作物秸稈還田及秸稈促腐劑的應(yīng)用研究概述

摘" 要：作物秸稈含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，秸稈還田可以改善土壤理化性質(zhì)、增強土壤耕性、促進作物生長，同時也是實現(xiàn)作物秸稈資源化利用的重要途徑；然而秸稈還田腐解速度緩慢，會影響作物的耕種及前期生長。秸稈促腐劑因能夠加速作物秸稈的腐解而得到廣泛應(yīng)用并受到研究關(guān)注。概述了我國作物秸稈利用的歷史與現(xiàn)狀、秸稈還田對土壤及作物的影響，從秸稈促腐劑的作用研究、促腐劑產(chǎn)品的研究與應(yīng)用方面綜述了秸稈促腐劑的應(yīng)用與研究進展，以期有利于秸稈促腐劑的研制發(fā)展與推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：秸稈利用；秸稈還田；秸稈促腐劑

中圖分類號：S216.2"""""""""""""""""""""""""""""""""""""" 文獻標志碼：A""""" 文章編號：1673-6737（2024）05-0051-04

基金項目：北大荒黑土地保護性利用模式研究；“輕潔”化種植及碳中和技術(shù)研究專項（KJZX202204-10）。

收稿日期：2023-11-14

作者簡介：趙婷婷（1990—），女，碩士，從事農(nóng)業(yè)微生物以及水稻栽培相關(guān)工作。

Overview of Application and Research of Crop Straw Returning to Field and Straw Decomposition Accelerator

ZHAO Ting-ting ， LI Peng ， LI De-ping ， HE Dan ， JIANG Hong ， DAI Hong-xi ， WEN Xiao-ying

（Institute of Agricultural Resources and Environment， Heilongjiang Academy of Agricultural Reclamation Sciences， Harbin 150038， China）

Abstract： Crop straw contains rich nutrients. Returning straw to field can improve soil physical and chemical properties， enhance soil tillage and promote crop growth， and is also an important way to realize resource utilization of crop straw. However， the decomposition rate of straw is slow， which will affect the cultivation and early growth of crops. Straw decomposition accelerators have been widely used and paid attention to because they can accelerate the decomposition of crop straw. In this paper， the history and present situation of crop straw utilization in China， the influence of straw returning to soil and crops were summarized， and the application and research progress of straw decomposition accelerators were reviewed from the aspects of the function of straw decomposition accelerators and the research and application of straw decomposition accelerators.

Key words： Straw utilization; Returning straw to the field; Straw decomposition accelerator

作物秸稈中含有碳、氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫等多種營養(yǎng)元素，同時富含纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和蛋白質(zhì)等有機物質(zhì)，是一種具有多用途的、可再生的重要生物資源，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的營養(yǎng)源之一。

1" 我國作物秸稈利用的歷史與現(xiàn)狀

我國對作物秸稈的利用歷史可以追溯到農(nóng)耕時代。長久以來，人們將秸稈視為修繕房屋、制作生活用品的重要原材料，也將其用于牲畜的飼料、炊事的燃料等。

改革開放初期，我國農(nóng)業(yè)整體生產(chǎn)水平和產(chǎn)量都處于一個較低的狀態(tài)，作物秸稈總體數(shù)量較少，秸稈被用于墊圈和喂養(yǎng)牲畜，部分用于制作農(nóng)家肥，更多的部分用作了燃料；在東北地區(qū)，大多數(shù)剩余的秸稈直接作為燃料燃燒用于冬季取暖[1]。隨著時代的發(fā)展和農(nóng)業(yè)技術(shù)的升級，我國從20世紀90年代開始，糧食作物產(chǎn)量逐年提升，大量的秸稈也隨之增加；但隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，煤氣、液化天然氣被普及，家用電器興起并被廣泛使用，人們對秸稈的需求不斷下降，大量秸稈資源得不到有效利用，出現(xiàn)秸稈廢棄或露天焚燒現(xiàn)象，造成環(huán)境污染、資源浪費[2-3]。對作物秸稈進行綜合利用，將其變廢為寶，對實現(xiàn)資源循環(huán)利用、保護生態(tài)環(huán)境、加快農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟和低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

