馬超，王玉寶，鄔剛，王泓，汪建飛，朱林，李佳佳，馬曉靜，柴如山?

1安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/農(nóng)田生態(tài)保育與污染防控安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，合肥 230036；2安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，合肥 230031；3安徽科技學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院，安徽鳳陽 233100；4安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，合肥 230036；5安徽省植物保護(hù)總站，合肥 230001

0 引言

秸稈直接還田具有操作簡(jiǎn)便、省工省時(shí)以及培肥土壤等諸多優(yōu)點(diǎn)。為了發(fā)展和推廣秸稈直接還田，前人圍繞秸稈還田技術(shù)、秸稈還田的培肥增產(chǎn)效應(yīng)及生態(tài)環(huán)境影響等開展了大量研究。近年來，隨著農(nóng)田環(huán)境問題（如面源污染、溫室氣體排放）日益凸顯、新興研究方法和技術(shù)（如分子生物學(xué)測(cè)試方法、核磁共振分析技術(shù)）不斷涌現(xiàn)，秸稈直接還田的研究?jī)?nèi)容也在不斷拓展與深化。安徽省糧食作物產(chǎn)量穩(wěn)居全國(guó)前列，2019年全省小麥和水稻產(chǎn)量分別居全國(guó)第3和第6位，因此農(nóng)作物秸稈資源也極為豐富。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016—2018年安徽省三大糧食作物秸稈總量超過4 000萬t。為推動(dòng)秸稈資源還田利用，一方面，安徽省人民政府出臺(tái)多項(xiàng)支持政策，提出要積極推進(jìn)秸稈還田，不斷優(yōu)化秸稈還田利用體系，并規(guī)范全省秸稈機(jī)械化還田技術(shù)路線。另一方面，農(nóng)業(yè)科技工作者也圍繞安徽省秸稈直接還田開展了大量基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)研究工作（圖1、圖2）。安徽省地處我國(guó)東部地區(qū)南北之間和東西之間過渡地帶，為暖溫帶與亞熱帶過渡地區(qū)，氣候條件分布差異明顯，耕地土壤類型多樣，且域內(nèi)多種耕作制度并存，故安徽省秸稈直接還田的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)還可供其他省份借鑒。因此，梳理安徽省過去10年的秸稈直接還田研究進(jìn)展，并在此基礎(chǔ)上總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和不足、探討未來發(fā)展方向十分必要。為此，筆者對(duì)安徽省近 10年秸稈直接還田研究報(bào)道進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，全面梳理了秸稈直接還田技術(shù)及還田效應(yīng)兩大方面的主要進(jìn)展（圖3、圖4），并對(duì)未來研究的重點(diǎn)領(lǐng)域和方向進(jìn)行了探討，以期為安徽省及相似區(qū)域的秸稈資源高效利用和農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展提供支撐。

圖1 2011—2020年安徽省秸稈還田研究發(fā)文數(shù)量Fig.1 Number of research papers on straw returning in Anhui Province from 2011 to 2020

圖2 2011—2020年CNKI和WoS中安徽省秸稈還田研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)Fig. 2 Keywords co-occurrence network of straw returning research in Anhui Province in CNKI and WoS from 2011 to 2020

圖3 近10年安徽省秸稈直接還田技術(shù)研究概況Fig.3 Schematic diagram of research on technology of direct straw return in Anhui Province over the last decade

圖4 近10年安徽省秸稈直接還田效應(yīng)研究概況Fig. 4 Schematic diagram of research on effects of direct straw return in Anhui Province over the last decade

1 秸稈直接還田技術(shù)

1.1 秸稈還田方式和還田量

秸稈還田方式的差異會(huì)顯著影響秸稈還田的效果。武際等在江淮丘陵水稻土上的研究結(jié)果顯示，秸稈還田方式對(duì)秸稈腐解的影響會(huì)隨栽培模式的變化而變化：常規(guī)栽培模式下秸稈覆蓋還田腐解速率快于秸稈土埋還田，而節(jié)水栽培模式下則相反。砂姜黑土上小麥玉米秸稈雙季還田的效果比玉米秸稈單季還田及小麥秸稈單季還田要好。值得注意的是，由于耕地方式會(huì)對(duì)秸稈還田的效果產(chǎn)生影響，因而秸稈還田和耕作方式的交互作用日益受到關(guān)注。免耕模式可以明顯改善土壤的物理性質(zhì)。旋耕對(duì)表層土壤的性質(zhì)影響相對(duì)較大，但對(duì)下層土壤的各項(xiàng)指標(biāo)影響有限，而深耕則不利于＞0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體的形成，這個(gè)問題在秸稈還田條件下有所緩解。郭靜等在皖北砂姜黑土上研究發(fā)現(xiàn)，小麥秸稈等量還田條件下，深耕還田在促進(jìn)玉米生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量形成方面的效果要優(yōu)于旋耕和免耕覆蓋。在砂姜黑土上的8年田間試驗(yàn)表明，與玉米季秸稈免耕覆蓋還田+小麥季秸稈免耕覆蓋還田相比，玉米季秸稈免耕覆蓋還田+小麥季秸稈深耕還田是更有利于增加土壤碳庫(kù)及作物周年產(chǎn)量的秸稈還田和耕作方式組合措施。2017年原農(nóng)業(yè)部辦公廳推介發(fā)布秸稈農(nóng)用十大模式，其中適用于黃淮海地區(qū)小麥-玉米輪作種植制度的為麥秸覆蓋玉米秸稈旋耕還田模式，這也是安徽省皖北地區(qū)當(dāng)前應(yīng)用較為普遍的秸稈還田配套耕作方式。在安徽省人民政府辦公廳印發(fā)的《安徽省農(nóng)作物秸稈綜合利用三年行動(dòng)計(jì)劃（2018—2020年）》中提出“有條件的地方每2—3年開展一次秸稈機(jī)械化還田后的耕地深翻作業(yè)”。在安徽鄰省河南進(jìn)行的連續(xù)6年田間定位試驗(yàn)結(jié)果表明，綜合考慮土壤性狀、作物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，深耕/旋耕/旋耕是較為適合安徽所處的黃淮海地區(qū)冬小麥-夏玉米兩熟制農(nóng)田的輪耕模式。安徽省目前在秸稈還田下輪耕模式方面的研究尚處于待起步的階段。在早、晚稻秸稈全量還田的基礎(chǔ)上，冬季種植紫云英再于盛花期翻壓還田也即水稻秸稈-紫云英協(xié)同還田與單獨(dú)秸稈還田相比，更有利于雙季稻持續(xù)性高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，同時(shí)在提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和有效磷含量方面的效果更好，在有條件的地區(qū)可以推廣應(yīng)用。

