猪粪与秸秆条带联合还田促进黑土"破皮黄"区玉米秸秆分解的机制研究

本研究针对黑土区"破皮黄"土壤中秸秆还田分解缓慢的难题，通过田间试验探究了猪粪与不同外源调理剂（生物炭SCZ、硼渣SBZ、生物菌剂SJZ等）联合施用对玉米秸秆分解的动态影响。研究发现猪粪与生物炭联用（SCZ处理）使秸秆分解率提升至66.16%，显著破坏秸秆表观结构并降低C/N比，核磁共振分析显示其烷基碳/烷氧碳比最高（31.08）。该研究为黑土区秸秆高效腐解提供了科学依据和技术支撑。

　　

在东北黑土区，长期耕作导致土壤出现"破皮黄"退化现象——原本肥沃的黑土层变薄，表层土壤呈现破碎的黄色斑块。这种退化不仅降低土壤肥力，更让农民面临秸秆还田的困境：寒冷干燥的气候使秸秆分解缓慢，堆积的秸秆反而会抑制作物生长。吉林农业大学资源与环境学院的研究团队在《BMC Plant Biology》发表的研究，就像给这个难题开出了一剂"复方药方"：通过猪粪与生物炭等调理剂的科学配伍，成功激活了土壤的"消化能力"。

研究人员采用田间埋袋法，设置了6种处理方案（SCK单施秸秆、SZ猪粪+秸秆、SCZ猪粪+生物炭+秸秆等），历时360天追踪秸秆分解过程。关键技术包括：扫描电镜观察秸秆微观结构破坏程度，傅里叶红外光谱分析官能团变化，13C-CPMAS核磁共振定量碳组分转化，以及纤维素/半纤维素氧化酶试剂盒测定。

秸秆分解动态特征

通过定期取样称重发现，所有处理的秸秆分解均呈现"前快后慢"趋势。SCZ处理表现最优，360天后秸秆总分解率达66.16%，比单施秸秆（47.34%）提升40%。组分分析显示，纤维素和半纤维素在0-90天快速分解（63.38%和61.16%），而木质素在中后期（30-360天）加速降解至47.96%。

结构破坏的微观证据

核磁共振数据进一步揭示，SCZ处理的烷基碳含量增至13.30%，烷氧碳降至42.78%，烷基碳/烷氧碳比达31.08，表明生物炭促进了脂肪族化合物的降解。红外光谱中2920 cm^-1（甲基振动峰）强度从4.25%骤降至0.28%，证实了这种结构转化。

碳氮代谢的调控机制

元素分析显示SCZ处理使C/N比从28.66降至16.48，为微生物提供了理想代谢环境。相关性分析表明，秸秆分解率与烷基碳（r=0.870）、酚醛碳（r=0.797）呈极显著正相关，而与烷氧碳（r=-0.871）极显著负相关，揭示了有机碳组分转化与分解速率的定量关系。

这项研究首次系统阐明了猪粪-生物炭协同促进秸秆腐解的三重机制：生物炭的多孔结构为微生物提供栖息地，猪粪补充氮源调节C/N比，两者共同增强胞外酶活性。该成果为黑土区秸秆还田技术提供了精准调控指标，特别是核磁共振碳组分比值（烷基碳/烷氧碳>30）可作为腐熟度评价的新参数。随着"碳中和"战略推进，这种"秸秆-畜禽粪-生物炭"的循环农业模式，既解决了面源污染问题，又能将秸秆碳高效转化为土壤碳库，实现生态与经济效益的双赢。