吳玉德 張旭 關(guān)法春 吳恒梅 翟登攀 李春豐 許龍 鄒玉

摘要：秸稈還田是將農(nóng)業(yè)廢棄秸稈進(jìn)行資源再利用的一種環(huán)保方式，東北地區(qū)水稻秸稈數(shù)量龐大，冬季氣溫較低，秸稈腐解效果不佳，且秸稈利用率不高。為此，本文從水稻秸稈還田技術(shù)，傳統(tǒng)秸稈還田方式對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境的影響，以及秸稈還田配施低溫菌劑對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境的影響3個(gè)方面進(jìn)行闡述和討論?？傮w而言，水稻秸稈還田具有培肥地力、減輕化肥對(duì)土壤污染、退化的作用。由于寒地實(shí)行的秸稈還田技術(shù)和土壤條件的不同，致使還田效果不一。因此，在實(shí)際作業(yè)中對(duì)不同還田條件應(yīng)用配套的治理方案，及時(shí)改良和調(diào)整技術(shù)方法，以期推廣秸稈還田技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，為今后寒地水稻秸稈還田技術(shù)發(fā)展提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：秸稈還田；水稻秸稈；寒地；土壤生態(tài)環(huán)境；研究進(jìn)展

中圖分類號(hào)：S181 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2023）15-0001-07

基金項(xiàng)目：黑龍江省教育廳基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目（編號(hào)：2020-KYYWF-0233、2019-KYYWF-1403）。

作者簡介：吳玉德（1975—），男，黑龍江佳木斯人，碩士，副教授，研究方向?yàn)樯飳W(xué)。E-mail：1409193990@qq.com。

通信作者：鄒 玉，碩士，助理實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)樯飳W(xué)。E-mail：55354323@qq.com。

水稻是我國主要的糧食作物，播種面積巨大，占我國糧食總產(chǎn)量的31.17%。隨著我國水稻育種水平和栽培技術(shù)的提高，稻谷的總產(chǎn)量呈整體遞增趨勢，水稻秸稈的產(chǎn)量也隨之增加，年產(chǎn)量達(dá) 22 706.9萬t［1］。面對(duì)水稻秸稈的大量殘余，種植戶往往處理不當(dāng)，為節(jié)省耕地時(shí)間，一般會(huì)采用就地焚燒的處理方式，其釋放的CO2和CH4氣體對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利影響，是造成農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境污染的主要因素之一。水稻秸稈處理不當(dāng)會(huì)嚴(yán)重影響土壤生態(tài)環(huán)境，長期研究表明，水稻秸稈還田可有效解決此類問題［2-6］。

土壤是生物的棲息地，土壤生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量直接影響農(nóng)田的生產(chǎn)力。我國是農(nóng)業(yè)大國，為維持農(nóng)作物保質(zhì)保量的生產(chǎn)狀態(tài)，堅(jiān)決維護(hù)土壤環(huán)境質(zhì)量是必不可少的［7］。結(jié)合國內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田對(duì)土壤資源保護(hù)有很大幫助。秸稈還田可提高土壤肥力，增加土壤微生物活性和數(shù)量，改善土壤細(xì)菌、真菌群落組成，保持土壤養(yǎng)分平衡，可有效減緩化肥對(duì)土壤的有害影響，有利于減少化肥施用量和田間殘留污染物的含量，在防止秸稈二次污染方面發(fā)揮著非常重要的作用［8-9］。秸稈還田還可影響土壤生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，土壤生態(tài)環(huán)境則主要與土壤理化性質(zhì)和土壤生物學(xué)性質(zhì)等密切相關(guān)［1-2，8］。

