東北地理所在探究長期耕作和秸稈還田條件下土壤質(zhì)量和玉米產(chǎn)量的驅(qū)動因素方面取得進(jìn)展
土壤是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)，但是不合理的耕作方式正在破壞土壤結(jié)構(gòu)、加劇土壤侵蝕和養(yǎng)分下降。玉米秸稈還田能通過改善土壤孔隙結(jié)構(gòu)、增加土壤有機(jī)碳和養(yǎng)分含量來提高土壤質(zhì)量。然而，不合理的秸稈還田深度可能會減少土壤大團(tuán)聚體的形成，并加速碳礦化過程。因此，探索適宜的秸稈還田方式以提高土壤質(zhì)量和作物產(chǎn)量至關(guān)重要。
東北地理所黑土保護(hù)與利用學(xué)科組研究人員依托位于黑土區(qū)的秸稈還田長期定位試驗(yàn)，探究了秸稈還田深度對土壤質(zhì)量和玉米產(chǎn)量的影響，通過分析土壤物理性質(zhì)指數(shù)（SPI）、化學(xué)性質(zhì)指數(shù)（SCI）和微生物性質(zhì)指數(shù)（SMI）與土壤質(zhì)量指數(shù)（SQI）和作物產(chǎn)量的關(guān)系，解析了適宜的秸稈還田方式在改善土壤質(zhì)量、提升玉米產(chǎn)量方面的驅(qū)動機(jī)制，研究結(jié)果對提高土壤質(zhì)量和制定可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展策略具有重要指導(dǎo)意義。
研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田與深翻耕作措施相結(jié)合顯著改善了土壤質(zhì)量。0–20 cm土層，與常規(guī)耕作、免耕秸稈覆蓋和秸稈填埋處理相比，秸稈淺混和秸稈深混還田處理，SPI和SQI提高了43.9–845.4%（圖1）。在20–35 cm土層，秸稈深混還田和秸稈填埋處理的SPI、SCI和SMI較其他處理提高了69.2–307.7%。在所有處理中，秸稈深混還田處理在0–35 cm土層內(nèi)表現(xiàn)出了最高的SPI、SCI和SMI。此外，秸稈深混還田處理下的SQI和玉米產(chǎn)量分別比其他處理提高了11.7–140.5%和15.6–78.0%。線性回歸分析表明，所有土層內(nèi)的SPI對玉米產(chǎn)量均有顯著影響，而SCI和SMI與玉米產(chǎn)量的顯著相關(guān)性僅出現(xiàn)在20–35 cm土層（圖2，P < 0.05）。SPI對玉米產(chǎn)量的貢獻(xiàn)比SCI和SMI高18.6–156.8%（圖3），同時，SPI能夠直接影響SMI和SCI，是提高黑土區(qū)土壤質(zhì)量和玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵驅(qū)動因素（圖4）。
圖1. 秸稈還田對土壤質(zhì)量、土壤物理、化學(xué)和微生物性質(zhì)指數(shù)的影響。CT，常規(guī)耕作；SNT，免耕與秸稈還田相結(jié)合；SCT，常規(guī)耕作與秸稈還田相結(jié)合；SIT，深翻與秸稈還田相結(jié)合；SST，秸稈填埋還田。
圖2. 玉米產(chǎn)量與土壤性質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性擬合。SQI，土壤質(zhì)量指數(shù)；SPI，土壤物理性質(zhì)指數(shù)；SCI，土壤化學(xué)性質(zhì)指數(shù)；SMI，土壤微生物特性指數(shù)。
圖3. SPI、SCI和SMI對SQI和玉米產(chǎn)量的貢獻(xiàn)
圖4. 概念圖顯示土壤性質(zhì)對秸稈還田響應(yīng)的增加（紅色）和減少（藍(lán)色），以及SPI、SCI和SMI對SQI和玉米產(chǎn)量的驅(qū)動機(jī)制。BD，土壤容重；SWC，土壤含水量；ANI，各向異性；FRD，分形維數(shù)；POIT，大孔隙度；SOC，土壤有機(jī)碳；AVN，堿解氮；AVP，有效磷；DOC，溶解性有機(jī)碳；DON，溶解性有機(jī)氮；MBN，微生物量氮；G+，革蘭氏陽性菌。
研究成果近期發(fā)表在農(nóng)林科學(xué)國際期刊Soil & Tillage Research（中國科學(xué)院1區(qū)Top期刊）上。黑土保護(hù)與利用學(xué)科組科研助理劉春柱為論文第一作者，鄒文秀研究員為通訊作者。研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2022YFD1500105）、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)A類（XDA28070100）、財(cái)政部和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部：國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-04）和中國科學(xué)院區(qū)域發(fā)展青年學(xué)者計(jì)劃（2022-027）共同資助。
論文信息：
Chunzhu Liu,Bingcheng Si,Ying Zhao,Zhimin Wu,Xinchun Lu,Xu Chen,Xiaozeng Han,Yuanchen Zhu,Wenxiu Zou. Drivers of soil quality and maize yield under long-term tillage and straw incorporation in Mollisols. Soil & Tillage Research,2025,246,106360.
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.still.2024.106360
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