秸秆腐解规律和养分释放特征影响因素的研究进展

刘方明 高玉山 孙云云 窦金刚 侯中华 刘慧涛 王立春

摘要：秸秆还田是一项提高土壤肥力的有效措施。秸秆还田中，秸秆腐解规律和养分释放特征受到多方面因素的影响。从秸秆还田方式及基本要素、氣候条件、土壤类型、生物因素以及农业措施几个方面，概述了目前秸秆还田腐解规律及养分释放特征的影响因素，同时结合现状，提出研究展望，为解决秸秆还田问题提供理论参考。

关键词：秸秆还田；腐解规律；养分释放；影响因素

中图分类号：S156.4 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2018）04-0005-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.04.001

Research Progress of the Factors Influencing Straw Decomposition Regularity and Nutrient Release Characteristics

LIU Fang-ming，GAO Yu-shan，SUN Yun-yun，DOU Jin-gang，HOU Zhong-hua，LIU Hui-tao，WANG Li-chun

（Jilin Academy of Agricultural Sciences，Institute of Agricultural Environment and Resources Research，Changchun 130033，China）

Abstract： Straw returning is an effective measure to improve soil fertility. During the straw returning，straw decomposition regularity and nutrient release characteristics are influenced by many factors. From aspects of the straw returning patterns and basic elements，climatic conditions，soil types，biological factors and agricultural management practices，the factors influencing straw decomposition regularity and nutrient release characteristics were summarized，and the prospects were put forward combined with the current situation.

Key words： straw returning； straw decomposition regularity； nutrient release characteristic； influence factor

秸秆还田作为改土培肥的技术之一，可以改善土壤理化性质、 提高土壤肥力，改善土壤环境，对实现农业可持续发展和保障国家粮食安全具有重要意义。秸秆还田的方式有全方位深松、高茬还田、粉碎还田等，分别比现行耕法产量提高8.27%、13.50%和13.59%[1]。在秸秆还田技术研究中，提出了秸秆还田方式、还田时间、还田量、碳氮比等因素会对秸秆腐解速率及养分释放产生影响[2-5]。作物还田秸秆的腐解受诸多因素的影响，不同地区不同作物种类的秸秆腐解状况差异较大。因地制宜地综合考虑不同地区、气候、土壤及人工管理条件下影响还田腐解的因素，调节秸秆腐解速率和养分释放动态，可为解决秸秆腐解问题提供理论指导。

本研究分析秸秆腐解的主要影响因素，概述秸秆还田方式及基本要素、气候条件、土壤类型、生物因素以及农业措施等对秸秆腐解速率和养分释放动态的影响，为秸秆还田理论及技术应用提供参考依据。

1 秸秆还田方式及基本要素

1.1 秸秆还田方式

秸秆还田方式影响到秸秆腐解率，常规耕作、旋耕、耙耕、翻耕和免耕相比较，免耕模式的秸秆腐解率较低。江晓东等[3]对山东龙口玉米常规耕作秸秆还田、旋耕秸秆还田、耙耕秸秆还田、免耕秸秆覆盖4种土壤耕作模式进行研究发现，玉米免耕模式的秸秆腐解率和腐解速度较低。在小麦秸秆还田中，免耕处理的秸秆分解速率低于翻耕和旋耕处理，翻耕和旋耕处理的秸秆腐解速率基本接近[4]。庞党伟等[5]提出山东省小麦秸秆还田宜采用2年旋耕1年深耕、配施纯氮225 kg/hm2的技术模式。

秸秆带膜还田时，翻压带膜还田的秸秆腐解较快，腐解率高于覆盖带膜还田。卢秉林等[6]对河西绿洲灌区秸秆还田技术进行研究发现，翻压带膜还田处理秸秆进入腐解高峰期的时间比秸秆覆盖带膜还田处理提早30 d；翻压带膜还田处理秸秆月腐解率比秸秆覆盖带膜还田处理稍高。

秸秆破碎和粉碎对养分释放的影响程度不同。徐萌等[7]提出，破碎秸秆1 800 kg/hm2处理土壤有机质含量、土壤全N含量提高最显著；粉碎秸秆1 800 kg/hm2处理土壤碱解氮含量增加最显著。