"目前，我國作物秸稈綜合利用有秸稈肥料化、飼料化、基料化、能源化和原料化利用五個方向[4]。據(jù)悉，近年來，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部門高度重視秸稈綜合利用工作，深入實施秸稈綜合利用行動，持續(xù)提升全國秸稈綜合利用效能，推動各地因地制宜形成肥料化、飼料化為主，兼顧能源化、基料化、原料化的多元利用格局。全國玉米、水稻、小麥、油菜、大豆、棉花等主要農(nóng)作物的秸稈產(chǎn)生量為8.65億t，可收集量7.31億t，綜合利用率達88.1%，肥料化、飼料化、能源化、基料化、原料化利用率分別為57.6%、20.7%、8.3%、0.7%和0.8%[5]。這些數(shù)據(jù)反映了我國在秸稈綜合利用方面的努力和成效，其中秸稈肥料化利用率達到57.6%，表明秸稈通過還田的方式被有效地利用；秸稈還田作為實現(xiàn)秸稈資源化利用的重要途徑、提升農(nóng)田土壤肥力的重要手段，已在我國秸稈綜合利用中占據(jù)主導地位。

2" 秸稈還田對土壤及作物的影響

2.1" 秸稈還田對土壤的影響

秸稈還田對于土壤的改良起到較為重要的作用。將秸稈還田可以促進土壤中微生物的活動與繁殖，隨著微生物的發(fā)育量逐漸上升，土壤內(nèi)部所固化的氮素含量會逐漸提高。長期耕種的土壤，肥力會逐漸下降，秸稈還田可緩解土壤肥力下降問題，提高土壤中的氮素、有效磷含量及鉀含量，同時經(jīng)過腐質(zhì)化分解與縮合后產(chǎn)生的腐殖質(zhì)可優(yōu)化土壤的團粒結(jié)構(gòu)、增加土壤蓄水保墑能力、提高土壤有機質(zhì)含量、降低土壤容重、使土壤耕性更強[6-7]。

2.2" 秸稈還田對作物的影響

秸稈還田后的碳氮比通常比較高，而適宜土壤微生物活動的碳氮比較低，微生物在分解秸稈時會大量消耗土壤中的氮素，產(chǎn)生與作物生長發(fā)育“爭氮”情況，導致秸稈還田后作物生長前期受到抑制，因此需要秸稈與化肥進行優(yōu)化配施，從而使其碳氮比趨于平衡，以確保土壤中的微生物活動能夠順利進行，同時保障作物的正常生長[8]。

徐國偉[9]研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田增加了水稻灌漿后期的葉片光合速率、根系活力以及ATW硝酸還原酶的活性，促進水稻根系吸收養(yǎng)分，促進地上部生長。秸稈還田能增加土壤有機質(zhì)，改良土壤結(jié)構(gòu)，使土壤疏松，從而提高微生物活力和促進作物根系的發(fā)育。此外，秸稈還田具有增加作物產(chǎn)量的作用。朱萍等[10]的研究表明，秸稈還田可以增加水稻有效穗，從而提高水稻產(chǎn)量。劉冬碧等[11]的研究表明：在配施氮、磷、鉀肥基礎(chǔ)上，10 a時間里水稻-小麥輪作20季作物連續(xù)秸稈還田，水稻和小麥的子粒、秸稈均有增產(chǎn)；秸稈還田在一定程度上提高作物子粒中氮的含量和秸稈中鉀的含量，顯著提高作物氮、鉀吸收量，但對作物磷吸收量影響不顯著；秸稈還田對提高作物產(chǎn)量和促進養(yǎng)分吸收的效應(yīng)表現(xiàn)為小麥＞水稻，鉀＞氮＞磷。