秸稈還田量是影響秸稈還田效應(yīng)的又一重要因素。武際等研究發(fā)現(xiàn)，在江淮丘陵地區(qū)適當(dāng)增加小麥秸稈還田量可以提高土壤微生物數(shù)量和酶活性以及土壤養(yǎng)分含量，但秸稈用量過高條件下細(xì)菌和放線菌數(shù)量有降低的趨勢(shì)。在皖北砂姜黑土區(qū)也有類似研究，秸稈覆蓋量過高則對(duì)土壤微生物數(shù)量和酶活性有負(fù)作用，適宜的小麥秸稈覆蓋量為 9 000—12 000 kg·hm。郭靜等的研究結(jié)果顯示，砂姜黑土地小麥秸稈還田以2/3秸稈量深耕處理的還田效果最好，其玉米出苗質(zhì)量、光合指標(biāo)、穗部性狀及產(chǎn)量等指標(biāo)均優(yōu)于其他處理。皖北砂姜黑土小麥-大豆輪作下的長(zhǎng)期秸稈還田試驗(yàn)表明，與小麥秸稈半量還田相比，麥秸全量還田在增加土壤氮磷儲(chǔ)量和速效鉀含量以及改善土壤物理性狀方面更具優(yōu)勢(shì)。除了砂姜黑土外，關(guān)于安徽省其他主要土壤類型上的秸稈還田最佳用量研究還十分少見。雖然秸稈還田量會(huì)在一定程度上影響秸稈還田的效果，但在實(shí)際生產(chǎn)中，秸稈全量還田具有更強(qiáng)的可操作性。所以在秸稈全量還田條件下探究確定化肥合理配施量及其科學(xué)運(yùn)籌技術(shù)對(duì)于培土增產(chǎn)同時(shí)兼顧環(huán)境效應(yīng)具有更重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1.2 秸稈還田下化肥施用