東北作為我國糧食主產(chǎn)區(qū)，秸稈資源豐富［10］。但寒地獨(dú)特的氣候，使得還田后的秸稈腐解速度緩慢，秸稈還田效果不佳。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中探討低溫條件下提高秸稈還田效率，是解決寒地水稻秸稈還田的關(guān)鍵問題。相關(guān)研究提出，在秸稈還田中添加低溫生物菌劑來提高寒地秸稈腐解速率，在實(shí)際作業(yè)中采取相應(yīng)的治理方案和技術(shù)方法均可提高還田效果［11-13］。在此背景下，本文結(jié)合國內(nèi)外最新研究進(jìn)展，從寒地水稻傳統(tǒng)秸稈還田和秸稈還田配施低溫菌劑方式對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境的影響進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)寒地水稻秸稈還田的主要問題提出建議，以期為寒地水稻秸稈還田提供研究方向和理論參考。

1 水稻秸稈還田技術(shù)

1.1 秸稈還田方式

寒地水稻秸稈還田方式中的直接還田是秸稈還田的常規(guī)操作方法，主要有粉碎翻耕還田，是指用秸稈粉碎機(jī)粉碎秸稈后翻耕入土；覆蓋還田，是指秸稈經(jīng)機(jī)械化粉碎后覆蓋在土壤表面進(jìn)行還田，起到保墑防草作用；留高茬還田，是指用機(jī)械將確定收割高度的水稻秸稈翻埋入土的技術(shù)［14-15］。因?yàn)楹邶埥貐^(qū)與保護(hù)性耕作的相結(jié)合，水稻秸稈主要選用粉碎還田中的淺旋還田和深翻還田2項(xiàng)技術(shù)，不同之處在于秸稈的翻入深度，深翻需在20～30 cm 的土層中，更有利于保護(hù)健康的土壤結(jié)構(gòu)。秸稈在土壤中腐解成有機(jī)肥，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤的理化性能，增強(qiáng)土壤肥力［16-17］。因此，秸稈直接還田能及時(shí)就地處理秸稈，避免腐爛、焚燒導(dǎo)致的環(huán)境污染問題，是一種循環(huán)再利用的環(huán)保措施。

寒地水稻秸稈還田方式中的間接還田是指作物秸稈經(jīng)科學(xué)處理再還田的一種方法［14，18］。傳統(tǒng)方式包括過腹還田，是指秸稈經(jīng)畜禽消化后，糞便經(jīng)過腐熟處理的形式再返還土壤的方法，由于家畜采食數(shù)量有限，且東北普遍畜禽養(yǎng)殖規(guī)模不大，導(dǎo)致還田技術(shù)推廣受限［16-17］；堆腐還田，是指將水稻秸稈與畜禽糞便和生物菌劑經(jīng)混合堆腐發(fā)酵后變成肥料的一種還田方法；較傳統(tǒng)方法相比，在寒地地區(qū)應(yīng)用微生物菌劑秸稈腐解代謝緩慢，隨著微生物活性的降低，影響秸稈降解速度［19］。而低溫菌劑的不同之處在于，它更易提高低溫秸稈腐解速度，可在低溫下延長菌劑對(duì)秸稈的作用時(shí)間，提高了秸稈的降解率，同時(shí)還增加了土壤的有機(jī)質(zhì)含量，影響土壤微生物活性［13］。

1.2 秸稈還田機(jī)械

由于秸稈還田工作量大，操作時(shí)間長和人員勞動(dòng)強(qiáng)度的增加，導(dǎo)致秸稈還田量有限，為了保證還田質(zhì)量，現(xiàn)在普遍采用機(jī)械輔助還田。目前我國的秸稈機(jī)械化還田主要是秸稈粉碎還田和整稈還田［4］。根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部秸稈綜合利用技術(shù)中的方法，水稻秸稈還田先采用秸稈收割機(jī)對(duì)秸稈進(jìn)行收割，一般需要進(jìn)行2遍粉碎，即在秸稈收獲時(shí)將秸稈粉碎1次，再利用秸稈還田機(jī)將拋撒在耕地表面的秸稈再粉碎1次［20］。為保證省時(shí)、省力、作業(yè)質(zhì)量高，秸稈粉碎后，一般使用旋耕整地機(jī)作業(yè)，其中大型反轉(zhuǎn)滅茬旋耕機(jī)，采用切刀式秸稈還田，清除秸稈茬根并深翻入土，利于培育土壤，田面平整易于播種［21］。最新研究還有旋耕播種施肥復(fù)式一體機(jī)，可達(dá)到高效旋耕、播種、施肥一體化，不再是單一作業(yè)［22］。

