王 娜， 王 璐， 宋昌海， 洪恩眾

（1.呼倫貝爾市農(nóng)牧技術(shù)推廣中心，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021008；2.呼倫貝爾市農(nóng)牧科學(xué)研究所，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021008）

秸稈還田可以提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)、增強(qiáng)土壤固碳能力、調(diào)節(jié)地溫，是世界普遍推廣的一種培肥地力、提升耕地質(zhì)量的措施[1]。土壤溫度在田間作物體系研究中經(jīng)常被忽略，但是在作物系統(tǒng)中土壤溫度起到非常重要的作用，它影響作物的生長發(fā)育以及土壤的各種生理生化過程。過去的幾十年里，秸稈還田試驗(yàn)在不同地區(qū)普遍開展，取得了豐富成果，研究認(rèn)為秸稈還田可以降低土壤溫度[2]；或者增加土壤溫度[5]；抑或可以調(diào)節(jié)土壤溫度[3-4]，低溫天氣下提高土壤溫度，高溫天氣下則降低土壤溫度。然而對(duì)于不同地區(qū)、不同作物、不同種植模式下秸稈還田對(duì)土壤溫度的影響還缺乏整體性的分析研究。本試驗(yàn)整合近30 年公開發(fā)表的秸稈還田對(duì)土壤溫度效應(yīng)的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析，明確不同地區(qū)、不同作物秸稈、不同耕作措施、不同還田時(shí)期等因素下秸稈還田對(duì)土壤溫度的影響，以期為在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的秸稈還田方式提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本試驗(yàn)數(shù)據(jù)來源于中國知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)知識(shí)服務(wù)平臺(tái)、維普網(wǎng)等數(shù)據(jù)庫，通過設(shè)置關(guān)鍵詞：秸稈還田、土壤溫度，檢索截至2022 年1 月公開發(fā)表的關(guān)于秸稈還田對(duì)土壤溫度的影響的文獻(xiàn)，共獲得文獻(xiàn)529 篇，按以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行篩選：①剔除相同文獻(xiàn)或采用同一試驗(yàn)數(shù)據(jù)的文獻(xiàn)；②為研究報(bào)告型論文，試驗(yàn)對(duì)象為大田農(nóng)作物，試驗(yàn)地點(diǎn)在全國陸域（不含港澳臺(tái)地區(qū)）；③文獻(xiàn)中寫明了秸稈還田方式、秸稈的作物類型以及種植作物類型；④設(shè)置對(duì)照空白試驗(yàn)和秸稈還田試驗(yàn)，各處理設(shè)置3 個(gè)重復(fù)及以上。經(jīng)過篩選，共獲得文獻(xiàn)33 篇[4-36]、有效獨(dú)立研究性試驗(yàn)數(shù)據(jù)606 組，將數(shù)據(jù)按照試驗(yàn)地區(qū)、不同作物秸稈、耕作措施、土層深度、不同還田時(shí)期進(jìn)行分組。

1.2 數(shù)據(jù)分析

利用MetaWin 2.1進(jìn)行薈萃分析，效應(yīng)值選用反應(yīng)比R（response ration）描述秸稈還田對(duì)土壤溫度的影響：

式中：Xe為秸稈還田處理土壤溫度均值；Xc為秸稈不還田處理土壤溫度均值。采用隨機(jī)效應(yīng)模型計(jì)算累計(jì)效應(yīng)值：

其中：

式中：yi為第i個(gè)研究效應(yīng)值；wi為第i個(gè)研究權(quán)重；τ2為研究間方差（τ2采用MetaWin 2.1內(nèi)置的Dersimonianlaird法計(jì)算）；Se為秸稈還田處理土壤溫度標(biāo)準(zhǔn)差；Sc為秸稈不還田處理土壤溫度標(biāo)準(zhǔn)差；Ne為秸稈還田處理樣本數(shù)；Nc為秸稈不還田處理樣本數(shù)。

采用總體平均效應(yīng)值的95%置信區(qū)間C判斷秸稈還田對(duì)土壤溫度的影響：C全部大于0，秸稈還田顯著提升土壤溫度；C全部小于0，秸稈還田顯著降低土壤溫度；C包含0，秸稈還田后土壤溫度變化不明顯。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田對(duì)土壤溫度的整體效應(yīng)量和偏倚性檢驗(yàn)

整合分析秸稈還田對(duì)土壤溫度的效應(yīng)，異質(zhì)性檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)量為699.51，異質(zhì)性檢驗(yàn)的顯著性為0.004 6，達(dá)到顯著水平，整體平均效應(yīng)量為-22.69%（95%置信區(qū)間：-29.48%～-15.89%），秸稈還田降低土壤溫度。失安全系數(shù)為8 961.9＞5×605（樣本數(shù)）+10[37]，這表明所獲得的文獻(xiàn)不存在發(fā)表偏倚。

表1 整體效應(yīng)量分析

2.2 不同地區(qū)秸稈還田對(duì)土壤溫度的影響

不同地區(qū)秸稈還田對(duì)土壤溫度的影響存在差異，但差異不顯著（n=606，P=0.1079）。不同地區(qū)秸稈還田后土壤溫度均下降，其中，華北、東北地區(qū)秸稈還田區(qū)土壤溫度顯著低于秸稈不還田區(qū)（P＜0.05），西北地區(qū)土壤溫度差異不顯著，華東地區(qū)土壤溫度變化小。華北地區(qū)土壤溫度降低28.88%，受秸稈還田的影響最大，東北地區(qū)次之，降幅為26.41%，其次為西北地區(qū)（13.24%），華東地區(qū)（4.64%）最?。▓D1）。

