秸秆富集深层还田对农田土壤质量影响的研究进展|江阴雨辰互联

2024年3月16日发(作者：)

中国生态农业学报 (中英文)　

2023年10月　第 31 卷　第 10 期

Chinese Journal of Eco-Agriculture, Oct. 2023, 31(10): 1579−1587

DOI: 10.12357/cjea.20230145

饶越悦, 周顺利, 黄毅, 窦森, 代红翠, 温媛. 秸秆富集深层还田对农田土壤质量影响的研究进展[J]. 中国生态农业学报

(中英文), 2023, 31(10): 1579−1587

RAO Y Y, ZHOU S L, HUANG Y, DOU S, DAI H C, WEN Y. Advances in research involving deep incorporation of enriched straw

on soil quality[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2023, 31(10): 1579−1587

秸秆富集深层还田对农田土壤质量影响的研究进展

饶越悦, 周顺利, 黄　毅, 窦　森, 代红翠, 温　媛

1,21,34521,3**

(1. 中国农业大学农学院　北京　100193; 2. 山东省农业科学院作物研究所　济南　250100; 3. 河北省低平原区农业技术创新

中心　吴桥　061802; 4. 沈阳农业大学土地与环境学院　沈阳　110866; 5. 吉林农业大学资源与环境学院　长春　130118)

摘　要: 我国农业生产面临秸秆数量不断增加和土地耕层浅、底层土壤紧实、肥力低下等突出问题。过去对农业

用地的管理集中于表层土壤, 直到近年来对深层土壤进行管理逐渐受到了学者的重视, 也出现了各种创新的田间措

施。秸秆富集深层还田就是一项新型高效的秸秆管理措施, 在利用秸秆资源来改良土壤结构、培肥深层地力和提

高作物产量等方面优势突出。该模式能够打破犁底层避免土壤压实、缓解微生物与作物争夺氮素、减轻秸秆还田

对播种和出苗质量的负面影响, 提升农田耕层土壤质量, 实现秸秆资源的高质高效利用。秸秆富集深层还田为集约

化农业生产提供了切实可行的秸秆田间处理和土地健康保育手段, 对我国高质量农业发展具有现实意义。

本文介绍了秸秆富集深层还田技术, 归纳了秸秆富集深层还田的技术特点、研究进展和应用潜力, 综述了秸秆深层

还田对土壤容重、孔隙度、土壤水分、团聚体结构、养分、有机碳、盐分、微生物、酶活性和作物产量的影响及机制,

并在此基础上提出了今后的研究重点, 为进一步深入探究秸秆深层还田技术和耕地保育提供参考依据。

关键词: 秸秆富集深层还田; 土壤深层培肥; 耕地保育; 作物生产

中图分类号: S15开放科学码(资源服务)标识码(OSID):

Advances in research involving deep incorporation of enriched straw on soil

quality

RAO Yueyue, ZHOU Shunli, HUANG Yi, DOU Sen, DAI Hongcui, WEN Yuan

1,21,34521,3**

(1. College of Agronomy and Biotechnology, China Agricultural University, Beijing 100193, China; 2. Crop Research Institute, Shandong

Academy of Agricultural Sciences, Jinan 250100, China; 3. Innovation Center of Agricultural Technology for Lowland Plain of Hebei,

Wuqiao 061802, China; 4. College of Land and Environment, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China; 5. College of

Resources and Environment, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China)

Abstract: China’s agricultural production is facing the problems of increasing amounts of straw, shallow plow layers, low fertility,

and compacted soils. In the past, the management of agricultural land concentrated on topsoil, resulting in the emergence of these phe-

nomena. Until recently, the management of deep soils has received considerable attention from researchers, and various innovative

field measures have emerged. The deep incorporation of enriched straw is a novel and efficient straw management approach that has

advantages for the efficient use of crop residues, improvement of soil fertility and productivity, and enhancement of agricultural soil

* 国家重点研发计划项目(2021YFD1500500)、国家自然科学基金项目(31901472)和国家玉米产业技术体系(CARS-02-16)资助

** 通信作者: 温媛, 主要从事农田高效栽培管理模式构建研究。E-mail: ***************.cn

饶越悦, 主要从事土壤生态学研究。E-mail: *****************

收稿日期: 2023-03-18　接受日期: 2023-06-04

* The study was supported by the National Key R&D Program of China (2021YFD1500500), the National Natural Science Foundation of China

(31901472) and the China Agriculture Research System of MOF and MARA (CARS-02-16).

** Corresponding author, E-mail: ***************.cn

Received Mar. 18, 2023; accepted Jun. 4, 2023

1580

中国生态农业学报(中英文) 2023第 31 卷

quality. This approach can break-up compacted soil in the bottom layer of the plow, alleviate the problem of microorganisms compet-

ing with crops for nitrogen, mitigate the negative effects on the quality of sowing and seedlings, improve the quality of soil in cultiv-

ated farmlands, and realize the high-quality and efficient use of straw resources. The deep incorporation of enriched straw provides a

practical means for straw field treatment and land health conservation for intensive agricultural production in China. This study intro-

duces a new straw return approach, the deep incorporation of enriched straw, summarizes the technical characteristics, results, re-

search progress, and application potential of the novel approach and reviews the effects and mechanisms of deep straw incorporation

on soil physical, chemical, and biological properties. Finally, we propose future priorities for the in-depth exploration of this novel ap-

proach, which will contribute to the longterm conservation of farmland.