1.3 秸稈還田量

水稻秸稈還田數(shù)量要適宜，土壤性狀和水稻產(chǎn)量都會(huì)受到秸稈還田量的影響。秸稈還田量過少，土壤肥力得不到提高，通常情況下還田量應(yīng)該控制在6.0 t/hm2，若偏高往往會(huì)適得其反［21］。過量的秸稈還田會(huì)導(dǎo)致秸稈不能完全腐爛，影響下茬耕作［23］。在薄地上離播種期較近時(shí)，秸稈覆蓋量不宜過大，而在肥地不近播種期時(shí)，則可大量翻壓還田。秸稈還田量的確定，與秸稈的類型、耕地方式、土壤類型和氣候條件等直接相關(guān)［22］。有研究指出，在少耕和翻耕的情況下，秸稈全量還田，免耕秸稈還田量為2/3時(shí)，土壤中速效鉀和有效磷含量均有所增加。當(dāng)翻耕的秸稈還田量為2/3時(shí)，微生物活性最高，免耕還田量為1/3時(shí)活性最高［21］。

2 傳統(tǒng)秸稈還田方式對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境的影響

以下主要概括與分析應(yīng)用傳統(tǒng)秸稈還田方式對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響。

2.1 對(duì)土壤物理性狀的影響

目前，有關(guān)秸稈還田對(duì)土壤物理性狀影響的研究認(rèn)為，稻田土壤的土壤緊實(shí)度、土壤腐殖質(zhì)含量、土壤結(jié)構(gòu)都與土壤物理性質(zhì)緊密相關(guān)［14-22］。秸稈還田可降低土壤的容重、增加土壤孔隙度，有利于形成良好的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)［17］。

土壤容重可以直接影響土壤養(yǎng)分的調(diào)節(jié)，對(duì)作物根系的生長和伸展影響較大［24］。土壤中孔隙的數(shù)量及質(zhì)量是土壤物理性狀的重要表現(xiàn)，對(duì)土壤肥力有多方面的影響，其中對(duì)土壤肥力基本要素的變化與供應(yīng)能力影響較大［6］。土壤孔隙度和結(jié)構(gòu)性良好的土壤，能夠較好地給作物提供所需的水分和空氣，提高土壤養(yǎng)分調(diào)節(jié)能力。但孔隙度過小會(huì)導(dǎo)致水、氣不通，微生物活性減弱，養(yǎng)分釋放不佳，易拉斷根系；已有研究表明，寒區(qū)長期水稻秸稈還田處理使土壤容重顯著降低了0.07 g/cm3，從而改善了土壤的理化性狀，隨著時(shí)間的延長，改善效果越明顯［25］。在稻麥季秸稈全量還田配施腐熟菌劑研究中，連續(xù)5年的試驗(yàn)結(jié)果表明，長期秸稈還田對(duì)土壤容重和孔隙度影響效果顯著，5年間土壤容重下降了 0.08 g/cm3，孔隙度增加6.0百分點(diǎn)［26］。此外水稻秸稈溝埋還田也會(huì)降低土壤容重、增加土壤總孔隙度［27］。在秸稈還田配施生物菌劑研究中，淺層土壤容重有顯著下降現(xiàn)象，但連續(xù)還田5年后，稻茬翻耕作業(yè)翻入土壤表層，土壤容重變化的差異性減少［28］。