圖1 不同地區(qū)土壤溫度的反應(yīng)比

2.3 不同作物秸稈還田對(duì)土壤溫度的影響

不同作物秸稈還田對(duì)土壤溫度的影響有顯著差異（n=606，P＜0.05）?；ㄉ斩?、大豆秸稈、玉米秸稈、小麥秸稈還田后，土壤溫度顯著下降，而水稻秸稈還田后對(duì)土壤溫度無影響。不同作物秸稈還田后土壤溫度降幅大小依次為大豆（73.89%）、花生（55.70%）、小麥（29.20%）、玉米（22.09%）、水稻（0.10%）（圖2）。

圖2 不同作物秸稈還田土壤溫度的反應(yīng)比

2.4 不同耕作措施下秸稈還田對(duì)土壤溫度的影響

不同耕作措施下秸稈還田對(duì)土壤溫度的影響存在顯著差異（n=575，P＜0.001）。條耕、旋耕、免耕下秸稈還田后土壤溫度顯著下降，深松、深翻下秸稈還田后土壤溫度的變化不明顯（圖3）。

圖3 不同耕作措施下土壤溫度的反應(yīng)比

2.5 秸稈還田對(duì)不同土層土壤溫度的影響

與秸稈不還田相比，秸稈還田區(qū)各土層的土壤溫度均下降，其中5、10、15、20、30 cm 土層溫度與秸稈不還田區(qū)的差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05），25 cm土層溫度差異不顯著。各土層土壤溫度降幅大小依次為5 cm（39.10%）、10 cm（29.35%）、15 cm（25.78%）、30 cm（20.78%）、20 cm（17.68%）、25 cm（15.12%）（圖4）。

圖4 土壤溫度的反應(yīng)比隨土層的變化

2.6 不同時(shí)期秸稈還田對(duì)土壤溫度的影響

不同時(shí)期秸稈還田對(duì)土壤溫度的影響不同，1月、2月、4月、11月、12月秸稈還田區(qū)土壤溫度升高，3月、5月、6月、7月、8月、9月、10月秸稈還田區(qū)土壤溫度降低，其中5月、6月、7月、8月、12月秸稈還田對(duì)土壤溫度的影響差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05）（圖5）。

3 討論與結(jié)論

土壤溫度對(duì)土壤氮吸收、土壤呼吸和作物生長發(fā)育均有顯著影響，秸稈還田對(duì)農(nóng)田土壤溫度的影響研究較多，但結(jié)果不同。薈萃分析結(jié)果表明，在不同地區(qū)、不同作物秸稈、不同耕作措施、不同土層下秸稈還田均表現(xiàn)為降溫效應(yīng)，秸稈還田后土壤溫度降低。這一效應(yīng)在溫?zé)岬貐^(qū)可以減輕土壤溫度過高給作物帶來的不利影響；但在冷涼地區(qū)，播種期較晚，秸稈還田可能會(huì)影響播種期土壤溫度的回升，從而降低播種質(zhì)量。

3.1 不同作物秸稈和耕作措施對(duì)土壤溫度變化的影響

本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同作物秸稈還田后土壤溫度變化不同，這可能與作物種植方式有關(guān)，花生秸稈、大豆秸稈、玉米秸稈、小麥秸稈還田區(qū)為旱作農(nóng)田，秸稈腐解慢，影響效應(yīng)大；水稻秸稈還田區(qū)為水作農(nóng)田，秸稈在水中腐解快，影響效應(yīng)小。不同耕作措施下秸稈還田對(duì)土壤溫度的影響存在差異，這與前人的研究結(jié)果相符[38-39]，深松、深翻將秸稈翻入土壤中，使土層表面秸稈覆蓋度降低，從而與對(duì)照區(qū)的差異減小，而免耕、旋耕、條耕處理下，秸稈覆蓋在土層表面，表層土覆蓋度高，秸稈阻隔太陽的直接輻射，使土壤吸收的熱量減少，從而使土壤溫度降低。

3.2 土壤溫度在不同土層和不同時(shí)期的變化

秸稈還田后不同土層土壤溫度下降，且淺層土壤溫度降幅大。地表的溫度隨氣溫變化明顯，秸稈覆蓋后，在土壤與大氣之間形成了阻隔層，熱導(dǎo)率變慢[27]，地表吸收的太陽熱量減少，溫度下降。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，30 cm 土層降溫的幅度大于20、25 cm 土層，原因可能是開展30 cm 土層溫度研究的試驗(yàn)在秸稈還田的同時(shí)配合深翻措施，使秸稈移位到該土層。

不同時(shí)期秸稈還田對(duì)土壤溫度的影響不同，氣溫低時(shí)，秸稈的覆蓋減少土壤熱量散失，提高土壤溫度；氣溫高時(shí)，秸稈的覆蓋阻擋土壤對(duì)熱量的吸收，降低土壤溫度。這2 種不同的效應(yīng)在作物生育時(shí)期產(chǎn)生變換，減輕了高溫和低溫脅迫對(duì)作物生長的不利影響[22]。