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user: 2. 研究现状 2.1. 还田秸秆的腐解特性 秸秆在土壤中的腐解是通过微生物的分解活动来完成的，其腐解过程分为两部分，第一，是以白霉菌和无芽孢杆菌为主，通过这些微生物分解水溶性物质和淀粉等这一类易分解的糖类化合物。第二，通过芽孢杆菌和纤维分解菌来分解蛋白质、果胶类物质和纤维素等较为复杂的高分子糖类化合物。在后期主要是一部分难分解的复杂高分子糖类化合物 [ 7 ] 。在温度、光照等适宜的条件下(28℃~35℃)，初期分解强度大的可维持12~45 d左右，之后迅速转为缓慢分解时期。 还田秸秆的腐解特性一般情况下包含三个阶段：前期为快速腐解阶段，中期缓慢腐解和停滞期。陈尚洪 [ 7 ] 等人研究发现作物秸秆在埋入土壤后，秸秆的水溶性组分在次生代谢的作用下迅速分解；在腐解过程中，其碳与氮的比例渐渐发生了改变。较容易分解的有机物含量开始慢慢减少，剩下的是一些较难分解的物质(比如有木质素、单宁和蜡质等物质)，因为有这些物质的存在，作物秸秆腐解速率渐渐变慢直至几乎停下来。沈海军 [ 8 ] 等研究表明，作物秸秆还田前四周的腐解率可达40%；但随着易分解的物质逐渐耗尽，作物秸秆的腐解速率慢慢降低；最后由于剩下的组分难以分解利用，腐解过程难以继续，基本停止。 雷达 [ 9 ] 等研究认为作物秸秆腐解过程中不同养分的释放速度也是存在明显差异的，其表现为钾 > 磷 > 氮 > 碳；然而王允青等对秸秆释放率的研究发现，不同养分释放的情况为钾 > 磷 > 碳 > 氮，碳与氮的比例呈下降的趋势。张静 [ 10 ] 等研究表明，还田秸秆以微生物呼吸的形式释放养分的约占70%~90%之多，在作物秸秆还田90天以后，小麦和玉米的碳素释放率为50%~55%；二者养分的释放率表现为钾 > 磷 > 碳 > 氮，张红等人的研究结果也验证了此观点。而其他学者得出的结论是钾 > 磷 > 氮 > 碳，并且秸秆腐解的变化趋势为烘干秸秆 > 新鲜秸秆，葡萄园土壤微生物活性最高，稳定性较好，其次为桃园和农田，农田土壤微生物活性较低，稳定性差。在武际等人的研究中，小麦秸秆腐解特征、养分释放规律及对土壤微生物量、酶活性和养分状况的影响。得出的结论是秸秆还田后在0~30天这一阶段腐解最快，后期腐解速率缓慢，90天之后累计腐解率达到了48.9%~61.3%左右。符合秸秆腐解的规律。为此，得出了秸秆的腐解特征：玉米秸秆 > 水稻秸秆 > 小麦秸秆；养分释放情况为钾 > 磷 > 氮 > 碳；秸秆前期腐解快，中期缓慢，后期几乎停滞。 2.2. 影响还田秸秆腐解的因素 2.2.1. 秸秆组分和C/N 还田秸秆的腐解作为一个复杂的生物化学过程，受到自身条件及诸多外界因素的影响。秸秆在土壤中的分解转化主要取决于作物秸秆自身组成和性质，以及气候条件和土壤环境等外界因素。秸秆组分中含有的水溶性和醇溶性物质以及蛋白质物质的分解最快，其次为纤维素和半纤维素，木质素是最难分解的物质之一，各类物质含量高低直接影响秸秆的分解速度。碳氮比大的秸秆施人农田后，会使土壤微生物分解活动时碳源充足，而氮素含量较少，这时就需要从土壤中来争夺氮素，然而这种情况影响作物和幼苗的生长发育。一般情况下碳氮比在25~28是最合适的，有利于秸秆的分解。张静等研究认为影响作物秸秆腐解的自身因素包括：还田量、还田时间、大小、深埋、种类、C/N、含水量等，其中还田量、还田时间和大小(粉碎程度)通过影响土壤水分土壤温度、土壤微生物C/N等指标来影响还田秸秆的腐解。杨志谦 [ 11 ] 等人研究发现，深埋5 cm的作物秸秆腐解最快，深埋15 cm的秸秆稍慢，而覆盖在表面的作物秸秆最慢。玉米秸秆碳素的释放率比大豆秸秆快，同时当C/N升高时，玉米秸秆有机碳的腐解速率亦升高。张晓文 [ 12 ] 等的研究表明，作物秸秆C/N在一定的程度上影响到作物秸秆的腐解速度。一般情况下含氮量大于1.5%~1.7%的有机物不需要外源氮源就能满足分解过程中微生物对氮素的需要。在还田的过程中如果适量施入氮肥，调节碳氮的平衡，可促进秸秆的分解。 