1.2 秸秆还田基本要素

1.2.1 还田深度 作物秸秆还田深度影响到作秸秆腐解率和养分释放速率。一些研究结果表明，表层覆盖还田的秸秆腐解率较低。刘世平等[8]对麦稻秸秆还田的研究发现，不同埋深0、7、14 cm对还田秸秆腐解及C/N比的影响不同，在麦田埋深14 cm的秸秆腐解速度最快，而覆盖在表层较慢。牛怡[9]研究提出，玉米秸秆翻埋还田的腐解率显著大于表面覆盖处理。秸秆深还促使土壤中有机碳含量增加，胡敏酸的结构简单化、年轻化[10]。也有研究者对黑龙江省海伦地区秸秆还田研究提出不同结果，与浅耕秸秆还田相比，深耕20～35 cm秸秆还田可以降低土壤容重增加玉米产量，但是秸秆腐解率低5.5%～10.3%[11]。

1.2.2 还田量 秸稈还田量是影响作物秸秆腐解率和养分释放动态的主要因素之一。在一定还田量范围内，秸秆腐解率及腐解速率随着还田量的增加而增加。研究者提出，土壤有机质和活性有机质质量分数随秸秆添加量的增加而显著增加[12]。对翻耕还田秸秆（生物碳）还田量和免耕覆盖秸秆（生物碳）还田量共5种还田方式的研究发现，砂质潮土免耕条件下秸秆配合生物碳还田效果最优[13]。在吉林西部干旱区秸秆还田试验中，秸秆还田量由1/2倍量逐渐增加至4倍量，研究者发现土壤全N、水解性氮、P、K、土壤有机质的含量随秸秆还田量的增加而提高[14]。辽宁西部半干旱区秸秆还田的研究发现，秸秆深还田12 000 kg/hm2用量埋入处理，可以提高土壤有机质含量[15]。耕层土壤有机质和全氮含量均随着玉米秸秆还田量的增加而提高，而硝态氮和铵态氮含量则表现为随着玉米秸秆还田量的增加而减少[16]。宁南地区秸秆还田增加了土壤活性有机碳含量，同时提高了0～20 cm土层活性有机碳比重，土壤碳矿化速率和累积矿化量随着秸秆还田量的增加而增加[17]。油菜秸秆腐解速率随秸秆还田量增加而降低，全量还田的秸秆腐解速率最低，其次为2/3量还田和1/2量还田的秸秆腐解速率，1/3量还田秸秆腐解速率最高[18]；油菜秸秆还田增加了土壤有机质含量，提高了土壤N、P、K含量。

1.2.3 还田时间 水稻、小麦、玉米、油菜和蚕豆等作物秸秆还田后，秸秆腐解速率具有早期快后期慢的特点[19]。研究发现，随玉米秸秆培养时间延长土壤有机质和活性有机质比例增加，30～45 d秸秆腐解速率较快，第45天达到最高值（45%）[12]。麦秸腐解也表现为前期较快而后期较慢，腐解20 d时完成总腐解的75%，之后进入缓慢腐解阶段[20]。油菜秸秆还田的腐解率随时间延长而逐渐增大，秸秆腐解速率早期快后期慢[18]。

1.2.4 有机物料的组成 有机物料的组成影响到秸秆腐解速率。研究指出，旱地秸秆累积腐解率表现为油菜>水稻>玉米>小麦>蚕豆的趋势，水田中秸秆累积腐解率表现为水稻>玉米>小麦>油菜>蚕豆的趋势，5种秸秆在旱地和水田中养分释放率均表现为K>P>N>C，旱地土壤中的秸秆累积腐解率和养分释放率均大于水田[19]。曹莹菲等[21]进行玉米和大豆秸秆腐解率和组分变化的研究发现，大豆秸秆腐解前期较玉米秸秆快，各处理作物秸秆的腐解率、组分比例差异明显。曹湛波等[22]研究大豆、玉米、水稻秸秆还田对土壤有机碳的影响发现，大豆秸秆还田后土壤有机碳最高，土壤碳封存能力高于玉米和水稻秸秆。

2 气候条件、土壤类型和生物因素

气候条件和土壤类型也是影响秸秆腐解和养分释放的重要因素。李昌明等[23]研究了三种不同气候带的三种土壤条件下小麦、玉米秸秆腐解过程发现，秸秆中养分释放速率快慢顺序依次为K、P和N；秸秆腐解中氮素和磷素在寒温带及红壤和潮土中的动态特征为先富集再释放，在暖温带、中亚热带以及黑土中的动态特征为直接释放。