秸稈還田后可產(chǎn)生大量的腐殖酸，促進(jìn)水穩(wěn)性較高的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成，土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)具有抗旱作用，可保持土壤的蓄水能力，減少土壤板結(jié)現(xiàn)象，進(jìn)而提高土壤耕作質(zhì)量［22，29-30］。Song等在秸稈還田長期試驗(yàn)的基礎(chǔ)上研究的結(jié)果表明，雙季稻的土壤中超團(tuán)聚體和大團(tuán)聚的比例最高，為72.1%～81.8%，秸稈還田顯著增加了超團(tuán)聚體和大團(tuán)聚體的比例，提高了土壤團(tuán)聚體和有機(jī)質(zhì)的穩(wěn)定性［31］。而Huang等的研究表明，秸稈還田還可增加微團(tuán)聚體的比例，秸稈腐解釋放的養(yǎng)分促進(jìn)了土壤團(tuán)聚體形成，從而提高了土壤有機(jī)碳的含量［32］。秸稈還田可減少土壤水分蒸發(fā)，相關(guān)研究結(jié)果顯示，秸稈翻耕還田后，土壤含水量增加了5.97%，這是因?yàn)橥寥佬纬傻膱F(tuán)粒結(jié)構(gòu)具有土壤蓄水保墑的能力；但傳統(tǒng)的翻耕方式使土壤的孔隙度增大，土壤表層水分向下滲透，表層水分蒸發(fā)，不利于提高土壤蓄水保墑的能力［33］。

總體而言，秸稈還田對(duì)土壤物理性狀產(chǎn)生的影響是多方面的，主要體現(xiàn)在對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的影響。通過增加土壤孔隙度，降低了土壤容重和緊實(shí)度，改善了土壤通氣性，促進(jìn)了土壤團(tuán)聚體的形成，從而達(dá)到維持土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的目的［3，14，31］。

2.2 對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

秸稈腐解后會(huì)釋放大量的植物生長所需碳、氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，是土壤有機(jī)肥的來源之一［22，34］。秸稈還田可改善土壤的養(yǎng)分供應(yīng)狀況，有利于提高土壤肥力和有機(jī)質(zhì)含量［14，18］。在稻區(qū)秸稈還田的試驗(yàn)中，秸稈還田配施合理的施肥量能夠有效地提高土壤的有機(jī)質(zhì)、速效磷和速效鉀的含量，改善土壤養(yǎng)分循環(huán)。有研究表明，秸稈還田后土壤有機(jī)質(zhì)含量提高了40%～74%，土壤速效鉀含量提高4%～32%，土壤速效磷含量增加幅度較小，原因是與秸稈中含磷量較低有關(guān)［5］。在長期秸稈還田的研究中發(fā)現(xiàn)，稻麥秸稈全量還田處理后，土壤有機(jī)質(zhì)含量增加3.8 g/kg、速效鉀含量增加 1.0 mg/kg，有效磷含量無明顯變化，秸稈配施菌劑處理的土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀含量分別增加了3.5 g/kg、0.4 mg/kg、2.0 mg/kg［26］。

不同秸稈還田方式對(duì)土壤速效養(yǎng)分含量的影響各有不同。秸稈還田翻耕在30～40 cm土層中，土壤有機(jī)碳含量遠(yuǎn)高于對(duì)照，但在大于40 cm土層的土壤中效果是不顯著的［35］。此外，在0～7 cm土層中顯著提高了土壤速效磷的含量，而全氮含量的差異性不顯著［29］。Wu等的研究表明，稻草秸稈還田可提高土壤碳素形態(tài)和土壤有機(jī)碳的含量，其中土壤有機(jī)碳含量與秸稈施用量存在正線性相關(guān)關(guān)系，土壤有機(jī)碳含量增加了1.8%～2.0%［36］。秸稈粉碎還田有利于秸稈的養(yǎng)分釋放，對(duì)土壤養(yǎng)分有增效作用。在研究不同秸稈還田方式對(duì)東北黑土理化性質(zhì)影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，秸稈直接還田+微生物菌劑與堆肥還田+微生物菌劑相比，土壤有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)和富里酸有機(jī)碳的含量，分別增加2.28、7.82、5.26 g/kg［37］。秸稈直接還田+微生物菌劑可增加土壤有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)的含量，這是因?yàn)榻斩捙涫┚鷦┲苯舆€田可以提升土壤養(yǎng)分，對(duì)土壤肥力有增效作用。

