耕作与秸秆还田对小麦-玉米轮作系统生产力及土壤固碳的交互效应研究

《European Journal of Agronomy》：Interactive effects of tillage and straw return on crop productivity and soil carbon sequestration in a wheat–maize rotation

本研究通过七年田间试验揭示，常规耕作结合秸秆还田（CTSR）可协同提升小麦-玉米轮作产量与土壤有机碳（SOC）固存。秸秆还田（SR）对SOC积累贡献率（30%）显著高于常规耕作（CT）（12%），但可能加剧微生物碳磷限制。结构方程模型表明土壤养分、团聚体与碳活性通过协同作用正向驱动SOC稳定与产量，为农业可持续管理提供机制依据。

　　

Highlight

耕作与秸秆管理对作物产量和土壤碳动态表现出显著交互效应。常规耕作（CT）与秸秆还田（SR）组合（CTSR）实现最高作物产量和土壤有机碳（SOC）储量。秸秆还田对SOC积累的贡献（30%）远超耕作措施（12%），但其与常规耕作结合可能加剧微生物碳磷限制，潜在制约微生物碳利用效率与长期SOC稳定性。

Crop yields and sustainable yield index

2018至2024年玉米产量分析显示：2020年免耕秸秆还田（NTSR）产量显著高于常规耕作无秸秆（CTNS）（7.2 vs. 5.9 t ha^?1），2023年CTSR与NTSR产量（11.7–12.4 t ha^?1）显著高于无秸秆处理。秸秆还田对玉米产量和可持续产量指数（SYI）的提升效应（+11.4%和+11.0%）优于耕作措施，而小麦对耕作响应更敏感（CT使产量和SYI增加7.1%和83.3%）。

Effect of tillage and straw managements on crop yields

常规耕作（CT）通过改善土壤通气性、降低容重促进根系生长，秸秆还田（SR）则通过持续有机输入与养分回流协同提升产量。二者组合（CTSR）通过增强土壤养分有效性实现最高产量，这与土壤团聚体形成、酶活性激活及碳库组分调控密切相关。

Conclusions

本研究阐明：常规耕作与秸秆还田的协同策略可同步提升作物产量与土壤碳固存，但作物响应具物种特异性（小麦偏耕作、玉米偏秸秆）。秸秆还田通过有机输入与团聚体稳定主导SOC积累，但需关注其引发的微生物碳磷限制对长期碳稳定性的潜在制约。