筆者曾對(duì)安徽省主要農(nóng)作區(qū)不同作物秸稈還田的化肥替代潛力進(jìn)行了估算，研究發(fā)現(xiàn)秸稈還田可以有效替代一定量化肥，并且秸稈還田的鉀肥替代潛力與氮磷相比較大。由于多數(shù)作物秸稈自身C/N比較高，其在土壤中被微生物分解時(shí)需要消耗周圍環(huán)境的氮素，導(dǎo)致與作物爭(zhēng)氮現(xiàn)象的發(fā)生，因而秸稈還田下氮肥配施是秸稈還田研究者關(guān)心的問題。在秸稈還田下，秸稈還田量和氮肥配施水平的具體組合可能主要是通過改變土壤氮有效性和氮供應(yīng)量進(jìn)而影響到秸稈還田的產(chǎn)量效應(yīng)。皖北砂姜黑土冬小麥-夏玉米輪作制度下的秸稈還田定位試驗(yàn)表明，玉米秸稈還田前兩年小麥產(chǎn)量下降，到第4年表現(xiàn)出增產(chǎn)效應(yīng)；與秸稈不還田條件下小麥高產(chǎn)所需的施氮量相比，玉米秸稈還田下在此基礎(chǔ)上減施氮肥可以進(jìn)一步小幅提高小麥產(chǎn)量，而在低施氮量條件下，玉米秸稈還田反而導(dǎo)致小麥產(chǎn)量下降。張雅潔等在皖西水稻土上的研究結(jié)果表明，小麥秸稈還田量6 600 kg·hm配合氮肥施用量185 kg·hm，使秸稈及氮肥的初始施入C/N比為18∶1，比氮肥施用量為230 kg·hm（C/N比12∶1）或140 kg·hm（C/N比24∶1）在提高土壤無機(jī)氮含量和水稻產(chǎn)量方面的表現(xiàn)更優(yōu)。在秸稈還田氮肥配施量一定的前提下，如何對(duì)氮肥進(jìn)行合理運(yùn)籌也關(guān)系到作物產(chǎn)量及氮肥利用率。安徽江淮丘陵白土稻區(qū)小麥秸稈還田條件下，水稻基肥-分蘗肥-穗肥施用比例為60-20-20，這種氮肥運(yùn)籌方式較 80-0-20及 40-30-30在提高土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力以及提升水稻產(chǎn)量方面更具優(yōu)勢(shì)。韓上等針對(duì)不同作物的最佳秸稈還田氮肥運(yùn)籌方案進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)水稻的最優(yōu)施氮方案是用量210 kg·hm，基肥、分蘗肥和穗肥的比例為7∶2∶1；而小麥的最優(yōu)施氮方案則是用量 240 kg·hm，基肥和拔節(jié)肥比例為8∶2，秸稈還田下氮肥適當(dāng)前移有利于獲得較高的作物產(chǎn)量和氮肥利用效率。過量施肥導(dǎo)致的養(yǎng)分資源浪費(fèi)和農(nóng)田面源污染對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了較大的負(fù)面影響，所以如何降低配施化肥用量，是秸稈還田研究的一個(gè)重要方向。馬超等研究發(fā)現(xiàn)，不論是皖北砂姜黑土還是皖西的水稻土，秸稈促腐還田后可使小麥當(dāng)季磷鉀肥用量下調(diào) 20%左右不出現(xiàn)明顯的減產(chǎn)。在巢湖地區(qū)油菜-水稻兩熟制上的研究表明，與常規(guī)施肥相比，秸稈還田+常規(guī)施肥減15%處理可以保證作物產(chǎn)量，而且隨著秸稈還田時(shí)間的延長(zhǎng)，作物產(chǎn)量還有進(jìn)一步增加的趨勢(shì)。同一區(qū)域稻麥輪作系統(tǒng)下的秸稈還田試驗(yàn)顯示，小麥秸稈還田條件下鉀肥減量 20%—30%對(duì)水稻產(chǎn)量沒有明顯影響。然而，由于安徽省土壤類型和輪作制度具有多樣化的特征，土壤肥力高低也是秸稈還田下化肥配施需要考慮在內(nèi)的一個(gè)重要因素，而目前相關(guān)研究的覆蓋面相對(duì)有限。所以，今后一段時(shí)間安徽省不同作物生產(chǎn)系統(tǒng)中秸稈還田下的化肥合理配施仍需要進(jìn)行更為系統(tǒng)的研究。總的來說，秸稈還田條件下，在氮肥管理方面可以進(jìn)行總量控制并基于土壤肥力狀況合理減施，在土壤自身氮供應(yīng)能力較為有限的情況下，要適當(dāng)提高氮肥基肥施用比例，通過氮肥的后肥前移降低還田秸稈和氮肥的初始施入C/N比，緩解前期可能出現(xiàn)的土壤氮有效性下降的問題，實(shí)現(xiàn)作物穩(wěn)產(chǎn)及增產(chǎn)，提升秸稈還田效果。隨著秸稈還田時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤肥力會(huì)逐步得到提升，在此基礎(chǔ)上可進(jìn)一步通過相關(guān)試驗(yàn)探究并確定適宜且可持續(xù)的減氮量。與氮素相比，農(nóng)田鉀損失途徑相對(duì)較少，或可從保持農(nóng)田鉀素輸入輸出平衡角度考慮，基于還田秸稈鉀養(yǎng)分?jǐn)y入量與作物籽粒鉀攜出量等主要因素大致推算出鉀肥需求量，再根據(jù)具體實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

1.3 秸稈還田下腐稈劑配施

為緩解秸稈還田腐解慢造成的不良影響，腐稈劑近來被應(yīng)用于加速還田秸稈降解，安徽省關(guān)于秸稈配施腐稈劑還田的研究也在不斷發(fā)展。早期馬超等在皖西（水稻小麥輪作）和皖北（小麥玉米輪作）兩地布設(shè)的秸稈還田試驗(yàn)表明，添加腐稈劑的秸稈促腐還田方式在皖西水稻土上有提高土壤肥力和作物當(dāng)季產(chǎn)量的效果，而其在皖北砂姜黑土上的應(yīng)用效果則不太理想。這說明只有在品種選擇恰當(dāng)?shù)臈l件下，腐稈劑才有可能發(fā)揮出比較好的作用。秸稈還田下所添加腐稈劑品種需要結(jié)合地區(qū)土壤環(huán)境、氣候特點(diǎn)等進(jìn)行篩選。再者，農(nóng)業(yè)管理措施也會(huì)影響腐稈劑對(duì)秸稈還田效果的優(yōu)化。比如，在沿淮地區(qū)稻田氮基肥用量會(huì)顯著影響腐稈劑的促腐速率，小麥秸稈還田配施氮基肥使初始C/N比為18∶1的情況下腐稈劑的促腐效果最顯著。值得一提的是，楊欣潤(rùn)等通過整合分析方法，系統(tǒng)分析了腐稈劑的田間應(yīng)用研究，并指出施用腐稈劑與不施腐稈劑相比總體上可有效促進(jìn)還田秸稈的降解和作物產(chǎn)量的提升，但在溫帶大陸性氣候地區(qū)，秸稈還田初始C/N比≤15以及土壤為中性時(shí)，腐稈劑的促腐效應(yīng)卻不顯著，同時(shí)在土壤為中性時(shí)腐稈劑的增產(chǎn)作用也不穩(wěn)定。由此，通過在安徽省主要土壤類型中篩選土著秸稈降解菌并配以恰當(dāng)?shù)膽?yīng)用技術(shù)或可提升安徽省腐稈劑的田間應(yīng)用效果，助力秸稈還田高效利用。在秸稈降解菌篩選方面，朱林課題組先后在砂姜黑土和黃棕壤上篩選并鑒定了近百株可降解秸稈纖維素/木質(zhì)素的細(xì)菌和真菌。在腐稈劑應(yīng)用技術(shù)方面，桂召貴等和馬超等分別制定了針對(duì)腐稈劑用于稻秸和麥秸田間促腐的《早稻秸稈全量旋耕促腐還田技術(shù)規(guī)程》和《麥秸粉碎旋翻促腐還田技術(shù)規(guī)程》。然而，考慮到安徽省土壤類型多樣、種植模式復(fù)雜以及作物種類豐富，關(guān)于秸稈降解菌篩選及其配套應(yīng)用技術(shù)的研究仍需要不斷補(bǔ)充完善。李曉韋等發(fā)現(xiàn)在皖西地區(qū)水稻土上尿素、尿素硝酸銨和石灰氮3種形態(tài)氮素中以尿素硝酸銨對(duì)還田油菜秸稈腐解的促進(jìn)效果最為顯著，明顯提高了秸稈累積腐解率及氮磷累積釋放率。石琳等通過堆腐試驗(yàn)比較了碳酸氫銨、硫酸銨、硝酸鈣、尿素和谷氨酸對(duì)玉米秸稈腐解的影響，結(jié)果表明谷氨酸和硫酸銨的促腐效果相對(duì)較好。這些研究的結(jié)果對(duì)于還田秸稈促腐具有一定的借鑒和啟發(fā)作用。