2.3 對(duì)土壤生物性狀的影響

土壤微生物對(duì)土壤形成發(fā)育、養(yǎng)分循環(huán)、肥力演變均有重要作用，是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中重要組成部分，是反映土壤肥力的有效生物學(xué)指標(biāo)［22］。土壤微生物參與土壤中的能量和物質(zhì)循環(huán)，促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)的分解和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，提高土壤肥力，還可加快作物對(duì)養(yǎng)分的吸收［38］。

秸稈還田對(duì)土壤微生物群落多樣性和豐富度有提升作用，是提高微生物生態(tài)功能的有效措施。隨著秸稈還田作用時(shí)間的延長，水稻秸稈還田可豐富土壤真菌群體多樣性，顯著增加真菌群體數(shù)量［22，39］。有研究表明，秸稈還田配施化肥，可提高土壤微生物活性，有利于土壤碳的降解。此外，秸稈還田后對(duì)土壤真菌酶活性的變化較明顯［40］。Jin等在為期4年的秸稈還田研究中發(fā)現(xiàn)，秸稈還田可增加稻田細(xì)菌、真菌群落指數(shù)，還可提高微生物群落豐富度。秸稈還田+常規(guī)施肥減20%與秸稈還田+常規(guī)施肥相比，變形菌門、擔(dān)子菌門的相對(duì)豐度均有所提高，土壤細(xì)菌群落組成的變化主要受土壤全磷和有效磷含量的影響［41］。Yu等在研究秸稈還田對(duì)土壤細(xì)菌群落的影響中發(fā)現(xiàn)，采用定量PCR和高通量測序方法，對(duì)連續(xù)6年秸稈還田處理下，5～25 cm 土層中細(xì)菌豐度增加，25～45 cm深度土壤中未有顯著差異［42］。

土壤酶的活性，可作為判斷土壤生物活性、鑒別土壤類型的重要指標(biāo)［43-44］。土壤酶是養(yǎng)分轉(zhuǎn)換的重要組成部分，可促進(jìn)土壤中有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化和土壤中腐殖質(zhì)的形成［45］。有研究認(rèn)為，水稻秸稈還田處理的土壤磷酸酶、蔗糖酶活性顯著高于不還田處理，而脲酶活性顯著低于不還田處理，土壤磷酸酶活性隨著秸稈量的增加而升高，土壤蔗糖酶、脲酶活性呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢［1］。已有研究表明，秸稈還田配施化肥較常規(guī)處理，可顯著提高稻田磷酸酶和脲酶活性，分別提高了28.54%和24.13%，這是因?yàn)榻斩捄突实奶砑訛橥寥牢⑸锾峁┝顺渥愕牡?，提高了微生物活性?1］。長期秸稈還田顯著提高了早稻大部分的土壤酶活性，而晚稻秸稈還田會(huì)降低土壤pH值，不利于土壤酶活性的提高［46］。王倩倩等的研究表明，在冬季秸稈翻耕還田及配施氮肥的試驗(yàn)基礎(chǔ)上，能在一定程度上增加冬閑期土壤碳含量及相關(guān)酶的活性，土壤酶活性均高于春季還田，對(duì)推廣冬閑期秸稈翻耕還田具有重要意義［47］。水稻秸稈還田對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境的影響總結(jié)見表1。

3 秸稈還田配施低溫菌劑對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境的影響

3.1 低溫菌劑在秸稈還田中的應(yīng)用研究

低溫菌劑是指在低溫條件下可快速腐熟秸稈的復(fù)合菌群，主要以低溫纖維素降解菌為主，具有穩(wěn)定性強(qiáng)、功能多樣和無毒害作用的特點(diǎn)［37］。