Keywords: Deep incorporation of enriched straw; Deep soil fertility improvement; Arable land fertility management; Crop produc-

tion

中国是农业大国, 其农业生产经营体系具有高

度集约化的特征。随着科技的突飞猛进, 农作物单

产水平不断提升, 秸秆等农副产品的数量也显著增

加。自2016年起, 我国秸秆产量已位居世界之首。

2020年秸秆资源总量达8.56亿t, 其中小麦(Tritic-

um aestivum)、玉米(Zea mays)、水稻(Oryza sativa)

秸秆年均产量分别约为1.5亿t、2.9亿t和2.1亿t

[4]

[2-3]

[1]

1 秸秆富集深层还田技术

1.1 秸秆富集深层还田的涵义

秸秆富集深层还田, 即将秸秆集中还入到预定

条带的下部耕层(20 cm以下), 实现深层土壤培肥和

深厚肥沃耕层构建的新技术模式。通过秸秆全量、

连年深层还田有效破除多年浅耕导致的土壤亚耕层

(20~40 cm)紧实以及深层土壤有机质匮乏的现状

[10-12]

。

秸秆含有丰富的有机物和矿质元素, 是农业生产中

天然的养分物料

, 利用方式主要为直接还田、动物

饲料、栽培基料和新型能源。秸秆直接还田是秸

秆有效利用的主要渠道和生态成本降低的重要措

施

[5-6]

[2]

有效提高土壤质量, 有利于推动农业绿色发展、保

护农田生态环境。由于我国幅员辽阔, 各区域作物

组成、种植结构、耕作环境等差异较大, 因此关于

深层还田技术的概念也不统一, 但普遍具备两个特

征: 1)富集深还(秸秆还入耕层以下)。2)条带轮耕。

实际操作中, 将多行秸秆集中还入亚耕层及以下, 形

成深层秸秆富集条带; 秸秆还田位置实行年际轮换,

根据秸秆聚集情况, 实行3~6年的轮耕周期。

, 也是沃土工程和丰收计划的重要内容, 对农

[8]

[7]

业可持续发展具有重要意义。然而与发达国家相比,

我国农业秸秆还田量依旧较低

, 部分地区因冬季寒

冷或一年多熟制, 秸秆还田后腐解不充分, 严重影响

了下茬作物的播种和出苗质量。农民为减小秸秆还

田对种植的不利影响, 常常选择将秸秆就地焚烧, 资

源浪费的同时也造成了严重的环境污染。

秸秆还田通过秸秆进入土壤的物理作用和有机

质转化的生物化学作用, 最终达到培肥土壤和增加

产量的目的。然而, 当前农业生产中主要采取的地

表覆盖、碎混、翻埋等秸秆还田方式

, 由于影响下

茬作物播种及出苗质量, 存在与作物争氮等问题, 难

以实现秸秆资源的高质高效利用, 制约了秸秆还田

技术的大面积推广应用。因此, 创新的秸秆还田技

术、关键机具与高效耕作栽培模式构建是解决上述

问题的关键。近年来, 一种秸秆还田新模式−秸

秆富集深层还田技术, 能够在充分利用大量秸秆资

源的基础上, 既不影响作物生长发育, 又可以快速培

肥土壤、加厚耕层、改善耕地结构、提升耕地质量,

对农业生产及可持续发展具有积极的意义。本文对

秸秆深层还田技术及其对土壤质量的影响进行归纳

总结, 以期对未来开展相关研究提供启发和借鉴。

1.2 秸秆富集深层还田技术研究进展

秸秆富集深层还田是秸秆还田方式与耕作方法

的共同创新与结合, 研究区域在东北地区及南方稻

田区居多, 华北平原正在开展, 黄土高原等地区鲜有

研究; 研究内容从理论到机具配套均有涉及

毅等

[14]

[10-13]

。黄

采用自主研发的“深开沟−覆土−合垄”翻转

[9]

犁开沟35~40 cm深、60 cm顶宽、30 cm底宽, 将秋

收后的整株玉米秸秆直接深还田, 秸秆层厚度为

10~15 cm, 同时向沟中施入肥料, 然后覆土合垄, 翌年

春采用大垄双行免耕播种玉米。窦森

[11]

提出秸秆深

还技术是通过指盘式搂草机将玉米秸秆大比例(4∶1~

8∶1)富集归行, 在不改变土层顺序下, 使用研发的

秸秆还田筒式犁一体机粉碎秸秆、风力注入到预定

条带的土壤亚表层中(20~40 cm), 秸秆条带宽度40 cm,

而在非秸秆条带处进行正常免耕播种, 实现种还分

离的形式。王秋菊等

[15]

探究的秸秆深还田模式为:

由拖拉机牵引铧式犁进行开堑和深埋作业, 配合秸

秆粉碎集条机将秸秆粉碎、集条沟施, 其中沟宽45 cm、

第 10 期饶越悦等: 秸秆富集深层还田对农田土壤质量影响的研究进展

[13]

1581

深45~50 cm, 并且每年还田位置保持一致。Yang等可以将多行玉米秸秆集中注入20~38 cm土层, 一次

性实现秸秆粉碎、收集、输送、开沟、注入、回土

和镇压。该机具幅宽可以根据一次性深埋秸秆的行

数定制(工作幅宽可调), 其带有的粉碎刀轴高速运

转, 能够将站立或匍匐的整秸打碎, 通过绞龙输送机

集聚进入风机, 利用风机的风力将秸秆压入遁注式

空腔状犁体, 犁体入土向前运行过程中将秸秆注入

犁底层以下, 形成约25 cm宽18 cm深秸秆簇(图1)。

每年玉米收获后秸秆沟位置交替变化, 实现渐进式

还田(图2)。

[16]

在水稻-小麦系统研究秸秆深层还田, 将当季收获的

秸秆以整秆的方式集中, 人工埋于深度>20 cm的深

沟中, 沟面积仅占总田面积的10%, 其余90%的田地

浅旋至3~5 cm, 通过逐季更换埋沟的位置, 5年(10

个农作物季节)后完成一个循环, 实现全田渐进式深还。

目前, 中国农业大学联合沈阳农业大学和河北

省农业机械化研究所等单位研究提出了“玉米秸秆

机械化富集深层还田技术”, 实现了作业机具配套。

在玉米收获以后, 使用秸秆富集深层直注还田机具

表层

Topsoil

亚表层

Subsoil

作业宽度 180 cm

Working width 180 cm

遁注体

Metal pipe

秸秆条带

Straw cluster

作业方向

Direction of travel

20 cm

38 cm

25 cm

图 1 秸秆富集深层直注还田机田间作业图(a)、机具完成作业后的全田效果图(b)、机器工作时正面图(c)和机器工作时侧

面图(d)