2 秸稈直接還田效應(yīng)

2.1 秸稈還田對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

安徽省關(guān)于土壤物理性狀對(duì)秸稈還田的響應(yīng)研究主要聚焦兩種中低產(chǎn)田土壤：江淮地區(qū)的白土以及淮北地區(qū)的砂姜黑土。相關(guān)研究涉及的主要土壤物理性質(zhì)指標(biāo)有土壤容重、孔隙度、田間持水量以及團(tuán)聚體組成和穩(wěn)定性等。在白土上的研究表明，秸稈直接還田能降低白土耕作層過高的容重，增加土壤的孔隙度和通透性，還可提高團(tuán)聚體質(zhì)量，從而有效改善白土的不良物理性狀。在砂姜黑土上的秸稈還田試驗(yàn)也得到了類似的結(jié)果：秸稈與無機(jī)肥料配合施用能降低砂姜黑土耕層土壤容重，增加土壤總孔隙度和毛管孔隙度，具有疏松土壤的作用；在旋耕或深耕方式下，秸稈還田增加了＞0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體的質(zhì)量百分比，有利于土壤形成較好的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。此外，秸稈還田可增加土壤水分穩(wěn)定入滲速率和累積入滲量，提高土壤水分最大有效庫(kù)容、增強(qiáng)土壤蓄水能力，有助于緩解砂姜黑土持水能力弱這個(gè)障礙因子。王擎運(yùn)等指出長(zhǎng)期秸稈還田通過減緩結(jié)構(gòu)段（大孔隙）和滯后段（毛管孔隙）土體的收縮，提升土壤水養(yǎng)庫(kù)容，實(shí)現(xiàn)了砂姜黑土土體易于脹縮屬性障礙因子的消減。然而，安徽省秸稈還田對(duì)土壤物理性質(zhì)影響研究的廣度和深度仍待加強(qiáng)，今后需關(guān)注更多土壤類型以及運(yùn)用最新技術(shù)方法（計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)、示蹤技術(shù)等）進(jìn)行土壤孔隙結(jié)構(gòu)的定量研究、解析土壤團(tuán)聚體周轉(zhuǎn)路徑及周期。

秸稈還田除了能改善土壤物理性狀外，還會(huì)對(duì)土壤養(yǎng)分元素含量等產(chǎn)生重要影響。前人研究表明，秸稈還田在短期內(nèi)就可提高土壤中有效養(yǎng)分如堿解氮、有效磷和速效鉀的含量。在皖中黃褐土上連續(xù)秸稈覆蓋還田可以顯著提高水稻和小麥成熟期土壤中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量，并且隨著秸稈還田年限的延長(zhǎng)，土壤中無機(jī)氮含量的增幅也隨之增加；而需要注意的是，秸稈還田實(shí)施第一年水稻季分蘗期0—15 cm土層硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量下降。張雅潔等在皖西水稻土上的試驗(yàn)顯示，秸稈還田不施肥較不還田不施肥處理土壤全氮含量會(huì)提升，而無機(jī)氮（硝態(tài)氮）的含量卻下降了。陳曦等在皖北砂姜黑土上開展的研究也得到了類似的結(jié)果。在秸稈還田對(duì)土壤磷有效性的影響方面，相關(guān)研究得出的結(jié)果存在差異。有些研究的結(jié)果顯示，秸稈還田當(dāng)季或短期內(nèi)可明顯提高土壤有效磷含量；但也有研究表明，早、晚稻秸稈全量還田 3年對(duì)土壤有效磷含量的提升效果十分有限。韓上等在皖北砂姜黑土冬小麥-夏玉米輪作制度下研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田4年對(duì)土壤有效磷含量的影響較小。靳玉婷等在巢湖流域水稻-油菜輪作模式上的試驗(yàn)結(jié)果顯示，秸稈連續(xù)4年還田后水稻季土壤全磷含量顯著增加，油菜季土壤全磷含量增加不顯著。對(duì)皖北砂姜黑土秸稈還田定位試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，冬小麥-夏大豆輪作系統(tǒng)下小麥秸稈長(zhǎng)期還田顯著提高了土壤全磷含量，但秸稈還田對(duì)土壤速效磷的含量影響不明顯。土壤速效鉀含量變化對(duì)秸稈還田的響應(yīng)一般比較迅速，這是由于秸稈中鉀含量高，秸稈還田對(duì)土壤鉀輸入的貢獻(xiàn)較大。目前安徽省關(guān)于秸稈還田后土壤中微量元素含量和形態(tài)變化方面的報(bào)道還比較少見，僅有巢湖流域秸稈還田定位試驗(yàn)的結(jié)果表明，小麥秸稈覆蓋還田配合氮磷肥減量可增加土壤有效鋅和有效鐵含量。