3.1.1 低溫纖維素降解菌

低溫微生物是指在低溫條件下具有生長能力且產(chǎn)生特殊代謝產(chǎn)物的微生物［52］。低溫微生物分為嗜冷型和耐冷型2種，其中嗜冷型微生物的最適生存溫度在15 ℃左右［53］；耐冷型微生物的生存溫度在0～40 ℃，其生長、繁殖的最適溫度在20 ℃左右［54］。低溫微生物資源豐富，其中的低溫纖維素酶可分解纖維素，尤其是冬季氣溫較低，秸稈纖維素降解緩慢時(shí)，可利用纖維素酶解決低溫秸稈降解難的問題［55］。因此，篩選出低溫條件下，具有高活性的纖維素酶菌株是開發(fā)利用低溫環(huán)境中微生物菌劑的關(guān)鍵。

通常情況下，可通過對(duì)低溫菌株酶活性的測定，篩選酶活性較高的菌株，構(gòu)建復(fù)合菌系，獲得最佳的產(chǎn)酶組合，優(yōu)化復(fù)合菌系的產(chǎn)酶條件，確定最適產(chǎn)酶環(huán)境來進(jìn)行低溫秸稈腐解菌劑的制備［12］。目前，對(duì)土壤的低溫纖維素降解菌研究相對(duì)較少，低溫纖維素降解菌的分離和篩選常用純培養(yǎng)方法。在自然環(huán)境下，降解纖維素的過程是復(fù)雜的，是需要多種微生物共同協(xié)助才能達(dá)到完全降解的過程。因?yàn)榻斩挼某煞謴?fù)雜，依靠單一的菌株其纖維素酶活性較弱，不易達(dá)到降解效果，所以利用純培養(yǎng)方法不能較好地解決降解天然纖維素的問題［53］。已有研究認(rèn)為，利用微生物之間的拮抗和協(xié)同作用，可加快纖維素的分解，從而改善秸稈的降解效果［19］。研究低溫降解纖維素的微生物具有實(shí)際意義和開發(fā)價(jià)值。

3.1.2 低溫纖維素降解菌的應(yīng)用

東北地處寒溫帶，氣候干燥寒冷，秸稈摻入土壤后不易腐解，在土壤中滯留時(shí)間長，從而產(chǎn)生病蟲害，影響下茬作物種植生長，不利于田間耕作［56］。秸稈主要是由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三部分組成，在低溫條件下，合理利用纖維素降解菌劑提高纖維素降解率，從而促進(jìn)秸稈腐解，改善土壤養(yǎng)分循環(huán)，同時(shí)還可以提高有機(jī)質(zhì)含量和酶活性［12］。近年來，低溫菌劑在秸稈還田中的應(yīng)用研究受到了學(xué)者們的高度關(guān)注。有關(guān)低溫纖維素降解菌的特性研究和應(yīng)用見表2。

3.2 低溫菌劑的應(yīng)用對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

秸稈還田施加秸稈降解菌劑是一種能使秸稈快速分解、釋放養(yǎng)分的微生物菌劑。已知相關(guān)研究顯示，低溫秸稈降解菌劑已成為一種新興研究方向［56，59］。運(yùn)用施加菌劑可以提高土壤養(yǎng)分，對(duì)土壤酶活性、土壤微生物多樣性均有提升作用［54］。有研究表明，秸稈還田配施低溫秸稈降解菌劑的處理，對(duì)土壤中全氮、速效鉀、堿解氮含量均有提高作用，且顯著高于常溫和對(duì)照處理［60］。趙偉等在連續(xù)4年的玉米秸稈還田研究中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用低溫菌劑的農(nóng)田黑土碳、氮提高效果較好，低溫復(fù)合菌劑處理后，土壤硝態(tài)氮含量總體大于對(duì)照處理，土壤全氮含量較對(duì)照提高7.40%～14.81%，有機(jī)質(zhì)含量較對(duì)照提高0.93%～5.61%。因此，低溫復(fù)合菌劑處理能顯著提高土壤碳、氮含量，增加土壤養(yǎng)分含量［63］。

