日前,，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)研究團(tuán)隊在國際學(xué)術(shù)期刊《Resources, Conservation & Recycling》發(fā)表論文，該研究分析揭示了全國范圍內(nèi)秸稈還田加速土壤酸化的第一個證據(jù),，為可持續(xù)秸稈利用和土壤酸化修復(fù)提供了新的見解,，該研究認(rèn)為：

• 除酸性和中性旱地土壤外,，秸稈還田加劇而不是逆轉(zhuǎn)了中國主要農(nóng)田的土壤酸化,；
• 估計秸稈還田將分別導(dǎo)致77%和80%的旱地和水田土壤酸化；
• 過量的秸稈還田不僅會造成秸稈資源的浪費,，還會對農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生負(fù)面影響,。

文章信息

文章標(biāo)題：Straw return exacerbates soil acidification in major Chinese croplands

發(fā)表期刊：《Resources, Conservation & Recycling》

影響因子：13.2

第一單位：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)

通訊作者：郭景恒 教授

發(fā)表日期：2023-08

研究摘要

秸稈還田被廣泛推薦為氣候智能型農(nóng)業(yè)的一種做法。目前普遍認(rèn)為秸稈還田能夠緩解土壤酸化,，盡管這一假設(shè)尚未在大面積地區(qū)得到檢驗,。在本研究中作者跟據(jù)中國的三個數(shù)據(jù)集評估了其對土壤酸化的貢獻(xiàn)。結(jié)果表明,，在 145 項田間實驗研究中大部分點位秸稈還田加劇了土壤酸化,。秸稈引起的土壤 pH 值變化幅度與土壤初始 pH 值呈負(fù)相關(guān)。旱地和水田的臨界初始土壤 pH 值分別為 6.7 和 5.4,，高于該值秸稈還田會導(dǎo)致土壤進(jìn)一步酸化,。研究估計秸稈還田將分別加劇 77% 和 80% 旱地和水田的土壤酸化。該研究分析揭示了全國范圍內(nèi)秸稈還田加速土壤酸化的第一個證據(jù),，為可持續(xù)秸稈利用和土壤酸化修復(fù)提供了新的見解,。

研究背景及目的

秸稈還田是否也能緩解較大地理區(qū)域酸性較弱土壤的土壤酸化,，目前尚不清楚。此外,，決定弱酸性土壤因秸稈還田而酸化平衡的主要驅(qū)動因素尚未得到充分研究,。本研究的主要目的是評估秸稈還田對不同土地利用類型和土壤 pH 范圍內(nèi)土壤酸化的影響,。為了實現(xiàn)這一目標(biāo),，研究使用中國各地的三個數(shù)據(jù)集進(jìn)行了綜合分析。研究首先介紹了過去四十年（1980-2020）秸稈還田量的快速增長,。然后,，根據(jù) 122 篇已發(fā)表的科學(xué)研究，在全國范圍內(nèi)進(jìn)行了 145 項田間實驗,，以評估秸稈引起的土壤 pH 變化及其主要驅(qū)動因素,。最后，估計了全國范圍內(nèi)和六個農(nóng)業(yè)區(qū)秸稈引起的土壤酸化的風(fēng)險,。

研究結(jié)果

3.1 政策驅(qū)動秸稈還田量增加

隨著糧食產(chǎn)量的增加,，中國農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量在過去四十年中幾乎翻了一番，到2020年達(dá)到7.06×108噸（圖2）,。此外,，一系列政策的出臺，使秸稈還田率從20世紀(jì)80年代的不足20%提高到了 2010s的53%（圖 2）,。

3.2 秸稈還田導(dǎo)致的土壤pH值變化

57%的試驗點土壤pH下降,，39%的試驗點土壤pH表現(xiàn)為上升。旱地的臨界土壤 pH 值為 6.7（5.9-7.1,，95% CI）,，高于該值秸稈還田會導(dǎo)致 pH 值下降。稻田相應(yīng)的臨界土壤 pH 值為 5.4（4.5-5.9,，95% CI）,。這表明稻田土壤酸化的風(fēng)險顯著高于旱地。