2.2 秸稈還田對(duì)土壤有機(jī)碳的影響

一般來看，秸稈還田3—4年左右其在提升土壤有機(jī)質(zhì)含量方面的效果就開始顯現(xiàn)。與秸稈不還田免耕處理措施相比，玉米季秸稈免耕覆蓋還田加小麥季秸稈深耕還田能夠提高砂姜黑土 0—30 cm土層總有機(jī)碳、顆粒態(tài)碳、微生物量碳及易氧化態(tài)碳等組分含量。白土上的秸稈還田試驗(yàn)同樣表明，相對(duì)于單施化肥，化肥配合秸稈還田可增加表層土壤總有機(jī)碳、水溶性有機(jī)碳、易氧化有機(jī)碳和顆粒有機(jī)碳含量。在白土稻區(qū)進(jìn)行的研究表明，秸稈還田提高了土壤總有機(jī)碳、胡敏酸、胡敏素和水溶性物質(zhì)碳含量，而對(duì)富里酸碳含量影響不明顯，短期秸稈還田條件下土壤的腐殖化程度有升高的趨勢(shì)。韓上等在皖北砂姜黑土上的試驗(yàn)結(jié)果表明，無論是在旋耕還是在深耕條件下，秸稈還田都增加了0—10 cm土層總有機(jī)碳、水溶性有機(jī)碳、胡敏酸、富里酸和胡敏素的含量以及胡敏酸和富里酸的比值，有利于提高土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性及腐殖質(zhì)品質(zhì)。張雅潔等在皖西水稻土上的試驗(yàn)結(jié)果顯示，秸稈還田下土壤有機(jī)質(zhì)的H/C比值下降，土壤有機(jī)質(zhì)中脂肪族結(jié)構(gòu)增加，芳香性增強(qiáng)，結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定。陳曦等在皖北砂姜黑土小麥玉米輪作系統(tǒng)上的研究也發(fā)現(xiàn)，秸稈還田提高了土壤有機(jī)質(zhì)中酚基、羥基、羧基、芳香碳和酰胺含量，而且雙季秸稈還田的效果最為顯著。利用系列高級(jí)固相核磁共振技術(shù)（C CP/TOSS、C DP/MAS等），郜紅建課題組對(duì)秸稈還田過程中作物秸稈和土壤有機(jī)質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)變化以及氮肥用量對(duì)上述兩個(gè)方面的影響等進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。在秸稈還田降解過程方面，GAO等發(fā)現(xiàn)麥秸進(jìn)入土壤后秸稈殘余物中 Alkyl C和Aromatic C相對(duì)含量呈增加趨勢(shì)，而 O-alkyl C和Anomeric C相對(duì)含量則呈降低趨勢(shì)，并且指出淹水會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)上述結(jié)果。CHEN等進(jìn)一步指出秸稈進(jìn)入土壤后在氧氣充足條件下最終可能會(huì)形成稠環(huán)芳烴，為土壤非燃燒來源稠環(huán)芳烴的形成方式提供了新的思路。最近，CHEN等通過二維N-C異核單量子相干（N-C HSQC）技術(shù)對(duì)秸稈降解過程中如何與氮肥結(jié)合的問題進(jìn)行探究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)好氣條件下氮肥結(jié)合量會(huì)顯著高于厭氧條件下的，且二者產(chǎn)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)也存在明顯不同。在秸稈還田調(diào)控土壤有機(jī)質(zhì)方面，CHEN等通過田間定位試驗(yàn)探究了秸稈還田改善土壤有機(jī)質(zhì)的效果及其對(duì)不同類型秸稈的響應(yīng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同種類秸稈還田對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)影響差異顯著，與小麥秸稈相比玉米秸稈還田有助于提高土壤有機(jī)質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性。CHEN等進(jìn)一步研究了水分管理對(duì)秸稈還田后土壤有機(jī)質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響，得出淹水環(huán)境較好氣條件更加有利于秸稈碳向土壤中穩(wěn)定態(tài)有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化。為了探明氮肥用量對(duì)秸稈還田改善土壤有機(jī)質(zhì)效果的影響，CHEN等對(duì)皖西水稻土上長(zhǎng)期定位試驗(yàn)的土壤有機(jī)質(zhì)進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)土壤有機(jī)質(zhì)中穩(wěn)定態(tài)組分相對(duì)含量會(huì)隨著氮肥用量的增加而增加。