在研究北方低溫地區(qū)秸稈難以腐解問題時(shí)發(fā)現(xiàn)，土壤堿解氮、速效磷、有機(jī)質(zhì)、速效鉀含量和pH值隨著低溫菌劑處理天數(shù)增加，均呈上升趨勢［64］。秸稈微生物腐解劑中產(chǎn)生的纖維素酶，可有效加快秸稈分解速率，改善土壤化學(xué)性狀［19］。在15 ℃條件下，秸稈配施菌劑與對(duì)照相比，具有改善土壤速效養(yǎng)分、有機(jī)碳和腐殖質(zhì)品質(zhì)的優(yōu)勢，低溫菌劑處理中秸稈失重率提高19.80%，其中堿解氮、速效磷與速效鉀含量分別為130.35、19.57、145.82 mg/kg，有機(jī)碳和腐殖質(zhì)含量分別為17.97、6.71 g/kg［12］。低溫復(fù)合菌劑的使用顯著增加了土壤全氮和銨態(tài)氮含量。對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量有顯著影響，比對(duì)照處理提高了2.8%，同時(shí)土壤微生物碳含量高于其他處理，平均為57.16 mg/kg，是對(duì)照的1.64倍［65］。因此，低溫秸稈降解菌劑具有提高秸稈腐解速度、改善土壤理化性質(zhì)的作用，還可影響土壤養(yǎng)分的供應(yīng)情況，提高土壤肥力。

3.3 低溫菌劑的應(yīng)用對(duì)土壤生物性狀的影響

秸稈還田可增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，為土壤微生物的生命活動(dòng)提供能量，進(jìn)而改善土壤微生物活性［13］。此外，秸稈還田配施菌劑可增強(qiáng)土壤酶活性，進(jìn)而豐富微生物群落數(shù)量［39，54］。有研究表明，秸稈還田配施化肥及微生物菌劑，與單施秸稈相比，土壤過氧化氫酶與尿酶活性存在極顯著關(guān)系，過氧化氫酶活性提高37.5%～68.8%、尿酶活性提高48.8%～102.0%、轉(zhuǎn)化酶活性提高32.3%～61.5%，細(xì)菌量提高95.3%～174.0%、真菌量提高286.0%～351.0%，這是因?yàn)橥寥烂富钚耘c微生物數(shù)量密切相關(guān)，所以真菌和細(xì)菌數(shù)量變化主要與轉(zhuǎn)化酶和尿酶活性有關(guān)［66］。小麥秸稈施用腐熟劑，對(duì)土壤微生物群落的組成與活性產(chǎn)生變化，其中碳源總體、Shannon多樣性指數(shù)、群落豐富度均增大［67］。在田間運(yùn)用微生物菌劑秸稈還田的試驗(yàn)結(jié)果表明，土壤脲酶和多酚氧化酶活性均呈現(xiàn)峰值，分別為4.85、1.46 mg，分別較對(duì)照提高了3.2、8.1倍，微生物菌劑可明顯的提高土壤中酶活性［68］。

在配施低溫菌劑降解秸稈還田的研究結(jié)果表明，較常溫菌劑相比，土壤微生物數(shù)量、土壤酶活性及微生物碳、氮含量均得到顯著提高。土壤細(xì)菌數(shù)量較對(duì)照高3.72%，低溫復(fù)合菌的土壤真菌、放線菌數(shù)量最多，分別較對(duì)照高2.11倍和21.34%［13］。Song等進(jìn)行了2年的田間試驗(yàn)，探討了秸稈降解復(fù)合微生物劑對(duì)微生物活性和土壤微生物群落組成的影響，結(jié)果表明，秸稈降解復(fù)合微生物劑具有改善土壤微生物群落組成，提高微生物活性，增加土壤養(yǎng)分的綜合優(yōu)勢［69］。秸稈還田添加微生物劑能大量分解秸稈，豐富地上生物量，提高土壤酶活性。微生物的繁殖為秸稈的快速腐熟創(chuàng)造了條件，并且迅速形成優(yōu)勢菌群，限制其他細(xì)菌的生長［70］。在秸稈還田配施低溫菌劑對(duì)黑土氮碳及細(xì)菌多樣性的研究中發(fā)現(xiàn)，低溫復(fù)合菌劑的施用可以顯著提高土壤細(xì)菌數(shù)量，土壤脲酶活性、過氧化氫酶活性均顯著提高［65］。

