土壤质量及作物生长发育和产量对秸秆覆盖的响应综述
作者：无忧期刊网 来源：期刊论文 日期：2023-04-26 08:27人气：
摘 要：秸秆覆盖具有培肥土壤、节水和丰产等多种其他农业措施无法替代的经济和环境优势，是旱作农业持续稳定发展的有效措施和途径之一。为此，本文作者通过对相关资料的整理阐述了不同秸秆覆盖方式对土壤理化性状、微生态环境、土层小气候、农田杂草、土壤生物及作物生长发育和产量的影响，并指出在今后秸秆覆盖研究中应加强的领域，以期为农业生产中秸秆覆盖方式的合理运用、覆盖效益的充分发挥、耕地的可持续利用和作物产量的提高提供科学依据和理论帮助。
关键词:秸秆覆盖;覆盖方式;土壤性状;作物产量;覆盖效益;
在我国北方半干旱和干旱地区，一方面普遍存在着降水量的不足和降水的季节分布不均的问题，另一方面存在土壤的无效蒸发量较大，休闲期土壤的蒸发量可占到同期降水量的65%～85%，且在作物生长季，裸地和种植作物地的年耗水量相差不大的问题，这些不利因素在一定程度上造成我国北方农业总体生产水平偏低且产量不稳定。因此，探寻出一种有效的农业技术措施来缓解我国北方旱作农业区生产中存在的这些不利因素已成为农业生产的迫切需要。秸秆覆盖是指利用农作物的副产物（茎秆和落叶等）进行土层表面覆盖，是保护性耕作中主要的技术之一，也是近年来重点推广的一项节水丰产栽培技术措施之一，并在国内外得到了大面积的应用。
秸秆覆盖可以有效改善土壤水、肥、气、热等效应，其生态效益、经济效益和社会效益都比较高[1,2]，被认为是中国北方旱作农业持续稳定发展的有效措施和途径之一。许多研究已经证实秸秆覆盖相对于不覆盖的优势效应主要表现在2个方面[3,4,5]，一是蓄水保墒，抑制土壤水分过度蒸发，增强作物蒸腾，最终提高作物水分利用效率和产量；二是培肥地力，改善土壤生物化学特性，秸秆多年连续覆盖，可以增加土壤有机质、全磷、全氮、有效磷和有效氮的积累，并在一定程度上改善土壤肥力和质量。由于秸秆覆盖具有培肥土壤、节水丰产、保护环境等多种其他农业措施无法替代的优势效应，因此国内外专家在该领域进行了许多研究，并取得了不少有价值的研究成果。
1 秸秆覆盖对土壤质量的影响
土壤理化特性和微生态环境是土壤基础肥力和质量的重要指标，并受到多种农业生产措施的影响，其中秸秆覆盖是改善土壤理化和微生态环境常用的农业措施之一。
1.1 秸秆覆盖对土壤物理性状的影响
蔡太义等[6]研究指出秸秆覆盖可减轻雨水对土壤的直接拍打、淋洗和冲击，使表层土不被压实，也可消除因阳光持续曝晒而引起的表土龟裂，保持土壤良好的物理特性。官情等[7]的研究发现，秸秆覆盖与不覆盖（CK）相比能显著加快土壤呼吸速率，但秸秆覆盖量较高处理土壤呼吸速率在小麦拔节后一直低于秸秆低量覆盖处理，证明了在一定范围内秸秆覆盖可以明显调节土壤呼吸速率。李儒等[8]和wang等[9]的研究发现，覆盖可以明显改善麦田的蓄水保墒效果，且与不同覆盖模式间存在明显的差异。李涵等[10]的研究发现，秸秆覆盖还田后，土壤容重随秸秆覆盖量的增加而降低，0～20 cm土层土壤容重较对照（CK）降低了2.0%～5.3%；在0～40 cm土层，各覆盖处理大于0.25 mm土壤水稳性团聚体较不覆盖对照均有一定程度的提高。
范重秀等[11]的研究发现，秸秆覆盖能明显提高党参生长中后期0～20 cm土层的含水量，相比露地不覆盖和地膜露头覆盖土壤含水量分别提高3.6%和5.9%，秸秆覆盖对土壤温度的影响表现为前期降温、后期保温，较露地不覆盖温度降低1.1℃，较地膜露头覆盖降低1.0℃。张兴义等[12]的研究证实，秸秆覆盖免耕相比对照土壤容重没有显著增加，虽然0～20 cm土层总孔隙度和非毛管孔隙度有一定程度降低，但是提高了土壤毛管孔隙度和水稳性大团聚体含量。
1.2 秸秆覆盖对土壤化学性状的影响