Fig. 1 Deep-injected straw incorporation machine: (a) the field operation of the machine; (b) the view of field after machine worked;

2 秸秆富集深层还田对土壤物理特性的影响

还田相比, 深层还田能够使20~30 cm和30~40 cm土

层的土壤容重分别降低11.8%和4.3%, 同时土壤总

孔隙度分别增加15.5%和5.5%。另外, 王秋菊等

[15]

2.1 对土壤容重、孔隙度的影响

农业机械的集约化作业, 造成耕地土壤压实严

重, 犁底层变浅、变硬, 而秸秆富集深层还田能够较

好地改善下部耕层土壤容重。董建新等

[17]

为明确秸秆集条深层还田技术培肥土壤的效果, 在

黑龙江省开展研究并发现玉米秸秆集条深埋后提高

了土壤总孔隙度, 且显著增加了直径>0.05 mm和

0.0002~0.05 mm有效孔隙数量。

在以雨养

农业为主的黑土上采用翻埋犁将玉米秸秆深埋至

30~40 cm, 拟解决东北地区秸秆还田难、还田质量差

的问题。研究结果显示秸秆深埋改善深层土壤容重

效果优于表层, 秸秆常量(15 000 kg·hm

)深层还田

下土壤容重降低2.2%~15.0%, 且随秸秆施入量增大,

容重降幅增大, 但随腐解年限延长而减弱, 而一次性

大剂量(75 000 kg·hm

)秸秆投入后改土成效可以维

持多年。Wu等

−2

[10]

−2

2.2 对土壤水分的影响

秸秆富集深层还田对深层土壤蓄水具显著效应,

能够提供作物所需土壤水分条件, 发挥土壤水库调

蓄作用, 改善土壤的持水供水能力。Wu等

[10]

在华北

平原探究不同秸秆还田方式下土壤水分时空变化,

发现玉米秸秆深层还田显著提高了冬小麦-夏玉米成

熟期0~2 m土壤贮水量, 降低了土壤耗水量, 提高了

水分利用率。秸秆深施下土壤水分具有空间异质性,

为改善华北平原土壤压实、渗透

性恶化等问题, 使用新型秸秆直注式还田机将10 000

kg·hm

玉米秸秆深层还田。研究表明, 与秸秆旋耕

1582

中国生态农业学报(中英文) 2023第 31 卷

第一年

First

year

第二年

Second

year

第三年

Third

year

图 2 秸秆富集深层还田的轮耕示意图(以轮耕周期3年为例)

Fig. 2 Diagram of rotational tillage of deep incorporation of enriched straw

在垂直和水平方向上, 均呈现出距离秸秆层越近土

壤含水量越大, 反之越小的规律。此外, 黄毅等

[18][14]

团聚体转化, 进而创造优越的土壤结构。孟庆英等

[17][23]

为明确秸秆深层还田对土壤团聚体的影响, 于辽宁

省半干旱地区开展土地深开沟后将玉米秸秆整秆埋

入的试验。研究发现, 6000 kg·hm、12 000 kg·hm、

18 000 kg·hm

和24 000 kg·hm玉米秸秆深层还田

下水稳性团聚体以<0.25 mm粒径为主, 这可能是水

分条件造成非水稳性团聚体分解。秸秆富集深层还

田能使大团聚体成为优势粒级且提高土壤团聚度,

一方面可能是因为亚耕层中有机酸、多糖和腐殖酸

等有机胶结物质增多

, 另一方面可能是因为微生物

菌丝和根系的缠绕作用增强

, 从而使土壤小颗粒黏

结成大团粒。

在春秋冬多风的辽西旱农区监测土壤水分变化情况

后发现, 干旱年份下, 富集深层还田玉米秸秆层的含

水量仍保持在16.39%, 且各土层的含水量均明显高

于传统耕作, 表明深层还田具有强大的蓄水、抗旱

能力, 可有效改善耕地土壤“旱、薄、瘦”的状况。南

方降雨充沛, 水稻-小麦系统时常遭受涝灾, Yang等

−2

[19]

−2−2

对长江三角洲湿润农区的研究表明, 水稻秸秆深层

还田(10 000 kg·hm

)可使雨后土壤含水量和水势显

著降低。原因归结于水稻秸秆沟可作为隐藏的排水

通道减少麦田内涝, 且排水效果取决于秸秆的埋深

与分解程度。王胜楠等

−2

[20]

[24]

[25]

为探究深层还田对辽西干

−2

旱地区农田土壤水分特性的影响, 将6000 kg·hm、

12 000 kg·hm

、18 000 kg·hm玉米秸秆深层还田。

试验结果显示, 秸秆深层还田的土壤稳定入渗率均

高于秸秆不还田处理, 此外, 同一水吸力下, 秸秆上

层土壤含水量也表现为上述规律, 说明深层还田后

土壤持水能力增强, 土壤水分利用效率提高。赵永

敢

[21]

3 秸秆富集深层还田对土壤化学特性的影响

3.1 对土壤养分的影响

土壤有效养分含量与秸秆腐解规律密切相关,

一般来说, 不同还田方式下元素的释放速率存在明

显差异, 但整体呈现为钾>磷>碳>氮

腐解速率与埋置深度呈反比

长龙等

[29]

[27-28]

[26]

。另外, 秸秆

[26]

, 但秸秆腐解速率、

−2

探讨秸秆富集深层还田对土壤水分入渗和蒸发

养分释放率均表现为土埋还田大于覆盖还田。李

研究表明, 在吉林省黑土区将12 000 kg·hm

玉米秸秆埋入土壤亚耕层中, 在一个生长季节能够

分解 60%以上。因此相较于旋耕还田, 秸秆以集中

的形式被深埋, 其养分释放较慢且分解后不易矿化

损失, 而是积累在土壤中, 更有益于提升土壤肥力。

Wu等

[10]

