秸稈還田對(duì)土壤水分影響的研究進(jìn)展

張莉 丁圓圓 馬國(guó)珠 任婉婉 董昊 郭孟雨 肖星月 劉金靈

摘 要：秸稈還田是蓄水保墑的重要措施，但秸稈還田的保水效應(yīng)由于受還田方式的影響而表現(xiàn)出了復(fù)雜性和多重性。為提高水分的利用效率，該文結(jié)合近年秸稈還田的相關(guān)研究，就還田時(shí)間、還田數(shù)量、還田深度和還田秸稈處理方式對(duì)土壤水分儲(chǔ)蓄、利用和轉(zhuǎn)化能力的影響進(jìn)行了綜述，分析了秸稈還田在土壤水分研究方面存在的問題及今后研究的重點(diǎn)，以期完善秸稈還田技術(shù)，促進(jìn)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)水分高效利用提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：還田時(shí)間;秸稈還田量;還田深度;秸稈處理方式;水分利用效率

中圖分類號(hào) S141.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2020）05-0129-02

華北地區(qū)是我國(guó)小麥玉米的主產(chǎn)區(qū)，對(duì)于保障國(guó)家糧食安全具有重要意義。但該區(qū)域水資源的占有量不足全國(guó)總量的6%，且受到季風(fēng)氣候的影響，季節(jié)性干旱尤為突出，嚴(yán)重影響著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定發(fā)展[1-2]。亟需采取措施蓄存有限降雨，減少水分無效蒸發(fā)，提高水分利用效率。秸稈還田不僅能改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)水分入滲，增加土壤貯水量，還能促進(jìn)根系發(fā)育，增加作物產(chǎn)量，顯著提高水分的利用效率[3-6]。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田對(duì)土壤水分運(yùn)移的影響是復(fù)雜的，常因還田方式的不同而表現(xiàn)出多重性。因此，深入了解不同秸稈還田方式對(duì)土壤水分的影響，對(duì)探討秸稈還田的節(jié)水機(jī)制，優(yōu)化秸稈還田技術(shù)具有重要的意義。本文結(jié)合近些年秸稈還田的相關(guān)研究，從還田時(shí)間、還田數(shù)量、還田深度和秸稈處理方式4個(gè)方面綜述了秸稈還田對(duì)土壤水分的影響，并在此基礎(chǔ)上，提出今后秸稈還田對(duì)土壤水分影響相關(guān)領(lǐng)域的研究方向，為改進(jìn)秸稈還田技術(shù)，提高水分利用效率，維持華北地區(qū)水資源提供科學(xué)依據(jù)。

1 秸稈還田方式對(duì)土壤水分利用的影響

1.1 還田時(shí)間 作物殘茬質(zhì)地輕，結(jié)構(gòu)蓬松，施入土壤能改善孔隙特征，提高土壤含水量，起到蓄水保墑抗旱的作用[3]，尤其是玉米、小麥等碳氮比較高的作物秸稈，秸稈腐解慢能有效避免降雨對(duì)表土的沖擊，減少?gòu)搅髁亢驼舭l(fā)量[4]，且在作物生育后期，大部分秸稈已分解腐熟，能顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，提高土壤吸水能力，增加土壤貯水量[5]。但路文濤等[6]研究發(fā)現(xiàn)，在雨養(yǎng)地區(qū)，秸稈腐解初期需要固定并消耗大量水分，阻礙作物幼苗生長(zhǎng)，降低了水分利用效率。

1.2 還田數(shù)量 已有研究表明，適量秸稈還田能夠改善土壤水熱狀況，提高作物產(chǎn)量和水分利用效率[7]。高飛等[8]研究發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)，增加秸稈還田數(shù)量可增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)土壤微團(tuán)聚體形成，增強(qiáng)土壤保水供水能力[9]。在雨養(yǎng)地區(qū)，還田量為6t·hm-2時(shí)土壤保水作用最明顯，過量還田導(dǎo)致土壤中形成較多大孔隙，增加了土壤水分蒸散量[10]，但隨著還田時(shí)間延長(zhǎng)，高量秸稈還田土壤導(dǎo)水率大，利于雨水入滲，使得土壤供肥能力和供水能力更加突出，在灌溉地區(qū)3倍量還田水分利用效率最高[11]。

