设一层厚度10～20cm的热源，即动物粪肥。将作物秸秆与腐熟有机肥充分混合，并浇灌水分，促使混合物含水量在70%～80%之间。处理结束后压实，上方使用塑料薄膜覆盖保温，每间隔10～15d翻动1次混合物，充分堆沤处理1个月左右达到腐熟效果。堆沤处理后的作物秸秆与有机肥混合物，在下茬作物种植前1周作为有机肥施入土壤中即可，施入量在500～2000kg/667m2之间。堆沤还田法对比秸秆直接还田法，秸秆中的病菌、虫害等通过堆沤发酵得到有效的清除，可以显著降低田间病虫害发生率及危害程度，适用于历年病虫害发生较严重的地块。②过腹还田法过腹还田法是指将田间作物秸秆收集后统一处理，作为饲料饲喂牲畜，再将牲畜日常活动中排出的粪便进行腐熟，作为有机肥还田，形成可循环利用的模式。过腹还田法应用在农作物生产中，进一步提升了农业副产品的附加值，实现农业生态系统可循环发展。秸秆在经过青贮、粉碎等处理方式后，作为饲料饲喂草食性牲畜。秸秆饲料在进入牲畜消化道中，秸秆的部分养分物质被牲畜消化吸收利用，转化为动物生长所需的能量及蛋白质，未能消化的部分则以粪便的形态排出提升。此类排出的粪便中含有多种营养元素，在通过高温腐熟处理后，可以作为有机肥施入土壤，丰富土壤理化性状，改善土壤肥力，促进农作物的良好生长。三、秸秆还田对土壤肥力及作物产量的影响农作物种植生产期间，土壤作为作物生长的载体，土壤肥力基础对作物的产量及品质影响较大。土壤中含有丰富的营养元素，当土壤肥力基础较差时，无法供应作物生长期间所需的养分基础，会致使作物生长发育异常，最终影响产量及品质。当土壤中缺乏氮元素时，作物长势衰弱、叶色淡、光合作用效果差；当缺乏磷元素时，作物茎秆细弱、果实少而小；当缺乏钾元素时，作物光合作用产生的有机物无法正常在植株内传输应用，植株易倒伏，果实品质差。除此之外，缺乏部分中微量元素也会影响作物的正常生长。因此，在作物生长期间，需要通过各种方式提升土壤肥力基础，以促进作物高产丰产。秸秆还田作为一种培肥地力的高效方式，可循环利用性强。农作物秸秆中有机质平均含量高达15%，并含有多种作物生长期间所必需的中微量营养元素。而且，秸秆在农事生产中来源广、数量多、资源量丰富，将秸秆作为肥料应用在作物生长期间，具有诸多优势。1、秸秆还田对土壤肥力的影响①提升土壤有机质含量秸秆还田后作为肥料施入土壤中，可以减少秸秆收获后一系列的处理流程，降低人力资源消耗量的同时也减少了肥料成本的投入。农作物秸秆中含有大量的氮、磷、钾、钙、镁、硫等多种大中微量元素，通过腐熟分解后，营养元素在土壤中停留，培肥地力，提升土壤中全氮、碱解氮、有效磷、速效钾等营养元素的含量。以常见还田作物秸秆玉米为例，玉米秸秆通常是由茎秆、穗、叶片等组成，成株茎秆直径在25～40mm之间，秸秆为实心，株高800～3000mm。玉米秸秆中含有多种营养元素及有机质，其中，碳水化合物占比在30%以上，蛋白质含量2%～4%，脂肪含量0.5%～1%，粗纤维含量37.7%，粗灰分含量9.5%，含氮量0.6%、含磷量0.27%、含钾量2.28%，有机质含量达15%左右。玉米秸秆在直接还田腐熟后，营养元素、有机质等会被转换为农作物可吸收利用的营养元素，培肥地力。依照还田玉米秸秆量500kg/667m2进行计算，可以增加土壤有机质75kg。同时，秸秆还田后腐化系数会得以提升，达0.25～0.5，即表示还田处理的秸秆中有25%～50%会转变为土壤腐殖质。秸秆在腐熟处理后形成大量的腐殖酸，腐殖酸与土壤中的钙、镁等元素进行有效结合，形成腐殖酸钙及腐殖酸镁，在提升土壤疏松透气性的基础下，促进土壤水冷性团粒的形成，增加土壤孔隙度，从而实现调节土壤板结、保水保肥性效果的提升。