的影响, 通过土柱模拟试验发现, 在水分入渗过程中,

秸秆层降低了累积入渗量和湿润锋移动速度, 起到

了阻水减渗作用; 在水分蒸发过程中, 秸秆层隔断了

土壤毛细管, 减少了深层土壤水分蒸散量。

2.3 对土壤团聚体结构的影响

土壤团聚体是土壤结构的基本单位和养分的贮

存库。前人研究表明, 秸秆富集深层还田能够改变

土壤水稳性团聚体的分布组成, 显著增加亚耕层大

团聚体数量, 降低微团聚体含量, 促进微团聚体向大

[22]

发现相比秸秆浅旋还田, 深层还田后下部耕

+−

层的全氮、铵态氮(NH

)和硝态氮(NO

)含量分别

提高61.3%、86.7%和57.1%。作者认为秸秆层改善

了深层土壤微生物生境, 适合其大量繁殖, 从而促进

第 10 期饶越悦等: 秸秆富集深层还田对农田土壤质量影响的研究进展

1583

秸秆分解释放养分, 为氮素积累提供了重要来源。

Yang等

[19,30]

3.3 对土壤盐分的影响

土壤盐渍化是限制干旱半干旱地区农业生产的

主要因素, 通过科学合理的秸秆还田措施, 可有效抑

制盐分表聚, 改善作物生长环境。大量的研究表明,

秸秆富集深层还田结合地表覆盖技术具有显著的耕

层控盐效果。宋佳珅等

−2

[43]

认为富集沟埋水稻秸秆9000 kg·hm对

−2

土壤氮素具有截留作用, 尤其可减少硝态氮淋溶损

失。其有效氮保留机制如下: 首先, 独特的秸秆层阻

止了NO

的淋溶并积聚于40 cm附近; 其次, 中断土

壤基质的连续性可能会减少与水分入渗相关的NO

−

为优化内蒙古河套灌区盐

淋溶; 第三, 秸秆层表面积大可能会吸收NO

; 最后,

秸秆沟中NO

随横向水分运动而减少淋溶。秸秆富

集深层还田对下层土壤速效养分影响较大, 有助于

提高深层土壤速效磷、钾含量

[33]

[31-32]

碱土壤特性, 探究在30 cm土层深处埋设6000

kg·hm

玉米秸秆层结合地膜覆盖对土壤盐分的影响。

研究发现在0~20 cm土层中, “上膜下秸”较常规对照

降低含盐量25.1%~39.5%, 而在20~40 cm土层中“上

膜下秸”降低含盐量20.2%~29.4%。深层还田形成秸

秆隔层, 可破坏土壤毛管孔隙的连续性, 阻止矿化度

高的潜水的蒸发, 表层覆盖则可阻隔土壤与大气的

联系, 降低土壤水分散失, 整体起到隔盐抑盐的作用。

张宏媛

[44]

。秸秆在微生物

的作用下, 释放大量的磷、钾等可溶性元素, 还能产

生有机酸有利于磷素的释放。另外, 秸秆还田促进

溶磷微生物的生长, 激活土壤中的磷, 进一步增加土

壤养分。秸秆富集深层还田能够为作物生长提供

适宜的土壤化学环境, 较好地调节土壤pH

土壤电导率

, 补充土壤有机质及养分。

[34]

[31,35]

, 提高

采用室内土柱模拟明晰玉米秸秆深埋隔层

[36]

构建技术的水盐调控机制, 结果表明与无秸秆隔层

相比, 入渗结束后秸秆隔层处理0~40 cm脱盐率提

高6.64%, 累积潜水蒸发量降低45.10%, 返盐率降低

41.83%。常菲

[45]

3.2 对土壤有机碳的影响

土壤有机碳(soil organic carbon, SOC)是衡量土

壤肥力的重要因素。秸秆富集深层还田对亚耕层土

壤有机碳库影响十分显著, 秸秆的添加、根系分泌

物的增多能够提高有机碳的含量

[20,35]

在后套平原对比几种盐渍土的改良

−2

2−−+

措施, 发现12 000 kg·hm玉米秸秆富集深层还田于

40 cm深土层可降低土壤中SO

、Cl、K含量。秸

秆深层还田结合地表覆盖优化了耕层盐分分布, 阻

断了盐分向上运移, 减少了耕层盐分含量, 促进了作

物生长发育。

; 微生物大量繁

[37]

殖加快秸秆腐解, 同时产生了大量的微生物量碳

;

秸秆腐解促进了土壤团粒结构的形成, 保护了团粒

内部的颗粒有机碳分子。另外, Wang等

−2

[20][38]

发现相

较于10~30 cm还田处理, 10 000 kg·hm水稻秸秆沟

埋40 cm显著提高了土壤碳库管理指数。在一定范

围内, 土壤有机碳含量随秸秆还田量的增加而增加,

并随土层深度的增加呈先增后降的趋势。在时间尺

度上, 较长的还田年限后秸秆腐解完全, 累积土壤有

机碳的效果逐渐减弱, 而连年

[35]

4 秸秆富集深层还田对土壤生物特性的影响

4.1 对土壤微生物的影响

秸秆富集深层还田一定程度上改变了土壤微生

物群落结构

, 提高了微生物的生物量, 增加了微生

物多样性

[37,47]

[46]

或一次性高量秸秆

[39]

[31]

。丛萍等

−2

[48]

探究秸秆深层还田对黑土

深层还田促进有机碳固存明显。丛萍等使用

−2

亚耕层微生物群落结构的影响, 研究表明玉米深层

还田75 000 kg·hm下土壤总磷脂脂肪酸含量显著

增加, 提高了微生物群落的生物量。而关于秸秆深

层还田是否可以增加深层微生物群落多样性的观点

并不一致, 有学者发现秸秆富集深层还田下土壤细

菌和真菌的物种组成与旋耕还田显著不同, Shan-

non多样性指数均明显提高

[28,40]