高飞等[13]在研究中发现秸秆覆盖可以明显提高土壤总有机碳含量、土壤碳库管理指数及土壤活性有机碳。王玉坤等[14]的研究发现，秸秆连续覆盖2年，可增加0～20 cm土层土壤有机质0.14%、全氮0.02%、腐植质0.27%，连续覆盖2～3年后的土壤有机质、全氮和全磷质量分数均明显高于对照。Yin等[15]的研究表明，稻草覆盖可以明显改善土壤的化学性状，增加土壤有机质、全氮、全磷、全钾和速效钾的质量分数，且覆盖效果在一定范围内随覆盖量的增加而升高。徐法伟等[16]通过研究稻草覆盖对红壤氮素矿化后发现，稻草覆盖减少了土壤中无机态氮含量，减缓了土壤有机态氮向无机态氮的转化速率，从而在一定程度上可减少水土流失造成的养分损失。郭书亚等[17]通过连续3年田间试验研究证实，秸秆覆盖处理下土壤有机碳、易氧化有机碳和溶解性有机碳含量皆高于不覆盖处理，总体表现为深松覆盖高于深松不覆盖，免耕覆盖高于免耕不覆盖。
1.3 秸秆覆盖对土壤微生态环境的影响
明确秸秆覆盖等保护性耕作措施对土壤微生物数量和酶活性的影响对评估土壤质量具有重要的参考意义。徐国伟等[18]的研究发现，不施氮条件下秸秆还田覆盖处理相比不覆盖土壤中过氧化氢酶活性、脲酶活性和碱性磷酸酶活性分别提高了6.63%～22.84%、7.86%～28.70%和11.97%～34.09%。郭书亚等[19]的研究证实，在0～5 cm和5～10 cm土层，秸秆覆盖处理相比不覆盖处理能够显著提高土壤过氧化氢酶、碱性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶活性。林刚云等[20]研究发现，秸秆覆盖还田桑园土壤微生物生物量氮、微生物生物量碳、微生物生物量磷含量和氨肽酶、磷酸酶、β-葡糖苷酶活性均显著高于对照不覆盖，此外秸秆覆盖土壤特有细菌属有199个、特有细菌种有390个，分别是不覆盖处理特有细菌属和细菌种的3.7倍和2.5倍。陈松鹤等[21]的研究发现，秸秆覆盖处理能提高真菌群落多样性，与秸秆覆盖后的土壤有机质增加、养分含量变化、土壤温度及湿度改善等存在非常密切的联系，秸秆覆盖为真菌生长提供了良好的碳源、能量和环境，进而优化了其结构与多样性。
2 秸秆覆盖对土层小气候、杂草和生物结构的影响
秸秆覆盖地面后，不仅对土壤理化特性产生影响，而且改善了农田下垫面的性质和能量平衡,使农田土壤水、肥、气、热环境发生变化，进而对土壤耕层小气候、田间杂草、土壤生物结构和多样性产生影响。
2.1 秸秆覆盖对土层小气候的影响
土壤耕层小气候的改变主要是由于农田覆盖秸秆后，秸秆的导热率和反射率高于裸地不覆盖处理，加之粗糙度也发生了变化，从而使农田的地表热学和动力学性质产生了变化[9,22]。如蔡太义[6]在报告中指出，地表覆盖秸秆后农田的近地层气温、空气湿度和温度均发生了明显的变化，但风速的变化不明显，其中不覆盖处理在5 cm高度较覆盖气温约偏高1.3℃，但这种差异随高度的增加而减小。邓亚鹏等[23]的研究发现，秸秆覆盖相比对照可有效提高近地层土壤温度和近地层空气温度，在无外热源补给条件下，覆盖处理的湍流交换系数低于CK，而湍流热通量和潜热通量显著高于CK。
2.2 秸秆覆盖对农田杂草的影响
有关研究表明[24,25]，覆盖秸秆可抑制农田杂草，与不覆盖处理相比，可降低农田的杂草密度，其原因主要有2个方面，首先是因为覆盖产生的遮阳作用，抑制了部分喜光杂草的生长；其次是生物种间的“他感效应”，抑制了杂草的生长。如李秉华等[26]在秸秆覆盖对夏播大豆田杂草影响的研究中指出，4 500 kg/hm2的秸秆覆盖量对田间杂草有48.67%～79.90%的抑制效果，可明显减少杂草对大豆生长的影响。章伟杰等[27]的研究发现，秸秆覆盖对直播稻田杂草具有良好的防控效果，其中秸秆700 g/m2覆盖20 d后，稻田杂草株防效在90%以上，而覆盖35 d后，直播稻田杂草株防效和鲜重防效皆在95%以上。
2.3 秸秆覆盖对土壤生物的影响