總體而言，在低溫條件下，秸稈還田配施微生物菌劑可加快秸稈降解速率，增加土壤養(yǎng)分含量，還可以提高土壤微生物數(shù)量和酶活性，改善土壤生物性狀。為解決寒地秸稈腐解問題提供參考。

4 寒地水稻秸稈還田存在的問題

目前，隨著我國農(nóng)業(yè)技術(shù)研究日益成熟，科研人員對(duì)水稻秸稈還田的相關(guān)研究已有很多，但仍有一些問題值得深入探索。首先，在傳統(tǒng)秸稈還田中存在的問題有：（1）不同的秸稈還田量，對(duì)寒地土壤理化性質(zhì)的影響是不同的，適宜的寒地秸稈還田比例的調(diào)配研究還不夠充足，直接影響秸稈還田成效。（2）不同的秸稈還田時(shí)機(jī)，對(duì)秸稈腐解程度的影響是不同的，應(yīng)探究合理的秸稈還田時(shí)機(jī)，秸稈還田時(shí)間過早或過晚都不利于秸稈腐解，影響下茬作物種植。（3）應(yīng)用不同的農(nóng)機(jī)械受場地制約，應(yīng)針對(duì)低溫地區(qū)不同的土壤條件，選擇配套農(nóng)機(jī)械，從而提高水稻秸稈還田機(jī)械化程度。（4）在不同的低溫條件下，篩選秸稈的降解菌種有限，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)低溫秸稈降解菌劑的篩選和培養(yǎng)條件優(yōu)化、低溫纖維素酶的生化機(jī)制相關(guān)研究，構(gòu)建高效的低溫復(fù)合菌劑體系。（5）有關(guān)水稻秸稈還田配施低溫菌劑的應(yīng)用，對(duì)CO2、CH4和N2O等溫室氣體排放增加的問題研究還較少，應(yīng)加強(qiáng)環(huán)境跟蹤監(jiān)測進(jìn)行綜合評(píng)估。

5 展望

隨著近年來水稻種植的增加和產(chǎn)量的提高，造成東北地區(qū)的水稻秸稈大量殘余。秸稈還田可有效解決秸稈剩余帶來的問題，減少秸稈焚燒的污染現(xiàn)象，對(duì)穩(wěn)定農(nóng)業(yè)生態(tài)平衡具有積極意義。秸稈還田可以改善寒地理化性質(zhì)，促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的生成，進(jìn)而提高土壤養(yǎng)分和土壤肥力。秸稈還田還可減少化肥的投入量，改善土壤板結(jié)現(xiàn)象。今后的研究重點(diǎn)應(yīng)把握好秸稈還田量和還田時(shí)機(jī)。對(duì)不同土壤條件應(yīng)選擇合適的機(jī)械配合秸稈還田。對(duì)低溫氣候方面，還需加強(qiáng)對(duì)低溫秸稈降解菌的穩(wěn)定性等方面的研究，復(fù)配篩選出適于低溫秸稈降解的生物菌劑，對(duì)于解決低溫秸稈降解緩慢的問題具有重要的實(shí)踐意義。此外，還需加強(qiáng)秸稈還田技術(shù)的實(shí)用性，積極向廣大農(nóng)業(yè)工作者推廣秸稈還田技術(shù)，使秸稈還田發(fā)揮應(yīng)有的作用。

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