3" 秸稈促腐劑的應(yīng)用與研究進展

3.1" 秸稈促腐劑的作用研究

秸稈腐解是一個復雜且漫長的過程，而且秸稈還田后可能存在土壤碳氮比失衡、土壤環(huán)境水分不足、微生物含量相對較少、秸稈數(shù)量過多、環(huán)境溫度不適宜等因素，使得秸稈腐解速度更加緩慢。在我國北方地區(qū)，秋季作物收獲后，適宜秸稈還田的時間約為40 d；秋季氣溫逐漸降低，凍土層的形成和微生物活動的減少對秸稈的分解速度產(chǎn)生影響，加上入冬后氣溫低、冬季時間長，秸稈還田腐解速度十分緩慢，進而影響次年作物播種質(zhì)量、肥料利用效率、作物生長發(fā)育及農(nóng)事操作等[12]。

在秸稈還田時加入微生物菌劑等物質(zhì)使秸稈高速、充分腐解，成為解決秸稈還田后腐解速度慢問題的有效途徑之一，而這類生物制劑即為秸稈促腐劑（也稱秸稈腐熟劑）。

作物秸稈促腐劑是含有真菌、放線菌等一種或多種微生物并且能夠促使作物秸稈加速腐解的生物制劑，其中包含的微生物可以在環(huán)境適宜的條件下迅速生長繁衍并產(chǎn)生大量分泌物，這些分泌物中含有可降解的酶類以及具有腐解功能的物質(zhì)，以促進秸稈分解，產(chǎn)生土壤可以利用的各種養(yǎng)分物質(zhì)，實現(xiàn)秸稈資源循環(huán)利用[13-14]。

作物秸稈主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等組成，其中纖維素含量較高，半纖維素的含量僅次于纖維素，纖維素和半纖維素的水解都是通過一系列酶的作用完成的。具有天然纖維素降解能力的微生物種類較多，主要包括細菌、真菌以及放線菌等，其產(chǎn)生的纖維素酶在秸稈物質(zhì)的降解過程中發(fā)揮了極大的作用[15-16]。對纖維素作用較強的多為木霉屬（Trichoderma）、青霉屬（Penicillium）、曲霉屬（Aspergillus）和枝頂孢屬（Acremonium）的菌株，其中木霉屬是迄今所知形成和分泌纖維素酶系成分最全面、活力最高的一個屬[17]。能夠降解半纖維素的微生物種類也較多，包括瑞士木霉、嗜熱放線菌、產(chǎn)黃纖維單抱菌等。

木質(zhì)素雖然含量低于纖維素和半纖維素，但卻是自然界中僅次于纖維素的第二大可再生資源。木質(zhì)素的分解過程主要是細胞內(nèi)切和外切酶互作的氧化過程，這一過程涉及到多種酶的協(xié)同作用，這些酶以不同的聯(lián)合形式在木質(zhì)素的代謝中起到重要的作用，最終將木質(zhì)素降解為含有芳香族和脂肪族羥基基團的產(chǎn)物[18]。

將秸稈促腐劑應(yīng)用到秸稈還田中成為了諸多學者深入研究的重點，2015年農(nóng)業(yè)部印發(fā)《耕地質(zhì)量保護與提升行動方案》，我國學者對秸稈促腐劑的研究也逐漸深入。農(nóng)傳江等[19]研究發(fā)現(xiàn)，有機物料腐熟劑能明顯促進水稻秸稈、玉米秸稈腐解并提高腐殖酸量。朱萍等[10]采用大田試驗研究了秸稈連續(xù)還田配施腐熟劑對土壤性狀和水稻產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明：秸稈還田添加腐熟劑可以加速秸稈分解，提高土壤有機質(zhì)和速效鉀的積累量，提高水稻千粒重，有利于土壤養(yǎng)分的積累和水稻產(chǎn)量的提高。朱遠芃等[20]研究發(fā)現(xiàn)：田間堆腐小麥秸稈時添加氮肥或腐熟劑均能顯著加速小麥秸稈腐解（質(zhì)量損失加快）；氮肥和腐熟劑組合能顯著增加小麥秸稈腐解過程中過氧化物酶活性，協(xié)同促進小麥秸稈腐解；添加氮肥主要通過提高水解酶活性加速小麥秸稈腐解，而添加腐熟劑主要通過促進氧化酶活性加速小麥秸稈腐解，同時添加氮肥和腐熟劑主要通過提高氧化酶活性加速小麥秸稈腐解。