1.3 還田深度 農(nóng)作物秸稈隨機(jī)械作業(yè)進(jìn)入土壤，秸稈還田深度也因作業(yè)深度不同而存在著一定的差異。從多年試驗(yàn)結(jié)果看，秸稈覆蓋可降低土壤緊實(shí)度，改善土壤通透性，小麥生育期間雨季降雨貯蓄量比翻耕還田提高13.72%，降水利用率提高16.17%[12]。但在干旱年份，免耕秸稈覆蓋雖減少水分蒸發(fā)，但擾動(dòng)土層淺，其蓄水保墑能力不及深耕還田[13]，抗旱能力較差，影響作物正常生長(zhǎng)，水分利用效率低。為了充分、持續(xù)均衡的發(fā)揮土壤蓄水保墑、保水供水和增產(chǎn)增收的效果，學(xué)者提出了秸稈深淺交替還田的技術(shù)[14]，但該技術(shù)下不同秸稈還田方式對(duì)土壤水分利用效率的影響研究較少，相應(yīng)機(jī)制也不清楚。

1.4 還田處理方式 針對(duì)秸稈粉碎還田土秸混合度差、土壤失墑等問題，學(xué)者提出通過改變秸稈結(jié)構(gòu)和性質(zhì)提升還田質(zhì)量。王婧等[15]研究表明，秸稈顆粒能顯著提高堆積密度，增加土秸混合度，有效減少土壤大孔隙數(shù)量，降低水分無效蒸發(fā)，同時(shí)增加了土壤總孔隙度和孔隙連通度，利于土壤水分傳輸，增強(qiáng)蓄水量[16]。張陽陽等[17]研究認(rèn)為，生物炭比表面積大，吸附能力強(qiáng)，施入土壤后，能降低土壤容重，增加總孔隙度，增加田間持水量18%，同時(shí)還能降低地表反照率，增加土壤濕度，提高土壤含水量。余坤等[18]研究發(fā)現(xiàn)秸稈經(jīng)過氨化處理后能加速秸稈分解，顯著增加冬小麥產(chǎn)量，提高水分利用效率。目前秸稈還田形態(tài)方面有了初步研究，但主要集中在土壤物理結(jié)構(gòu)和腐解特征方面，而關(guān)于秸稈自身性質(zhì)對(duì)土壤水分運(yùn)移機(jī)制方面的研究較少。

2 展望

目前，我國(guó)秸稈還田技術(shù)尚未能得到高效合理的開發(fā)利用，充分認(rèn)識(shí)秸稈還田對(duì)土壤水分影響的多重性和復(fù)雜性，對(duì)于完善秸稈還田技術(shù)具有一定的指導(dǎo)意義。綜上所述，未來秸稈還田在土壤水分影響方面的研究應(yīng)集中在以下幾個(gè)方面：

2.1 加強(qiáng)秸稈還田水分運(yùn)移模型的研究 秸稈還田對(duì)土壤水分的研究多集中在單季作物生育期，缺乏不同秸稈還田下土壤水分周年變化規(guī)律和土壤水分多年變化特征的研究。此外，缺乏土壤水分時(shí)空尺度變化模型，不能預(yù)測(cè)秸稈還田對(duì)水分影響的后效性。

2.2 加強(qiáng)秸稈還田方式多因素協(xié)同作用的研究 隨著糧食產(chǎn)量的提高，農(nóng)作物秸稈也隨之增加，今日的倍量還田就是未來的全量還田。后期應(yīng)加大秸稈倍量還田和秸稈還田深度的綜合研究，旨在掌握秸稈還田數(shù)量和還田深度下土壤水分的變化規(guī)律，為未來秸稈科學(xué)還田提供理論依據(jù)。

2.3 加強(qiáng)秸稈預(yù)處理還田對(duì)土壤水分運(yùn)移變化影響的研究 關(guān)于秸稈預(yù)處理還田土壤水分變化特征的研究不足。亟待提高秸稈預(yù)處理還田對(duì)土壤水分儲(chǔ)存能力、轉(zhuǎn)化規(guī)律的相關(guān)研究，有助于更加全面的分析秸稈還田效應(yīng)，完善評(píng)價(jià)體系。

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（責(zé)編：張宏民）