核磁共振方法发现, 玉米秸秆45 000~75 000 kg·hm

富集深层还田的亚耕层土壤具有较强的烷基碳与氧

烷基碳信号, 与含碳官能团吸收峰低的不还田存在

差异, 说明了秸秆高量富集深层还田能够明显增加

土壤有机碳含量。在秸秆深层还田提高亚耕层土壤

有机碳的机理方面, 相关学者认为, 表层土壤已接近

碳饱和状态, 而深层土壤有机碳含量较低, 因此具有

更大的固碳潜势

碳

[41-42]

[40]

。然而, Zhao等

[16]

认

为, 秸秆深层还田能够提供充足碳源, 有利于富集富

营养微生物, 从而降低整体细菌多样性, 并通过共发

生网络分析明确了亚耕层富集的放线菌与土壤碳氮

循环密切相关。另外, Yang等

−2

[30]

。此外, 深层土壤通气透水性差,

有机质矿化较慢, 有利于秸秆腐解转化为土壤有机

。然而, 秸秆富集深层还田后秸秆碳氮的去向

和分配, 深层还田是否影响温室气体排放, 有待进一

步明确。

在水稻小麦两熟区

对真菌群落的研究表明, 稻秆富集沟埋深还田(9000

kg·hm)在显著增加共生真菌丰度的同时降低病原

真菌丰度, 促进土壤传播有益于植物的真菌, 并推断

1584

中国生态农业学报(中英文) 2023第 31 卷

−2

富集沟埋深还田可能通过改变土壤有机碳含量, 从

而间接影响土壤真菌群落组成的变化。

丛萍等

[51]

针对黄淮海地区进行玉米秸秆12 000 kg·hm、

−2

36 000 kg·hm

富集深层还田的研究也取得了类似的

结果。

4.2 对土壤酶活性的影响

土壤酶活性可以表征土壤的肥力水平和生物学特

征

[47,49]

。在时空尺度上, 土壤酶活性呈初期高、后期

6 秸秆富集深层还田的研究发展趋势

总结来看, 秸秆富集深层还田有助于建立深厚

耕层, 全面提高亚耕层土壤质量。但与覆盖还田、

旋耕还田和翻埋还田相比属于新生事物, 现阶段针

对这项技术的研究仍不足, 需要加强。未来的研究

重点应集中在以下几个方面:

1)全面评估秸秆深层还田技术。秸秆富集深层

还田在全田范围内形成了异质性的养分富集区, 常

规的均匀采样法不能充分评估秸秆富集深层还田所

带来的综合效益, 因此需要建立一种有效的、系统

的评价方法, 着重进行秸秆条带上土壤质量变化的

研究, 并将秸秆条带侧向方向也纳入评估内容中, 全

面地评定深层还田对农田生产力的影响。

2)深层还田对地力培肥的影响及其机制。秸秆

富集深层还田对农田固碳培肥机理尚不明晰, 未来

工作中需揭示富集还田秸秆腐解特征及养分释放规

律, 阐明秸秆富集深层还田调控碳氮周转的关键过

程与生物学机制, 明确地力培肥与深厚耕层构建下

资源高效利用机理及作物生长动态调节过程。

3)深层还田配套机具的优化与智能化实施。目

前, “玉米秸秆机械化富集深层还田技术”已经实现了

作业机具配套和大面积应用, 但高效、低耗、一体

化的作业机具的不断改进仍是制约新技术的主要因

素。因地制宜加强秸秆深层还田配套农机的研发和

优化, 不断提高作业效率、减少能耗将有助于新技

术的应用推广。

低, 随还田深度的增加而逐渐降低的规律, 由于酶活

性变化受多种土壤环境因素的影响, 因此不同土壤

酶变化规律表现不一致。Wu等

[10]

发现秸秆富集深

层还田后亚耕层土壤酶活性升高, 与碎混还田相比

碳、氮代谢相关酶活性显著增加43.2%和50.7%,

可能是因为下部耕层中的微生物活性增加, 从而使

更多的胞外酶合成和分泌, 最终提升了亚耕层土壤

肥力。Ling等

[12]

于华北平原开展了两年秸秆富集深

层还田的研究, 发现在20~40 cm土层中, 相较于覆盖

还田、旋耕还田和深翻还田, 深层还田处理具有最

高的碳、氮和磷循环酶活性。因此, 作者认为深层

还田下有机物和养分可用性增加, 为微生物提供了

生长的能量, 进而增加了微生物活性。关于碳降解

酶活性, Yang等

[30]

发现秸秆深层还田显著降低β-D-

葡萄糖苷酶活性, 认为与土壤扰动使多孢菌的相对

丰度降低有关。秸秆深层还田如何通过改变微生物

群落结构和酶活性的时空分布, 驱动“作物-秸秆-微

生物-土壤”系统碳氮循环过程, 还需要进一步探究。

5 秸秆富集深层还田对作物产量的影响

作物产量是农业生产关注的核心问题, 也是表

征土壤质量的一个重要内容。Islam等

[50]

整合国内

177项研究的1071个数据对, 评估了小麦玉米两熟

制下秸秆还田对产量的影响。结果表明, 秸秆碎混

还田相较于秸秆覆盖还田对于产量的提升更有利。

此外, 秸秆还田在良好的灌溉和施肥条件下, 结合深

耕对产量提升潜力巨大。相对于其他还田方式, 深

层还田能够减少秸秆对出苗的限制, 促进地上部干

物质积累及其向籽粒转运, 增加主要粮食作物(小麦、

玉米、水稻)产量

[10,12,19]

参考文献 References

[1]王红彦, 王飞, 孙仁华, 等. 国外农作物秸秆利用政策法规

综述及其经验启示[J]. 农业工程学报, 2016, 32(16): 216−222

WANG H Y, WANG F, SUN R H, et al. Policies and

regulations of crop straw utilization of foreign countries and its

experience and inspiration for China[J]. Transactions of the

Chinese Society of Agricultural Engineering, 2016, 32(16):

216−222

[2]霍丽丽, 姚宗路, 赵立欣, 等. 秸秆综合利用减排固碳贡献

。秸秆深层还田增产的主要

[10]