2.3 秸稈還田對(duì)土壤微生物的影響

土壤生物驅(qū)動(dòng)著生態(tài)系統(tǒng)的元素循環(huán)和物質(zhì)轉(zhuǎn)化，但由于其自身的復(fù)雜性以及相應(yīng)檢測(cè)技術(shù)發(fā)展滯后，人們對(duì)土壤生物性狀的探索一直受限。隨著分子生物學(xué)技術(shù)等的不斷發(fā)展，土壤生物如何響應(yīng)秸稈還田的問題逐漸成為研究熱點(diǎn)。在此背景下，安徽省有關(guān)秸稈還田對(duì)土壤微生物影響研究也得以快速發(fā)展。一方面，土壤生物性狀方面的研究深度逐漸遞進(jìn)。朱林課題組對(duì)秸稈還田下土壤微生物生物量、細(xì)菌群落組成和多樣性等變化情況進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。褚海燕課題組不僅對(duì)土壤細(xì)菌群落進(jìn)行了研究，還開始關(guān)注氮循環(huán)相關(guān)基因，并且揭示了秸稈還田調(diào)控菌群組成和功能變化的機(jī)制。另一方面，土壤生物性狀研究方面的相關(guān)指標(biāo)不斷豐富。學(xué)者們前期主要探究秸稈還田對(duì)三大類群菌數(shù)量和酶活性的影響。朱敏等開始利用熒光實(shí)時(shí)定量PCR技術(shù)探討真核微生物、古菌、氨氧化細(xì)菌和氨氧化古菌數(shù)量對(duì)秸稈還田的響應(yīng)。隨后，磷脂脂肪酸分析技術(shù)、變性梯度凝膠電泳技術(shù)和高通量測(cè)序技術(shù)等被廣泛應(yīng)用，從而使得土壤細(xì)菌和真菌多樣性以及革蘭氏陰陽性細(xì)菌等對(duì)秸稈還田的響應(yīng)也逐漸被探究。值得注意的是，秸稈還田對(duì)土壤微生物特別是細(xì)菌和真菌多樣性的影響在不同試驗(yàn)條件下存在差異。例如，王伏偉等發(fā)現(xiàn)砂姜黑土小麥玉米輪作不施肥情況下小麥秸稈還田能夠顯著提高土壤細(xì)菌多樣性；而農(nóng)業(yè)農(nóng)村部蒙城砂姜黑土生態(tài)環(huán)境站內(nèi)的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)結(jié)果顯示，砂姜黑土小麥-大豆長(zhǎng)期輪作下麥秸還田未能緩解化肥施用導(dǎo)致的土壤細(xì)菌多樣性下降，秸稈配施化肥處理與單施化肥相比進(jìn)一步降低了叢枝菌根真菌群落多樣性；靳玉婷等在巢湖地區(qū)水稻-油菜輪作農(nóng)田上進(jìn)行的研究顯示：秸稈還田配施化肥可增加水稻季土壤細(xì)菌和真菌群落豐富度和多樣性以及油菜季土壤真菌群落豐富度和多樣性，而降低了油菜季土壤細(xì)菌群落豐富度和多樣性。在安徽淮河流域地區(qū)開展的試驗(yàn)表明，不同方式的秸稈還田均可增加土壤線蟲的種類和數(shù)量，從而提高土壤的抗干擾能力和土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當(dāng)前安徽省關(guān)于秸稈還田對(duì)土壤生物性狀的影響主要集中在土壤微生物和酶活性方面，對(duì)于土壤中其他生物（如蚯蚓和原生動(dòng)物）的研究還鮮有報(bào)道，并且基于基因和轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)的研究報(bào)道也未見發(fā)表。由此，今后不僅要加強(qiáng)對(duì)新對(duì)象的研究，還需借助新技術(shù)深入探究秸稈還田調(diào)控土壤生物性狀的機(jī)制，明確調(diào)控秸稈還田-土壤生物之間耦合關(guān)系的關(guān)鍵因子。