在农田生态系统中，秸秆覆盖能够促进土壤动物大量繁殖，群落个体数量、类群数量增加，群落多样指数和均匀性指数增高，且在一定范围内随秸秆覆盖量的增加，土壤动物群落组成丰富度越丰富、分布越均匀[28]。有报告指出[6]，秸秆覆盖处理的土壤蚯蚓每平方米有33.5条，传统不覆盖的仅有2.5条，增加了12.4倍,且随秸秆覆盖量的递增，蚯蚓的数量也相应增加，此外覆盖2年处理的又明显高于覆盖1年的，蚯蚓数量的增加对改善土壤结构、培肥土壤具有积极作用。杨佩等[29]研究发现，玉米秸秆覆盖免耕的农田中小型土壤动物类群多样性和个体数量显著高于对照，其中全量秸秆覆盖免耕条件下螨类的数量是2 680只，是对照田土壤中螨类数量的1.3倍，其原因是秸秆覆盖能为土壤生物提供更丰富的生存条件，有效地提高了中小型土壤动物的多样性。
3 秸秆覆盖对作物生长发育的影响
秸秆覆盖能对土壤理化特性、生物学性状、田间杂草、土壤动物和农田小气候产生影响，因此势必对农作物的生长发育、农艺性状和生理特性产生一定的影响。Qin等[30]的研究发现，稻草覆盖还田不仅可以促进水稻分蘖和生长发育，而且可以提高水稻叶面积指数和叶片叶绿素含量（SPAD值），最终使地上部干物质量得到提高。唐海明等[31]研究了4种冬季覆盖作物对双季稻光合特性的影响，发现冬季覆盖作物处理能明显提高双季稻各个生长发育时期叶片的叶面积指数、叶绿素含量和净光合速率，增加稻谷产量，提高生物能、植株茎叶光能利用率和冠层光合有效辐射。吴兴等[32]通过试验证实各覆盖处理相对于不覆盖处理都显著促进了植株生长,增加结果期辣椒叶片叶绿素含量和植株总干重及各部分干重,并显著提高辣椒产量,降低耗水量。黄婷等[33]通过研究指出秸秆覆盖对小黑麦株高、植株鲜重、根长、根数有显著影响,能明显改善黑麦的生长发育状态和产量。李光等[34]的研究发现，覆盖相对于不覆盖可显著增加小麦越冬期0～20 cm土壤的蓄水量，增加越冬期小麦的株高、主茎叶龄、单株干重及倒二叶的POD、SOD活性，降低MDA含量。Sekhon等[35]在研究中指出，小麦秸秆覆盖可以改善大豆的生长发育状态，增加大豆单株根瘤重、根瘤数、叶面积指数和叶绿素含量，并最终提高大豆单株生物量和经济产量。
4 秸秆覆盖对作物产量的影响
在秸秆覆盖的增产效应研究方面，尽管由于地区、年份和覆盖量的不同，会使各试验处理的产量结果存在一定差异，但总体来看，在一定覆盖量范围内，作物产量随覆盖量的增加而呈上升趋势。但也应清楚的认识到，覆盖量少增产效果不明显，而覆盖量超过一定程度后，产量不再明显增加，甚至会造成减产，且不同的地区和土壤条件秸秆覆盖量也不同。如刘超等[36]于2007年在陕西杨凌的试验结果表明，小麦秸秆覆盖对夏玉米有一定的增产作用，覆盖量越大，增产效果越好，但覆盖量与增产效果并不始终呈正比例关系，当覆盖量达到一定程度时覆盖增产的效果将逐渐降低，并指出当地玉米的秸秆覆盖量以9 000 kg/hm2为宜。于晓蕾等[37]于2005-2006年在陕西杨凌的试验结果证实，秸秆覆盖后，回茬小麦产量以覆盖量6 000 kg/hm2的最高、9 000 kg/hm2的次之，3 000 kg/hm2的最低，分别较不覆盖麦田增产57.8%、33.4%和5.4%。
5 展望
虽然前人对秸秆覆盖的效应进行了很多研究，但多集中在不同覆盖水平对土壤理化性质、水温动态、农田小气候、生物多样性及作物生长发育、群体结构、产量和水分利用效率等方面，仍有一些领域研究相对薄弱，今后需要加强，主要体现在以下几个方面。
(1）有关秸秆覆盖对土壤微生态环境方面的研究却相对不足。由于土壤微生态环境与土壤肥力、土壤物质循环和土壤能量流动密切相关，并与作物圣战发育和产量形成密切相关，因此，今后的研究中应加强秸秆覆盖对土壤微生态环境影响的研究。
(2）由于秸秆覆盖的效果会随覆盖水平的提高而降低，且各地的生态环境条件和土壤基础肥力存在一定的差异，因此在实际农业生产中应加强对各生产地适宜秸秆覆盖量的研究，以免造成人力及资源的浪费。
(3）目前旱地作物保水覆盖措施研究多集中于单一覆盖时期下不同覆盖方式对作物产量、水分利用效率的影响，而对不同覆盖时期经济效益和环境的影响等综合效益比较研究报道相对较少，因此今后有必要加强有关秸秆覆盖对经济效益和环境效应影响方面的研究。
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