原因是明显的土壤改良效果, 从而提高作物有效穗

数及千粒重, 进而获得较好的产量效益

; 此外, 秸秆

深层还田一定程度上降低了病虫害的产生。深层还

田提升产量的效应可能有滞后性, Yang等

[19]

实施沟

与潜力研究[J]. 农业机械学报, 2022, 53(1): 349−359

HUO L L, YAO Z L, ZHAO L X, et al. Contribution and

potential of comprehensive utilization of straw in GHG

emission reduction and carbon sequestration[J]. Transactions of

the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2022, 53(1):

349−359

[3]李廷亮, 王宇峰, 王嘉豪, 等. 我国主要粮食作物秸秆还田

埋还田4年后, 小麦表现出增产效果。另外, 富集的

秸秆层是否会抑制作物根系下扎是深层还田研究中

广受关注的问题。Wu等

[10]

的研究表明, 玉米秸秆深

层还田后,下茬小麦根系下扎未受到秸秆层的影响,

且深层还田下作物产量较碎混还田显著增加11.9%。

第 10 期饶越悦等: 秸秆富集深层还田对农田土壤质量影响的研究进展

Advances in Agronomy, 2019, 154: 257–290

1585

养分资源量及其对小麦化肥减施的启示[J]. 中国农业科学,

2020, 53(23): 4835−4854

LI T L, WANG Y F, WANG J H, et al. Nutrient resource

quantity from main grain crop straw incorporation and its

enlightenment on chemical fertilizer reduction in wheat

production in China[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2020,

53(23): 4835−4854

[4]WU J, KONG S F, WU F Q, et al. The moving of high emission

[14]黄毅, 王瑞丽, 赵凯. 辽西旱农区深层水肥调控对土壤主要

物理性质和玉米产量的影响[J]. 干旱地区农业研究, 2013,

31(1): 8−13

HUANG Y, WANG R L, ZHAO K. Effects of deep moisture

and fertility regulation on main physical properties of soil and

yield of maize in dryland regions in western Liaoning

Province[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2013,

31(1): 8−13

[15]王秋菊, 刘峰, 焦峰, 等. 秸秆粉碎集条深埋机械还田对土

for biomass burning in China: view from multi-year emission

estimation and human-driven forces[J]. Environment

International, 2020, 142: 105812

[5]BERHANE M, XU M, LIANG Z Y, et al. Effects of long-term

壤物理性质的影响[J]. 农业工程学报, 2019, 35(17): 43−49

WANG Q J, LIU F, JIAO F, et al. Effects of strip-collected

chopping and mechanical deep-buried return of straw on

physical properties of soil[J]. Transactions of the Chinese

Society of Agricultural Engineering, 2019, 35(17): 43−49

[16]ZHAO D Q, LING J, WU G, et al. The incorporation of straw

straw return on soil organic carbon storage and sequestration

rate in North China upland crops: a meta-analysis[J]. Global

Change Biology, 2020, 26(4): 2686−2701

[6]宋大利, 侯胜鹏, 王秀斌, 等. 中国秸秆养分资源数量及替

代化肥潜力[J]. 植物营养与肥料学报, 2018, 24(1): 1−21

SONG D L, HOU S P, WANG X B, et al. Nutrient resource

quantity of crop straw and its potential of substituting[J].

Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2018, 24(1): 1−21

[7]申源源, 陈宏. 秸秆还田对土壤改良的研究进展[J]. 中国农

into the subsoil increases C, N, and P enzyme activities and

nutrient supply by enriching distinctive functional

microorganisms[J]. Land Degradation & Development, 2023,

34(5): 1297−1310

[17]董建新, 丛萍, 刘娜, 等. 秸秆深还对黑土亚耕层土壤物理

学通报, 2009, 25(19): 291−294

SHEN Y Y, CHEN H. The progress of study on soil

improvement research with straw stalk[J]. Chinese Agricultural

Science Bulletin, 2009, 25(19): 291−294

[8]王毅, 张俊清, 况帅, 等. 施用小麦秸秆或其生物炭对烟田

性状及团聚体分布特征的影响[J]. 土壤学报, 2021, 58(4):

921−934

DONG J X, CONG P, LIU N, et al. Effects of deep straw

incorporation on subsoil physical properties and aggregate

distribution in black soil[J]. Acta Pedologica Sinica, 2021,

58(4): 921−934

[18]孔德刚, 张帅, 常晓慧, 等. 坡耕地中秸秆深施蓄水效果的

土壤理化特性及有机碳组分的影响[J]. 植物营养与肥料学

报, 2020, 26(2): 285−294

WANG Y, ZHANG J Q, KUANG S, et al. Effects of wheat

straw and its biochar application on soil physiochemical

properties and organic carbon fractions in flue-cured tobacco

field[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2020, 26(2):

285−294

[9]HUANG T T, YANG N, LU C, et al. Soil organic carbon, total

试验研究[J]. 东北农业大学学报, 2011, 42(2): 48−53

KONG D G, ZHANG S, CHANG X H, et al. Experimental

study on accumulating moisture effect by burring straw deeply

in sloping field[J]. Journal of Northeast Agricultural University,

2011, 42(2): 48−53

[19]YANG H S, ZHAI S L, LI Y F, et al. Waterlogging reduction

nitrogen, available nutrients, and yield under different straw

returning methods[J]. Soil and Tillage Research, 2021, 214:

105171

[10]WU G, LING J, ZHAO D Q, et al. Deep-injected straw

and wheat yield increase through long-term ditch-buried straw

return in a rice-wheat rotation system[J]. Field Crops Research,

2017, 209: 189−197

[20]王胜楠, 邹洪涛, 张玉龙, 等. 秸秆集中深还田对土壤水分

incorporation improves subsoil fertility and crop productivity in

a wheat-maize rotation system in the North China Plain[J]. Field

Crops Research, 2022, 286: 108612

[11]窦森. 秸秆“富集深还”新模式及工程技术[J]. 土壤学报,

特性及有机碳组分的影响[J]. 水土保持学报, 2015, 29(1):