相关试验研究表明，在某一地块连续3年开展作物秸秆直接还田300kg/667m2，可以提升土壤有机质含量0.05%～0.09%之间、速效磷含量增加0.5～3.0mg/kg、速效钾含量增加5～10mg/kg、土壤容重下降0.01～0.08g/m3、土壤总孔隙度提升1.11%。②提升土壤酶活性水平土壤中酶活性水平对作物生长影响较为关键，土壤中大部分的酶为蛋白质，在植物体内主要体现在催化、植株生长调节等作用。作物吸收酶后作用在叶片上，可以起到固氮的效果；在作物茎秆中可以促进茎秆细胞的增殖及活性；在作物根部可以促进根系的生长，增强植株对肥水的代谢能力；在土壤中，可以对土壤中的氮磷钾元素进行活化，从而提升作物对土壤肥料的吸收与利用水平。作物生长期间，当缺乏中微量元素表现出缺素症状后，酶还可以起到协调生长的效果，对作物的生长状态进行调节，减轻缺素症对植株生长的影响。秸秆还田后，土壤中的酶活性会出现一定程度的提升，减少由于长期、过量施入化学肥料而造成的土壤板结、盐碱化、退化等情况。秸秆还田时，秸秆腐化后会增加土壤中微生物的种类及数量，优化土壤种植环境条件，促使微生物分泌出大量的酶物质，增强土壤酶活性，提升土壤中的纤维素酶、蔗糖酶等多种酶活性，促进土壤中的有机质快速转化，并为微生物的活动及增殖提供碳源。有研究学者证明，在农作物种植田块秸秆粉碎覆盖土表还田，对比地表铺设防草布、透明地膜及反光膜来说更能提升土壤中的酶活性。秸秆还田对土壤中的过氧化氢酶活性、根际及非根际土壤的氨化细菌、真菌、放线菌等数量及脲酶、磷酸酶活性等活性均有不同程度的提升。以脲酶及磷酸酶等为例，其中，脲酶为土壤酶中对尿素具有转化作用的酶成分，土壤脲酶的活性对土壤及肥料中的氮元素循环利用有着重要作用。同时，土壤脲酶还可以增强土壤中潜在养分的有效转化速率，在土壤生产研究中，通常会以土壤中脲酶的活动水平对土壤肥力水平进行评价，其能够反映出土壤生产力的状态。土壤脲酶活性的提升对土壤肥力基础及作物营养元素吸收利用率有重要影响，成正比。磷酸酶在土壤中属于主要酶类的一种，其能够将对应底物去磷酸化的酶进行水解处理，并将底物分子中的磷酸基团去除，生成大量的磷酸根离子及羟基。磷酸酶在土壤中可分为两大类，分别为酸性磷酸酶、碱性磷酸酶。其中，酸性磷酸酶能够从不同的磷酸酶底物上生成水解磷酸基团，供由作物吸收转化为营养元素。而碱性磷酸酶为非特性磷酸单脂酶，对磷酸单脂进行催化、水解，生成大量的无机磷酸及醇、酚等物质元素，供由作物的吸收与利用。秸秆还田腐化后，土壤中微生物、酶等活性得以提升，此类物质被作物吸收利用后，可以显著提升作物的产量及品质。2、秸秆还田对作物产量的影响秸秆还田后作物是否达到增产、增收、增质的效果，通常与秸秆还田时的农事操作及秸秆品质影响较大。当秸秆还田期间，操作方法不当时，例如秸秆粉碎长度过长，超过10cm的秸秆小段，在深翻整地时翻入土壤中，会造成土壤中的孔隙度过大。作物种子在播种后，土层悬空，出苗后无法完成根系的有效下扎，从而影响幼苗的生长效果。在秸秆还田时，需将作物秸秆粉碎至10cm以下的小段，同时进行旋耕整地，并镇压土壤，确保土面平整，无大块坷垃、无悬空等现象，避免影响作物的发芽及生长。通常来说，秸秆还田后作物的产量对比非秸秆还田地块产量相对较高，秸秆科学还田后处理的地块同样管理下对比未还田地块水稻增产达8%～15%、小麦增产可达5%～13%、棉花增产可达4%～9%、玉米增产可达5%～12%。作物秸秆还田方式种类较多，通常可分为直接还田和间接还田两种，不同的还田处理方式下，对作物的增产效果有所差异。由于间接还田时，作物秸秆多为腐熟状态或还田有机肥，因此无需施入氮肥促进秸秆腐化。而直接还田时，秸秆尚未腐化，在翻埋秸秆时需施入氮肥、生石灰等，提升土壤中还田秸秆的快速分解腐熟效果，为作物的生长奠定肥力基础。除此之外，秸秆直接还田时，由于秸秆中残留病原、病虫害种类较多，田间腐化杀菌、杀虫效果不显著，因此，作物生产时需加强对病虫害的防治管理工作。在部分历年病虫害发