2.2.2. 土壤水热状况 温度影响酶活性进而影响微生物外酶的产生和周转，从而间接地影响有机物分解。在一定范围内，酶活性随着温度的升高而升高，微生物会抑制酶的产生。微生物胞外酶对温度的敏感性受到季节的影响，随着季节的变化而发生改变。土壤水分知热量状况直接影响土壤微生物区系组成和活性，影响土壤酶活性，进而影响秸秆分解速度。土温在7℃~37℃范围内，淀粉和纤维素分解迅速，木质素也开始被氧化。土温过高或者过低、土壤水分过多或过少都会抑制土壤微生物活动与土壤酶活性。通常情况下，土温在25℃~30℃，土壤水分含量占田间持水量的20%时，分解几乎停止。此外，土壤质地、pH、土壤利用方式等对秸秆分解都有一定的影响。Hochachka [ 13 ] 等研究发现。当温度升高时，微生物会完善和权衡自身的进化来适应因温度变化而导致的呼吸变化还有研究也发现，降水影响土壤水分含量，而土壤水分含量对水溶性有机碳(SOC)的周转影响显著。此外，降水导致的干湿交替会影响微生物的活性，进而导致厌氧和好氧微生物群落的交替 [ 14 ] 。 2.2.3. 土壤条件 Ma [ 15 ] 等研究表明，土壤pH质地会影响还田作物秸秆的腐解以及微生物的群落结构。还田作物秸秆在土壤中的腐解速率与土壤微生物的含量呈负相关。此外，在适宜的温度范围内，土壤温度的升高致使降解还田作物秸秆的微生物数量增加、微生物活性和呼吸速率增强，进而加速还田秸秆的分解。 2.2.4. 秸秆处理与还田时期 影响秸秆分解的因素还有秸秆数量、细碎程度、耕埋深度等。秸秆细碎可增加与土壤的接触面积、增加吸水与保水能力，促进分解。反之，分解速率慢，不利于土壤保墒，降低整地质量，影响出苗 [ 16 ] 。秸秆量适中，比较细碎，全部埋人土中并分布均句，均有利于分解，秸秆还田还要考虑合理的时期，要避开毒害物质分解高峰期以减少对作物的危害，还田时秸秆含水量应不少于30%~40%，过干不易分解。 2.3. 还田秸秆的应用及研究进展 现代农业生产中，化肥肥料的频繁使用，而造成土壤环境的不断恶化及人类生态环境的破坏。就此，秸秆还田被民众所关注，秸秆还田可以提高土壤有机质含量，改善土壤结构，增加土壤有机质，平衡土壤酸碱度，增强土壤保肥保水能力，实现农作物高产稳产。此外，秸秆还田可以提高作物抗倒伏能力。就此，推广秸秆还田技术，正成为当前农业部门普遍关注的热点话题。还田秸秆的应用技术在当代社会推广应用广泛，尤其在玉米、小麦品质的研究极为广泛。我国还田已有2000多年历史，但是很长一段时间大部分秸秆用作燃料，少部分用于垫圈，喂养牲畜及还田。20世纪70年代以来，煤炭及液化气在农村普及，秸秆还田得到研究，我国秸秆还田的研究主要是北方小麦和玉米，南方较少，仅有研究是在水稻、小麦上。 2.3.1. 秸秆还田对作物品质的影响 水稻作为我国一大粮食作物，其产量和品质与我们的生活密不可分。有研究表明，长期和短期秸秆还田能导致蛋白质含量呈上升的趋势，直链淀粉含量呈下降的趋势，在长期的定位实验下，垩百度随着土壤全氮含量的增加呈增加的趋势，短期的秸秆还田则表现出先上升后降低的趋势 [ 17 ] 。陈新红等人 [ 18 ] 以华粳6号和两优培九为材料，通过小麦秸秆还田与秸秆不还田比较试验，研究小麦秸秆还田对不同水稻产量和稻米品质的影响。结果表明小麦秸秆还田后，明显提高了水稻的穗粒数、结实率、千粒重和稻米的出糙率、精米率和整精米率，降低了垩白粒率和垩白度，提高了长宽比，直链淀粉含量降低，胶稠度增大，表明稻米的加工品质、外观品质、食味品质和营养品质得到改善。小麦秸秆还田后对水稻产量和稻米品质有显著的影响。 2.3.2. 秸秆还田对土壤有机质的影响 土壤有机质来源于植物残体及土壤中，其含有的多种营养元素能够刺激植物的生长，改善土壤的理化性质，而秸秆是土壤有机质的重要来源之一。有研究表明：以同等数量的秸秆覆盖和翻压还田，3年后，覆盖还田的土壤有机质增加30.1%，翻压还田的增加19% [ 19 ] 。由于增加的有机质主要是易氧化态有机质，从而使土壤有机质氧化稳定系数降低，有助于改善土壤质量，增强土壤养分供应。