154−158

WANG S N, ZOU H T, ZHANG Y L, et al. Effect of straw deep

returning on the soil water features and soil organic carbon

components[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2015,

29(1): 154−158

[21]赵永敢. “上膜下秸”调控河套灌区盐渍土水盐运移过程与机

2019, 56(3): 553−560

DOU S. New model of “straw enrichment and deep

incorporation” and engineering techniques[J]. Acta Pedologica

Sinica, 2019, 56(3): 553−560

[12]LING J, ZHOU J, WU G, et al. Deep-injected straw

理[D]. 北京: 中国农业科学院, 2014

ZHAO Y G. The process and mechanism of integrated effects of

plastic mulch and buried straw layer on soil water and salt

movement in the Hetao Irrigation District[D]. Beijing: Chinese

Academy of Agricultural Sciences, 2014

[22]SIX J, BOSSUYT H, DEGRYZE S, et al. A history of research

incorporation enhances subsoil quality and wheat

productivity[J]. Plant and Soil, 2022: 1–14

[13]YANG H S, ZHOU J J, FENG J X, et al. Ditch-buried straw

return: a novel tillage practice combined with tillage rotation

and deep ploughing in rice-wheat rotation systems[J].on the link between (micro)aggregates, soil biota, and soil

1586

中国生态农业学报(中英文) 2023第 31 卷

organic matter dynamics[J]. Soil and Tillage Research, 2004,

79(1): 7−31

[23]孟庆英, 邹洪涛, 韩艳玉, 等. 秸秆还田量对土壤团聚体有

[33]

CHEN Y, AVNIMELECH Y. The Role of Organic Matter in

Modern Agriculture[M]. Dordrecht: Springer Netherlands, 1986

[34]谭德水, 金继运, 黄绍文, 等. 长期施钾与秸秆还田对华北

机碳和玉米产量的影响[J]. 农业工程学报, 2019, 35(23):

119−125

MENG Q Y, ZOU H T, HAN Y Y, et al. Effects of straw

application rates on soil aggregates, soil organic carbon content

and maize yield[J]. Transactions of the Chinese Society of

Agricultural Engineering, 2019, 35(23): 119−125

[24]BOSSUYT H, DENEF K, SIX J, et al. Influence of microbial

潮土和褐土区作物产量及土壤钾素的影响[J]. 植物营养与肥

料学报, 2008, 14(1): 106−112

TAN D S, JIN J Y, HUANG S W, et al. Effect of long-term

application of potassium fertilizer and wheat straw to soil on

yield of crops and soil potassium in fluvo-aquic soil and brown

soil of northcentral China[J]. Plant Nutrition and Fertilizer

Science, 2008, 14(1): 106−112

[35]鲁强, 窦森, 孙建华, 等. 连年与隔年秸秆深还对土壤物理性populations and residue quality on aggregate stability[J].

Applied Soil Ecology, 2001, 16(3): 195−208

[25]TISDALL J M. Possible role of soil microorganisms in

质及养分含量的影响[J]. 吉林农业大学学报, 2021: 1–10

/kcms/detail/22.1100.S.20210604.1732.006.

html

LU Q, DOU S, SUN J H, et al. Effects of corn stover deep

incorporation in successive years and every other years on soil

physical properties and nutrients[J]. Journal of Jilin Agricultural

University, 2021: 1–10 /kcms/detail/22.1100.

[36]吴三鼎, 董强, 党廷辉. 减量施氮及秸秆深埋对春玉米地土

aggregation in soils[J]. Plant and Soil, 1994, 159(1): 115−121

[26]李忠义, 唐红琴, 蒙炎成, 等. 不同还田方式下拉巴豆秸秆

腐解及养分释放特征[J]. 中国土壤与肥料, 2017(2): 130−135

LI Z Y, TANG H Q, MENG Y C, et al. Characteristics of

decomposition and nutrients release of Dolichos lablab L. straw

under different incorporation methods[J]. Soils and Fertilizers

Sciences in China, 2017(2): 130−135

[27]李新举, 张志国, 李贻学. 土壤深度对还田秸秆腐解速度的

壤电导率和硝态氮淋溶的影响[J]. 水土保持学报, 2018,

32(6): 46−51

WU S D, DONG Q, DANG T H. Effects of reduced nitrogen

application and deep burial of straw on soil electrical

conductivity and nitrate nitrogen leaching in spring maize

field[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2018, 32(6):

46−51

[37]许明敏, 冯金侠, 陈卫平, 等. 秸秆集中沟埋还田对土壤氮

影响[J]. 土壤学报, 2001, 38(1): 135−138

LI X J, ZHANG Z G, LI Y X. Effects of soil depth on decay

speed of straw[J]. Acta Pedologica Sinica, 2001, 38(1): 135−138

[28]葛选良, 钱春荣, 宫秀杰, 等. 东北北部不同埋深玉米秸秆

腐解进程及效应的研究[J]. 东北农业科学, 2022, 47(5):

57−61, 155

GE X L, QIAN C R, GONG X J, et al. Research on

decomposition process and effect of different buried depth of

maize straw in north of northeastern China[J]. Journal of

Northeast Agricultural Sciences, 2022, 47(5): 57−61, 155

[29]李长龙, 窦森. 玉米秸秆不同埋置深度的分解率对比试

素分布及微生物群落的影响[J]. 农业环境科学学报, 2016,

35(10): 1960−1967

XU M M, FENG J X, CHEN W P, et al. Effects of ditch-buried

straw return on nitrogen distribution and microbial community

in the straw-soil inter-face[J]. Journal of Agro-Environment

Science, 2016, 35(10): 1960−1967

[38]WANG X H, YANG H S, LIU J, et al. Effects of ditch-buried

验[J]. 吉林农业, 2015(6): 62

LI C L, DOU S. Comparative experiment on decomposition rate

of corn stalk at different burial depths[J]. Agriculture of Jilin,

2015(6): 62

[30]YANG H S, LI Y F, ZHAI S L, et al. Long term ditch-buried

straw return on soil organic carbon and rice yields in a rice-

wheat rotation system[J]. CATENA, 2015, 127: 56−63

[39]丛萍, 逄焕成, 王婧, 等. 粉碎与颗粒秸秆高量还田对黑土straw return affects soil fungal community structure and carbon-

degrading enzymatic activities in a rice-wheat rotation

system[J]. Applied Soil Ecology, 2020, 155: 103660

[31]丛萍, 李玉义, 王婧, 等. 秸秆一次性深埋还田量对亚表层

亚耕层土壤有机碳的提升效应[J]. 土壤学报, 2020, 57(4):