土壤质地和土壤通气性对秸秆腐解和养分释放影响作用不同。杨军等[24]提出，土壤质地对秸秆腐解和养分释放影响作用不明显，小麦和玉米秸秆在砂、壤、黏质潮土中经过半年分解后，其分解率在不同质地土壤处理间无显著性差异。土壤通气性明显影响到秸秆的腐解速率，王景等[25]研究了在好气与厌氧培养条件下水稻秸秆和玉米秸秆的腐解动态，发现好气培养条件下水稻秸秆和玉米秸秆腐解较快，碳、氮释放速率常数较高。

不同种类的土壤生物对秸秆分解和养分释放的影响不同。添加EM菌微生物和氮肥能促进秸秆腐解，加快土壤中有机态磷的矿化，提高土壤速效磷含量[26]。影响小麦秸秆分解的生物因素按重要程度排序为蚯蚓>真菌>线虫>细菌>原生动物，蚯蚓是影响土壤有机物分解作用较大的生物种类[27]。

3 农业措施

施氮、种植绿肥、灌溉和施加秸秆腐解剂等农业人工管理措施都可以调节秸秆腐解速率，促进营养物质的释放，有利于作物高产。小麦秸秆施氮促进纤维素腐解，完成腐解进程75%所需的时间可以提前5.3 d[20]。稻油轮作秸秆还田配施化肥可以提高土壤有机碳、胡敏酸、胡敏素含量及土壤养分含量，有利于产量提高[28]。

种植绿肥也会对秸秆腐解率和养分释放产生一定的影响。徐健程等[29]对红壤旱地空闲及绿肥种植模式的玉米秸秆腐解进行研究，发现种植三种绿肥能减缓秸秆腐化和秸秆中碳和钾的释放，种植肥田萝卜能促进秸秆氮素和磷素释放。

覆膜与喷灌可以提高作物秸秆腐解率和养分释放。研究发现，覆膜与喷灌使玉米秸秆腐解率增加了2.1%～16.7%，覆膜加喷灌对玉米秸秆腐解率影响作用较明显，其次为喷灌，覆膜影响作用较小[30]。高湿条件更利于促进秸秆腐解，但导致土壤DOC含量较低，TOC的固持量也较少[31]。

秸秆腐解剂对秸秆腐解具有一定的促进作用，不同种类的腐解剂效果存在差异[9，31，32]。添加腐解剂能够促进玉米秸秆的腐解，加速秸秆中有机碳、氮、磷的释放，养分释放表现为K>P>C>N[32]。研究者提出，玉米秸秆施加腐解剂30 d后秸秆降解率可达到40.2%[33]。玉米秸秆和水稻秸秆加入腐解剂，秸秆腐解率分别提高32.36%和29.76%[34]。秸秆进行酸化或氨化处理，也可以促进秸秆腐解。玉米秸秆进行适当酸化或氨化处理，可提高累积腐解率为91.68%和89.22%[35]。

4 研究展望

1）秸秆还田技术与覆膜、滴灌等技术相结合，可以更有效地提高土壤肥力和作物产量。玉米秸秆还田与覆膜相结合可以培肥地力、改善地膜栽培和连作引起的地力下降问题[36]。膜内浅埋式滴灌和膜侧浅埋式滴灌是玉米增产较高的滴灌方式[37]。小麦地秸秆还田与滴灌施肥技术相结合可以提高土壤养分含量、提高小麦产量[38]。

2）秸秆还田新技术可以明显提高秸秆的腐解速率和养分释放速率，较迅速提高土壤肥力。中国农业科学院提出秸秆颗粒化后还田方式[39]，可以提高土壤和秸秆的混合度，有利于作物出苗，具有较好的应用前景。

3）秸秆还田作为改良土壤、培肥土壤的有效技術措施之一，还可以应用到果园管理和经济作物种植方面。梨园采用45 000 kg/hm2秸秆还田量，可以明显提高土壤有机碳和速效养分[40]。添加发酵菌曲的玉米秸秆还田可以改良植烟土壤、提高农艺性状、经济性状和品质[41]。

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