秸秆还田对我国主要粮食作物产量效应的整合（(9) - 全国流通经济杂志社投稿

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秸秆还田对我国主要粮食作物产量效应的整合（(9)

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摘要：

3.2 影响秸秆还田增产效应的因素

3.2.1 试验区域由于不同生态区域农业生产条件的差异性，农业生产呈现出明显的地域分异[49]。本研究表明，秸秆还田对总体农作物的增产率在不同试验区域内存在差异，但增产效应差异不显著。宋大利等[50]对我国农作物秸秆产量及养分含量地区分布进行了研究，结果表明西北地区的农作物秸秆资源无论是在产量方面还是在养分含量方面，在所有地区中都是最低的，东南地区（以长江中下游地区为主）的农作物秸秆产量虽然没有达到最高的产量，但秸秆养分含量却是所有地区中最高的。基于此，可以解释本研究中秸秆还田对总体农作物的增产效应在东南地区最高而在西北地区最低。

3.2.2 土壤质地及酸碱性土壤质地是土壤中各级别土粒的质量百分比，分为砂土、壤土及黏土三大类，是土壤重要的物理特性，在很大程度上支配土壤的耕作性能[22]，不同作物在不同土壤质地中表现出不同的氮代谢特征[51]，但不同土壤质地中秸秆还田增产效应的差异机理有待进一步研究。酸性土壤中秸秆还田的增产效应更高，可能是由于农作物秸秆为碱性物质，还田后降低了土壤酸性，土壤保肥能力增强[52]；而在碱性土壤中，即使耐盐性较强的作物（棉花），其产量也会降低[53]。因此，通过秸秆还田可以获得最适于农业生产的土壤酸碱性，但最适的土壤pH范围有待进一步研究。

3.2.3 种植制度土壤长期耕作会导致土壤钾素消耗，与单作相比，轮作消耗更严重，而秸秆还田可以增加土壤速效钾的含量，另外配合使用钾肥，能够缓解土壤钾素的耗竭，从而增加小麦、玉米的产量[54]。一年二熟区秸秆资源丰富，秸秆还田能增加土壤有机质，补充土壤养分，维持土壤的可持续发展，对于增产增收有一定促进作用[55-56]。不同作物熟制中秸秆还田的增产效应没有显著差异，在一年一熟制中，秸秆还田避免了作物生长发育早期受到低温胁迫的影响[57]，在一年两熟制地区具有充足的光热资源及丰富的降水量，秸秆还田也有利于农作物生长[58]。

3.2.4 耕作方式耕作是在播种前，对土壤、杂草和农作物秸秆进行的综合处理[59]。不同的耕作方式显著影响农作物秸秆在土壤中的空间分布状况[60]。适宜的耕作方式会加快秸秆的分解速率，改善土壤微生物活性，有利于发挥秸秆还田的增产作用[61]。本研究主要涉及免耕、翻耕、深耕及旋耕4种耕作方式，分析结果表明免耕或翻耕条件下秸秆还田的增产效应显著高于深耕或旋耕方式。免耕是指作物播前不用犁、耙整理土地，不清理作物残茬，直接在原茬地上播种，播后作物生育期间不使用农具进行土壤管理[62]，是保护性耕作的一种，多应用于我国西北干旱地区，保温保墒；免耕显著提高了表层土壤的有机质含量，具有防止水土流失、改善土壤物理性质、增产降水储存、保持土壤水分等优势[63-64]，秸秆还田降低了免耕对农作物的减产程度[65]，在短期内对农作物具有增产作用[66]。翻耕的耕层一般在20—30 cm[67]，翻耕秸秆还田获得的增产率最高。将农作物秸秆翻埋至20 cm土层中有助于农作物秸秆的分解，土壤中的有机质、全氮、速效氮、速效磷及速效钾含量均有所增加，且亚耕层（20—40 cm）土壤养分含量的增幅更加显著；秸秆深翻还田有效改善了对农业生产中存在的耕层浅、养分少等[68]土壤肥力退化问题，显著提高了农作物产量[69]。深耕一般耕层在30—60 cm[70]，是在不翻动上层贫瘠土壤的前提下对硬质土壤和压实土壤的破坏过程[71]，深耕秸秆还田降低了土壤容重及土壤渗透阻力，能够缓解了土壤中的水分耗竭，提高农作物的水分利用效率，但增产效应未达到显著水平[72]。旋耕的耕层一般在15—20 cm[67]，旋耕作业操作简便、作业成本低，但旋耕秸秆还田使得农作物秸秆大量聚集在土壤表面，形成了缺氧环境，在秸秆腐解时可能会产生H2S等对农作物生长有害的物质，降低了秸秆还田的增产效应[73]；同时，土壤耕层变浅、容重增加、孔隙度降低，农作物秸秆的物理阻碍导致作物出苗率低、成穗率低，引起产量下滑[74]。庞党伟等[75]在长期旋耕秸秆还田的基础上进行深耕，平衡了各土层的有效养分含量，显著改善了10—30 cm土层的微生物活性及下层土壤物理性状，促进农作物根系下扎对养分的吸收，实现了增产。

3.2.5 施肥模式农作物秸秆具有巨大的肥料替代潜力，在全部的化肥投入中，全量秸秆还田能够替代全部的钾肥投入、28.77%的磷肥投入及24.25%的氮肥投入；在有效利用的化肥中，全量秸秆还田能够替代全部的有效钾肥、有效磷肥及90%的有效氮肥，也就是说，秸秆移除在一定程度上造成了土壤养分损失[76]。本研究结果表明，不施肥或不施氮肥时能够获得较高秸秆还田增产效应，尤其是不施肥时的增产效应显著高于其他施肥方式，但整体的产量水平显著降低[77]，这与前人的整合（Meta）分析结果一致[78]。就不同的氮肥水平而言，对于养分含量充足的肥沃土壤来说，无论农作物秸秆是否还田，适度减少氮肥施用并未对土壤的化学性质及微生物群落结构产生显著影响，不会改变土壤原有的生态系统功能[79]；同时，适度减少氮肥投入在维持高产的同时显著降低了N2O等温室气体的排放量[80]。也有研究表明，随着施氮量的增加，秸秆还田的增产效应也随之增加，而氮肥偏生产力降低，这可能与秸秆还田的深度有关[81]。考虑到高施氮量时生产成本的提高以及潜在的环境污染风险，秸秆还田配施低量氮肥应该是更为合理的农业生产方式[82]。此外，秸秆还田时需要施入钾肥，以缓解土壤中钾的耗竭、提高土壤的钾肥力，维持作物高产[83]。