秸稈促腐劑的施用，對促進還田作物秸稈腐解、增加土壤養(yǎng)分積累、提高作物產(chǎn)量以及保護環(huán)境都有著十分重要的意義。

3.2" 促腐劑產(chǎn)品的研究與應(yīng)用

國外在20世紀中期就已經(jīng)開始應(yīng)用接種促進腐解的相關(guān)制劑來縮短堆肥的發(fā)酵時間，并且隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，這一領(lǐng)域的研究和應(yīng)用也在不斷深入和拓展。

具體來說，這一技術(shù)在20世紀40年代的美國就已經(jīng)開始應(yīng)用，當時通過在堆肥的原料中接種細菌，使堆肥時間縮短了1～3 d。到了20世紀70年代，日本研制出了EM菌劑，這種菌劑在堆肥中的應(yīng)用進一步提高了效率，能夠在10～15 d內(nèi)將垃圾腐熟，顯著加快了堆肥的降解速度[21]。這些技術(shù)不僅縮短了堆肥的周期，還提高了堆肥的質(zhì)量，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護帶來了積極的影響。

近年來，隨著科技的進步和研究的深入，國外在堆肥接種微生物菌劑方面取得了更多的進展。許多學者致力于研究堆肥中不同作用的微生物，并進行了優(yōu)質(zhì)高效菌種的篩選和接種。這些研究不僅豐富了堆肥接種微生物菌劑的理論基礎(chǔ)，還為實際應(yīng)用提供了更多的技術(shù)支持。

1994年我國從日本引進酵素菌原菌及其產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)[22]。在引進初期，由于酵素菌肥具有促進植物生長和提高作物抗性的特性，我國將其劃分到微生物肥料類別；隨著對酵素菌技術(shù)的深入研究和應(yīng)用，人們逐漸認識到其在改善土壤微生態(tài)、減少土傳病害發(fā)生方面的獨特作用，進一步證實了將其歸類為微生物肥料是恰當?shù)?，并且其相?yīng)的微生物制劑也得到了廣泛應(yīng)用；大量科學試驗研究表明，酵素菌對動物糞便類有機物料同樣具有功效，最終該類微生物制劑被確定為有機物料腐熟劑。

近年來，我國在秸稈促腐劑的研究和應(yīng)用方面取得了顯著的進展。研究人員通過對不同類型秸稈的促腐劑進行研究，發(fā)現(xiàn)某些特定的微生物或化學物質(zhì)能夠顯著提高秸稈的腐解速度。這些研究不僅涉及促腐劑的種類和配比，還包括它們在不同環(huán)境條件下的應(yīng)用效果，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了科學依據(jù)。

目前，我國秸稈促腐劑產(chǎn)品的市面銷售劑型包括粉劑、顆粒劑、液體劑三類，不同的秸稈促腐劑所對應(yīng)的農(nóng)作物不同，具體還可以劃分為玉米秸稈促腐劑、水稻秸稈促腐劑、小麥秸稈促腐劑、果蔬經(jīng)濟類作物秸稈促腐劑等。今后促腐劑的研制或?qū)⑿枰嗫山到饨斩挼奈⑸锞鷦?、耐低溫的促腐菌劑及具有較強降解功能的菌株，通過多重組合的方式成為復合的菌群，從而更迅速地降解作物秸稈、實現(xiàn)秸稈還田后的高效腐熟。

4" 結(jié)語

隨著我國秸稈綜合利用效能的提升，秸稈通過還田的方式被有效利用，秸稈還田成為提升農(nóng)田土壤肥力的重要手段?？茖W進行秸稈還田，對土壤及作物都有著積極的影響。然而，秸稈腐解還田是一個漫長的過程，腐解速度過于緩慢給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了風險。秸稈促腐劑的合理施用可加快還田作物秸稈的腐解速度，秸稈促腐劑的研究與應(yīng)用對于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

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