日前,，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)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(guó)范圍內(nèi)秸稈還田加速土壤酸化的第一個(gè)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(guó)主要農(nóng)田的土壤酸化；
• 估計(jì)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(huì)造成秸稈資源的浪費(fèi),，還會(huì)對(duì)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(guó)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(yàn)。在本研究中作者跟據(jù)中國(guó)的三個(gè)數(shù)據(jù)集評(píng)估了其對(duì)土壤酸化的貢獻(xiàn),。結(jié)果表明,，在 145 項(xiàng)田間實(shí)驗(yàn)研究中大部分點(diǎn)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(huì)導(dǎo)致土壤進(jìn)一步酸化。研究估計(jì)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(guó)范圍內(nèi)秸稈還田加速土壤酸化的第一個(gè)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(dòng)因素尚未得到充分研究,。本研究的主要目的是評(píng)估秸稈還田對(duì)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(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，研究使用中國(guó)各地的三個(gè)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(zhǎng),。然后，根據(jù) 122 篇已發(fā)表的科學(xué)研究,，在全國(guó)范圍內(nèi)進(jìn)行了 145 項(xiàng)田間實(shí)驗(yàn),，以評(píng)估秸稈引起的土壤 pH 變化及其主要驅(qū)動(dòng)因素。最后,，估計(jì)了全國(guó)范圍內(nèi)和六個(gè)農(nóng)業(yè)區(qū)秸稈引起的土壤酸化的風(fēng)險(xiǎn),。

研究結(jié)果

3.1 政策驅(qū)動(dòng)秸稈還田量增加

隨著糧食產(chǎn)量的增加，中國(guó)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(tái),，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(yàn)點(diǎn)土壤pH下降，39%的試驗(yàn)點(diǎn)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(huì)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(xiǎn)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(yàn)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(xiǎn)

西北和華北地區(qū)旱地相比于長(zhǎng)江中下游平原和西南地區(qū)面臨更大的pH降低風(fēng)險(xiǎn),。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(xiǎn)高于旱地,。東南地區(qū)旱地實(shí)施秸稈還田面臨的酸化風(fēng)險(xiǎn)最低,。

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

表1.中國(guó)六大農(nóng)區(qū)耕地面積及土壤pH分布,。

圖2.1980-2020年中國(guó)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(duì)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(shí)驗(yàn)處理和單獨(dú)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(shí)驗(yàn)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(duì) 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(shí)驗(yàn)中，低水平和高水平分別對(duì)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(guó)六大農(nóng)區(qū)秸稈引起的土壤酸化風(fēng)險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)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(guó)東北地區(qū)；NC,，華北,；NW，中國(guó)西北地區(qū),；MLYP,，長(zhǎng)江中下游平原；SW,，中國(guó)西南地區(qū),；SE，中國(guó)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(guó)的一項(xiàng)強(qiáng)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(gè)國(guó)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(guó)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(guó)農(nóng)田土壤pH值的地理分布，我們估計(jì)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(gè)證據(jù),，表明過量的秸稈還田不僅會(huì)造成秸稈資源的浪費(fèi)，還會(huì)對(duì)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(cái)君

聯(lián)系農(nóng)財(cái)君丨18565265490

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