2.4 秸稈還田對(duì)作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響

秸稈還田對(duì)作物生長(zhǎng)的影響主要取決于還田年限和化肥配施狀況。倘若還田時(shí)間較短且化肥配施不合理，其將降低整地和播種質(zhì)量，妨礙作物出苗、立苗、全苗等；同時(shí)，秸稈腐解引起的土壤有效氮素固定可能會(huì)造成后茬作物生長(zhǎng)初期缺氮，進(jìn)而抑制作物苗期的生長(zhǎng)發(fā)育；此外，小麥秸稈全量還稻田厭氧分解釋放的低分子量有機(jī)酸、硫化物等還可能會(huì)抑制水稻根系的生長(zhǎng)，延緩水稻活棵立苗，抑制前期分蘗和延緩葉齡進(jìn)程。而隨著秸稈還田年限的延長(zhǎng)，秸稈還田對(duì)作物苗期生長(zhǎng)的不良影響會(huì)逐步減弱，其促生增產(chǎn)效應(yīng)會(huì)逐漸顯現(xiàn)。例如，沈?qū)W善等在淮北砂姜黑土區(qū)進(jìn)行的3年試驗(yàn)結(jié)果顯示，玉米秸稈還田可增加小麥的出苗數(shù)、出苗率和出苗均勻度，形成高產(chǎn)群體；小麥、玉米秸稈同時(shí)還田效果更佳，不僅對(duì)小麥單株幼苗素質(zhì)有明顯的改善作用，還可以提高葉片光合性能及群體的光合生產(chǎn)效率。在淤土上，張奎等研究發(fā)現(xiàn)玉米秸稈還田有助于提高小麥旗葉葉綠素含量及開花期旗葉凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率，并降低胞間CO濃度和丙二醛積累量，延緩小麥旗葉衰老并延長(zhǎng)籽粒灌漿期，進(jìn)而提高小麥的穗數(shù)、穗粒數(shù)等產(chǎn)量構(gòu)成因素。在砂姜黑土上開展的研究表明，小麥玉米秸稈連續(xù)全量還田可以降低夏玉米的根倒率和莖折率，提高小麥不同小穗位的結(jié)實(shí)粒數(shù)和粒重，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量提升。值得注意的是，秸稈還田除了會(huì)直接影響作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量形成外，還會(huì)影響作物的水肥利用率及病蟲草害發(fā)生率。玉米秸稈還田可增加土壤表層孔隙度以及土壤水入滲量，提高土壤水的有效性，進(jìn)而提高小麥水分利用效率。此外，在不同類型土壤及輪作制度上的定位試驗(yàn)均表明，秸稈還田可提高氮素農(nóng)學(xué)效率及氮肥利用率。與在水肥利用率上的正向效應(yīng)不同，秸稈還田對(duì)作物病蟲害的影響則是負(fù)向的。秸稈還田會(huì)造成病菌源和蟲卵隨秸稈在土壤中積累，且因?yàn)楸?、保墑而加速病蟲繁殖，進(jìn)而加重病害尤其是土傳病害的發(fā)生。在砂姜黑土上小麥-玉米輪作制度下的4年連續(xù)定位試驗(yàn)表明，秸稈還田在一定程度上提高了小麥赤霉病的病穗率及病情指數(shù)。至于農(nóng)田草害對(duì)秸稈還田的響應(yīng)，目前省內(nèi)僅張震等研究并指出秸稈還田會(huì)有效降低田間雜草群落密度。今后應(yīng)進(jìn)一步探明秸稈還田條件下病蟲草害的發(fā)生發(fā)展規(guī)律，盡量做到早防早治，將其對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不良影響降低到最小限度。

盡管秸稈還田會(huì)導(dǎo)致作物病蟲害發(fā)生加重，對(duì)作物產(chǎn)量有一定的消極影響，但絕大多數(shù)研究仍支持秸稈還田的增產(chǎn)效應(yīng)。皖北砂姜黑土上連續(xù)4年的小麥-玉米連作定位試驗(yàn)顯示，秸稈還田可以增加作物產(chǎn)量。江淮丘陵地區(qū)低產(chǎn)白土型水稻土上的4年定位試驗(yàn)也顯示秸稈還田能明顯提高水稻籽粒產(chǎn)量。另外需要注意的是，秸稈還田時(shí)要配套適宜的耕作方式才能進(jìn)一步發(fā)揮其積極效應(yīng)。如在耕層薄化處理的砂姜黑土小麥-玉米輪作區(qū)，秸稈還田配合深耕或者旋耕均能顯著提高作物產(chǎn)量，而秸稈還田配合深耕更有利于合理耕層構(gòu)建。由于作物秸稈中蘊(yùn)含較為豐富的氮磷鉀等養(yǎng)分元素，在一定條件下，秸稈還田配合化肥適當(dāng)減量依然能保證作物高產(chǎn)甚至增產(chǎn)。除產(chǎn)量外，相關(guān)研究開始關(guān)注秸稈還田對(duì)作物品質(zhì)的影響。砂姜黑土區(qū)小麥玉米秸稈雙季還田不僅能顯著提高玉米籽粒油分含量，還可提高籽粒蛋白質(zhì)及淀粉的含量。與秸稈不還田處理相比，玉米秸稈還田當(dāng)季顯著提高了小麥的籽粒品質(zhì)性狀，小麥籽粒的蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、Zenely沉降值和硬度均有不同程度的增加。不過，喬玉強(qiáng)等的4年田間定位試驗(yàn)結(jié)果卻指出秸稈還田對(duì)皖麥 52籽粒品質(zhì)的影響并不顯著?？傊?，當(dāng)前安徽省秸稈還田與作物產(chǎn)量關(guān)系已初步明確：在良好的田間管理?xiàng)l件下，配套合適的肥料運(yùn)籌技術(shù)及耕作方式，秸稈還田可實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)，而且隨著還田年限的延長(zhǎng)，增產(chǎn)效應(yīng)日趨明顯；但是關(guān)于作物品質(zhì)等對(duì)秸稈還田的響應(yīng)規(guī)律尚未探明，有待進(jìn)一步研究完善。

2.5 秸稈還田的環(huán)境效應(yīng)