811−823

CONG P, PANG H C, WANG J, et al. Effect of returning

chopped and pelletized straw at a high rate enhancing soil

organic carbon in subsoil of farmlands of black soil[J]. Acta

Pedologica Sinica, 2020, 57(4): 811−823

[40]CHENU C, ANGERS D A, BARRÉ P, et al. Increasing organic

土壤肥力质量的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2020, 26(1):

74−85

CONG P, LI Y Y, WANG J, et al. Effect of one-off bury of

different amounts of straws at 40 cm deep on subsoil fertility[J].

Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2020, 26(1): 74−85

[32]黄莹, 窦森, 高洪军, 等. 不同深还秸秆用量对黑土腐殖质

stocks in agricultural soils: knowledge gaps and potential

innovations[J]. Soil and Tillage Research, 2019, 188: 41−52

[41]董珊珊, 窦森, 邵满娇, 等. 秸秆深还不同年限对黑土腐殖

组成的影响[J]. 吉林农业大学学报, 2020, 42(5): 545−551

HUANG Y, DOU S, GAO H J, et al. Effects of corn strover

deep incorporation with different amounts on the composition of

humus in black soil[J]. Journal of Jilin Agricultural University,

2020, 42(5): 545−551

质组成和胡敏酸结构特征的影响[J]. 土壤学报, 2017, 54(1):

150−159

DONG S S, DOU S, SHAO M J, et al. Effect of corn stover

deep incorporation with different years on composition of soil

第 10 期饶越悦等: 秸秆富集深层还田对农田土壤质量影响的研究进展

1587

humus and structural characteristics of humic acid in black

soil[J]. Acta Pedologica Sinica, 2017, 54(1): 150−159

[42]朱姝, 窦森, 关松, 等. 秸秆深还对土壤团聚体中胡敏素结

[47]

马云华, 魏珉, 王秀峰. 日光温室连作黄瓜根区微生物区系

及酶活性的变化[J]. 应用生态学报, 2004, 15(6): 1005−1008

MA Y H, WEI M, WANG X F. Variation of microflora and

enzyme activity in continuous cropping cucumber soil in solar

greenhouse[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2004,

15(6): 1005−1008

[48]丛萍, 王婧, 董建新, 等. 秸秆还田对黑土亚表层微生物群

构特征的影响[J]. 土壤学报, 2016, 53(1): 127−136

ZHU S, DOU S, GUAN S, et al. Effect of corn stover deep

incorporation on composition of humin in soil aggregates[J].

Acta Pedologica Sinica, 2016, 53(1): 127−136

[43]宋佳珅, 张宏媛, 常芳弟, 等. 亚表层培肥结合地膜覆盖对

落结构的影响特征及原因分析[J]. 农业工程学报, 2020,

36(1): 109−118

CONG P, WANG J, DONG J X, et al. Effects and analysis of

straw returning on subsoil microbial community structure in

black soil[J]. Transactions of the Chinese Society of

Agricultural Engineering, 2020, 36(1): 109−118

[49]周礼恺, 张志明, 曹承绵. 土壤酶活性的总体在评价土壤肥

河套灌区盐碱土壤有机碳和无机碳的影响[J]. 中国生态农业

学报(中英文), 2023, 31(3): 385−395

SONG J S, ZHANG H Y, CHANG F D, et al. Effects of

subsurface organic ameliorant combined with film mulching on

saline soil organic and inorganic carbon in Hetao Irrigation

District[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2023, 31(3):

385−395

[44]张宏媛. 基于CT技术秸秆隔层与亚表层培肥的水盐调控机制

力水平中的作用[J]. 土壤学报, 1983, 20(4): 413−418

ZHOU L K, ZHANG Z M, CAO C M. On the role of the totality

of soil enzyme activity in the evaluation of the level of soil

fertility[J]. Acta Pedologica Sinica, 1983, 20(4): 413−418

[50]ISLAM M U, GUO Z C, JIANG F H, et al. Does straw return

研究[D]. 北京: 中国农业科学院, 2019

ZHANG H Y. Study on water and salt regulation mechanism of

straw interlayer and subsurface fertilization based on CT

scanning technology[D]. Beijing: Chinese Academy of

Agricultural Sciences, 2019

[45]常菲. 内蒙古后套平原盐渍土几种改良措施的对比研究[D].

increase crop yield in the wheat-maize cropping system in

China? A meta-analysis[J]. Field Crops Research, 2022, 279:

108447

[51]丛萍, 李玉义, 高志娟, 等. 秸秆颗粒化高量还田快速提高

呼和浩特: 内蒙古农业大学, 2019

CHANG F. Comparative study on several improvement

measures of saline soil in Houtao Plain of Inner Mongeolia[D].

Hohhot: Inner Mongolia Agricultural University, 2019

[46]ZHU F N, LIN X X, GUAN S, et al. Deep incorporation of corn

土壤有机碳含量及小麦玉米产量[J]. 农业工程学报, 2019,

35(1): 148−156

CONG P, LI Y Y, GAO Z J, et al. High dosage of pelletized

straw returning rapidly improving soil organic carbon content

and wheat-maize yield[J]. Transactions of the Chinese Society

of Agricultural Engineering, 2019, 35(1): 148−156

straw benefits soil organic carbon and microbial community

composition in a black soil of Northeast China[J]. Soil Use and

Management, 2022, 38(2): 1266−1279

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秸秆富集深层还田对农田土壤质量影响的研究进展

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