综述：长期秸秆还田对中国粮食产量稳定性的影响：一项荟萃分析

本综述通过荟萃分析揭示，长期秸秆还田可同步提升粮食平均产量（+6.78%）及稳定性（+4.38%），其效果受还田方式、氮肥用量及土壤有机碳（SOC）含量调控。深翻还田与适量秸秆覆盖可优化土壤肥力，促进碳固存（SOC +12.2%），但需避免过量还田导致的减产风险。研究为气候智慧型农业提供了基于证据的可持续管理策略。

　　

Context or problem

在全球气候变化与极端天气频发的背景下，保障粮食安全与稳定产量已成为严峻挑战。秸秆还田作为提升土壤肥力与碳固存（SOC）的关键措施，虽已广泛证实可提高作物产量，但其对长期产量稳定性的影响尚未明确。与既往聚焦平均产量的荟萃分析不同，本研究首次系统探讨秸秆还田对产量稳定性的作用，填补了可持续农业研究中的重要空白。

Objective or research question

本研究旨在量化长期秸秆还田对粮食平均产量与产量稳定性的影响，并评估其对土壤有机碳（SOC）含量及其时间稳定性的作用。进一步探究还田方式（方法与数量）、施肥制度、作物类型以及SOC动态与产量稳定性间的关联机制。

Methods

研究基于中国68项长期试验（≥4年）的193条多年观测数据（共1562组对比），采用荟萃分析整合长期秸秆还田对产量均值、产量稳定性、SOC、SOC时间稳定性及土壤肥力的效应。通过随机森林模型与线性拟合解析多因素间的交互关系。

Results

长期秸秆还田同步提升粮食平均产量（+6.78%）与产量稳定性（+4.38%）。粉碎后深翻或犁层还田效果最优，过量还田则降低产量与稳定性。适量氮肥可提升稳定性，而SOC含量虽显著增加（+12.2%），其时间稳定性却降低（-43.5%）。土壤全氮（N）与磷（P）含量同步上升，其中SOC与全氮的积累是驱动产量及稳定性提升的关键因子。

Conclusions

长期秸秆还田通过提升SOC固存与土壤肥力（尤其全氮），实现作物增产与稳产的双重目标。优化还田方式（粉碎、深翻）与氮肥管理可最大化效益，为应对气候变化下的粮食安全提供实践路径。

Implications or significance

本研究为政策制定者与农户提供了基于证据的农业管理策略，通过优化秸秆还田实践，可在促进农田碳固存的同时保障产量韧性，对实现“4/1000”倡议目标与气候适应性农业具有重要启示。

Introduction

粮食安全是中国乃至全球的核心战略议题。面对气候变化与农业生产环境的不确定性，保障稳定产量比单纯提高均值产量更为关键。尽管农业投入强化（如灌溉、化肥与农药）显著提升了产量，但其经济成本与环境代价高昂，威胁农业系统的长期稳定性。秸秆作为作物收获后的必然副产物，中国年产量约1 Gt，占全球三分之一。秸秆还田可通过补充土壤养分、提升持水能力与SOC含量，改善土壤结构与微生物活性，减少对化肥的依赖。理论表明，SOC积累可通过增强养分循环与抗逆能力促进产量稳定性，但实际效果受管理措施、土壤特性及秸秆降解动态的复杂调控。既往研究多聚焦平均产量响应，对长期稳定性影响的系统评估仍属空白。本研究通过量化时间稳定性（均值/标准差），首次在全国尺度解析秸秆还田对产量稳定性的贡献机制。

Data compilation

数据源自Web of Science与中国知网（CNKI），筛选包含多年产量对比的田间试验，聚合单年数据形成时间序列，计算变异系数（CV）与稳定性指数（均值/标准差）。同步提取SOC、全氮、全磷等土壤指标，并编码还田方式、秸秆量、施肥量等管理变量。

Grain mean yield of long-term straw return

全国尺度分析表明，秸秆还田使平均产量显著提升6.78%，小麦、水稻、玉米均响应积极。粉碎还田较整体还田更优，深翻或犁层还田效果高于表层覆盖。产量随还田量先增后降，适量氮肥（尤其基追结合）可抵消秸秆降解引起的氮固定效应，优化产量增益。

Long-term straw return enhances crop mean yield

6.78%的增产效应与既往荟萃结论一致（Zhao et al., 2015; Qi et al., 2019）。还田量需适配区域条件：过量还田可能通过阻碍种子萌发、引发病虫危害或短期氮固定导致减产。深翻还田促进秸秆与土壤混合，加速降解与养分释放，而粉碎处理增大表面积，进一步强化此过程。氮肥的合理施用（尤其配施磷钾）可平衡碳氮比，支撑微生物活动与养分矿化。

Yield stability under long-term straw return

产量稳定性提升4.38%，深翻与粉碎还田贡献最显著。稳定性增益与SOC及全氮含量呈正相关，表明土壤肥力提升是稳产的核心机制。过量还田（>9 t/ha）可能因降解不均或病原菌积累加剧年际波动，而适量氮肥（200–250 kg/ha）可通过保障生育期养分供应增强抗逆韧性。

Changes in SOC and soil fertility

SOC增加12.2%，但时间稳定性下降43.5%，反映碳库动态的复杂性与气候-管理交互效应。全氮与全磷同步上升，印证秸秆还田的养分循环价值。SOC与全氮的积累直接驱动产量及稳定性提升，凸显碳氮协同在可持续农业中的核心地位。

Conclusions

长期秸秆还田通过提升SOC固存与土壤肥力，实现增产与稳产双赢。优化还田方式（粉碎+深翻）、控制还田量（避免过量）与氮肥管理（200–250 kg/ha）是关键实践路径。本研究为气候韧性农业提供了理论依据与可操作方案。

CRediT authorship contribution statement

Mengli Liu: 综述修订与监督；Siping Li: 数据整理、分析与初稿撰写；Lei Zhao: 概念化与形式分析；Huiying Huang: 数据整理与形式分析；Chong Wang: 资金获取、监督与修订；Minghao Zhuang: 综述修订。

Declaration of Competing Interest

作者声明无已知竞争性利益。

Acknowledgements

研究受国家重点研发计划（2021YFD1900901）、国家自然科学基金（32271711）及山东省重点研发计划（2024SFGC0405）支持。