土壤氮磷會(huì)隨農(nóng)田徑流、淋溶等轉(zhuǎn)移至周圍水體，造成養(yǎng)分流失和面源污染。巢湖支流南淝河流域的定位觀測(cè)試驗(yàn)顯示，水稻秸稈還田后小麥季徑流量和泥沙量分別減少了 20%和 30%，顆粒態(tài)磷濃度降低了13%，秸稈還田可分別減少?gòu)搅饕嚎偟涂偭琢魇Я?4%和 20%。在水稻季秸稈還田可顯著降低稻田氮素流失關(guān)鍵時(shí)期田面水中總氮、溶解態(tài)氮和銨態(tài)氮濃度，有助于實(shí)現(xiàn)從源頭控制農(nóng)田養(yǎng)分流失。巢湖市烔煬鎮(zhèn)的油菜-水稻試驗(yàn)也顯示，秸稈還田可降低農(nóng)田徑流量以及徑流中總氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮濃度，但秸稈還田會(huì)增加徑流中總磷濃度；此外，水稻秸稈還田會(huì)造成油菜季農(nóng)田徑流化學(xué)需氧量（COD）排放量增加，如配合常規(guī)施肥減量15%則有所緩解。氮素除通過農(nóng)田徑流和淋溶損失外，還可以通過氨揮發(fā)形式轉(zhuǎn)移到大氣中，影響空氣質(zhì)量。朱小紅等對(duì)巢湖流域稻麥輪作體系稻季氨揮發(fā)情況進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田配合優(yōu)化施肥減氮30%減磷50%處理在水稻不同生育時(shí)期的氨揮發(fā)量及稻季累積氨揮發(fā)量均低于優(yōu)化施肥、優(yōu)化施肥減氮30%和優(yōu)化施肥減磷50%這3個(gè)處理。而HE等在研究皖北小麥玉米輪作體系氨排放特征時(shí)卻發(fā)現(xiàn)，秸稈還田對(duì)農(nóng)田氨排放過程產(chǎn)生了較大的影響，秸稈還田一個(gè)多月后氨排放量明顯上升，由于受到溫度的影響，小麥秸稈還田在促進(jìn)氨排放方面的效應(yīng)較強(qiáng)，玉米秸稈相對(duì)較弱。由上，關(guān)于秸稈還田后氨揮發(fā)的變化趨勢(shì)還有待進(jìn)一步在省內(nèi)更多區(qū)域進(jìn)行研究。在全球氣候變暖的背景下，各國(guó)紛紛登上碳中和號(hào)的列車。農(nóng)田作為溫室氣體的重要排放源之一，如何通過合理的農(nóng)藝措施有效控制農(nóng)田溫室氣體排放備受矚目。秸稈直接還田是否影響農(nóng)田溫室氣體的排放是當(dāng)下該領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。相關(guān)研究表明，在巢湖流域圩區(qū)，NO是稻麥輪作下小麥季土壤排放的主要溫室氣體，水稻秸稈粉碎翻埋還田可以有效降低麥田NO單位產(chǎn)量排放量。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，各種化學(xué)品在農(nóng)田中大量投入，導(dǎo)致農(nóng)田環(huán)境形勢(shì)嚴(yán)峻。由此，秸稈還田后土壤污染變化動(dòng)態(tài)也逐漸受到農(nóng)業(yè)科技工作者的關(guān)注。黃界潁等通過盆栽試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，小麥秸稈還田可提高水稻根系細(xì)胞壁固定及液泡區(qū)隔化作用，顯著降低水稻中Cd向地上的轉(zhuǎn)運(yùn)能力以及水稻稻谷中 Cd含量。然而，在大田生產(chǎn)條件下秸稈還田對(duì)輕度污染土壤上作物安全生產(chǎn)的影響還需進(jìn)一步探究。

3 展望

過去10年，農(nóng)業(yè)科技工作者在安徽省秸稈直接還田方面開展了大量研究且成果頗豐：不僅厘清了秸稈還田條件下的化肥、腐稈劑配施方案，還明確了部分區(qū)域的秸稈最適還田方式和最佳還田量等；此外，秸稈還田后土壤理化和生物學(xué)性狀變化及其對(duì)作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量的影響已基本探明；病蟲草害狀況以及農(nóng)田面源污染和溫室氣體排放程度等對(duì)秸稈直接還田的響應(yīng)也得到了初步解析。然而，想要進(jìn)一步提高秸稈還田利用率，為農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展提供有力支撐，今后安徽省秸稈直接還田研究還需在下述幾方面有所推進(jìn)。

（1）補(bǔ)齊區(qū)域短板，加強(qiáng)皖南地區(qū)的秸稈直接還田研究。目前安徽省秸稈直接還田研究試驗(yàn)點(diǎn)多分布于皖北和皖中，皖西和皖南地區(qū)在秸稈直接還田研究方面相對(duì)欠缺。

（2）拓展研究?jī)?nèi)容，加強(qiáng)秸稈直接還田對(duì)土壤生物影響及還田的環(huán)境效應(yīng)等方面的研究。當(dāng)前，安徽省秸稈直接還田對(duì)土壤動(dòng)物的影響鮮見報(bào)道，對(duì)溫室氣體排放和重金屬/有機(jī)物等污染影響的研究較少見。

（3）關(guān)注系統(tǒng)整體，著手探究秸稈直接還田對(duì)作物-土壤-農(nóng)田環(huán)境系統(tǒng)的影響。作物-土壤-農(nóng)田環(huán)境是個(gè)有機(jī)整體，單從某一方面開展研究難以綜合評(píng)價(jià)秸稈直接還田技術(shù)的優(yōu)劣，今后應(yīng)加強(qiáng)系統(tǒng)性評(píng)估。

（4）深化機(jī)理探究，注重揭示秸稈直接還田效應(yīng)的內(nèi)在機(jī)理。當(dāng)前秸稈直接還田效應(yīng)研究大多停留在現(xiàn)象層面，甚至是某個(gè)階段的現(xiàn)象，對(duì)秸稈還田影響的動(dòng)態(tài)規(guī)律、內(nèi)在過程和作用機(jī)制的解析仍較為薄弱。

致謝：衷心感謝安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)李暉老師和安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院韓上老師在論文撰寫過程中給予的寶貴建議！