在酸化土壤中氮肥施用造成的酸化超過秸稈還田,，而在一部分試驗中發(fā)現(xiàn)秸稈還田導(dǎo)致的酸化超過氮肥施用,。

3.3 秸稈還田導(dǎo)致土壤酸化的區(qū)域風(fēng)險

西北和華北地區(qū)旱地相比于長江中下游平原和西南地區(qū)面臨更大的pH降低風(fēng)險。在東北地區(qū),，旱地和水田土壤呈弱酸性,，秸稈還田引起的酸化風(fēng)險高于旱地。東南地區(qū)旱地實施秸稈還田面臨的酸化風(fēng)險最低,。

圖1.本綜合中包含的實驗研究地點的地理分布（n = 145）,。橙色和綠色點分別表示旱地和稻田。

表1.中國六大農(nóng)區(qū)耕地面積及土壤pH分布,。

圖2.1980-2020年中國農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量和還田率變化,。

圖3.SN 和 N 處理之間土壤 pH 值差異的分布（a）及其對初始土壤 pH 值的依賴性（b）,。SN和N分別表示秸稈與礦物氮肥結(jié)合的實驗處理和單獨施用礦物氮肥的參考處理。土壤pH值負(fù)差意味著秸稈還田導(dǎo)致土壤酸化,。

圖4.接受不同施用物的實驗處理之間的土壤pH差異,。a：僅施氮（即N-CK）和秸稈還田（即SN-N）引起的土壤pH差異的比較。b：秸稈還田水平對 SN 處理與相應(yīng)氮參考（即 SN-N）之間土壤 pH 值差異的影響,。在同一實驗中,，低水平和高水平分別對應(yīng)于最低和最高的秸稈還田率。紅線和綠色方塊分別代表中值和平均值,。

圖5.中國六大農(nóng)區(qū)秸稈引起的土壤酸化風(fēng)險風(fēng)險分別表示為旱地和水田的面積百分比,。每列中的條形圖和須形圖是相應(yīng)的平均值及其 95% 置信區(qū)間。農(nóng)業(yè)地區(qū)的代稱：NE,，中國東北地區(qū),；NC，華北,；NW,，中國西北地區(qū)；MLYP,，長江中下游平原,；SW，中國西南地區(qū),；SE,，中國東南部。

圖6.施氮肥和秸稈還田導(dǎo)致土壤堿基陽離子 (BC) 的變化,。

研究結(jié)論

農(nóng)作物秸稈還田已成為中國的一項強制性農(nóng)業(yè)政策,，其主要目的是緩解持續(xù)的土壤酸化。然而,，我們基于三個國家數(shù)據(jù)集的薈萃分析表明,，除酸性和中性旱地土壤外，秸稈還田加劇而不是逆轉(zhuǎn)了中國主要農(nóng)田的土壤酸化,。秸稈引起的土壤 pH 值變化幅度與土壤初始 pH 值呈負(fù)相關(guān),。旱地和水田的臨界初始土壤 pH 值分別為 6.7 和 5.4，高于該值秸稈還田將導(dǎo)致土壤進(jìn)一步酸化,。根據(jù)中國農(nóng)田土壤pH值的地理分布,，我們估計秸稈還田將分別導(dǎo)致77%和80%的旱地和水田土壤酸化。我們的分析揭示了區(qū)域范圍內(nèi)秸稈還田加速土壤酸化的首個證據(jù),，表明過量的秸稈還田不僅會造成秸稈資源的浪費,，還會對農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生負(fù)面影響。

來源丨Modern農(nóng)業(yè) MODA

編輯丨農(nóng)財君

聯(lián)系農(nóng)財君丨18565265490

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