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为探究微生物功能基因组合与根际代谢物驱动土壤有机碳（SOC）固存的机制，研究人员开展了为期 10 年的田间试验。结果表明，秸秆还田配施氮肥可提高作物产量和 SOC 含量，驱动微生物调节功能基因，改变代谢物。该研究为优化管理提供框架。
在农业生产的大舞台上，土壤就像一位默默奉献的幕后英雄，支撑着农作物的生长。而土壤有机碳（SOC）更是这位英雄的 “能量核心”，它对维持农业生态系统的生产力起着关键作用。SOC 不仅能促进土壤养分循环，增强土壤团聚性，还能提高土壤保水能力，为农作物的茁壮成长提供适宜的环境。
然而，目前在土壤有机碳的研究领域，仍存在诸多亟待解决的问题。尽管秸秆还田已被证实能在一定程度上增加 SOC 含量，但碳固存效果却受到多种因素的影响，如土壤类型、种植制度、耕作方式等。而且，微生物功能基因组合和根际代谢物在驱动 SOC 固存过程中的具体机制，仍然像一团迷雾，让人捉摸不透。这些未知，严重阻碍了人们通过合理的农业管理措施来提高土壤碳固存效率和农作物产量。
为了揭开这些谜团，来自中国的研究人员在西南地区的仁寿实验站展开了一项为期 10 年（2012 - 2022 年）的田间试验。他们聚焦于小麦 - 玉米轮作系统，深入探究秸秆覆盖（0 和 7500 kg?ha?1）结合不同氮肥用量（0、120 和 180 kg N?ha?1）对微生物功能潜力、土壤碳固存以及农作物产量的影响。
该研究发表在《Applied Soil Ecology》杂志上，研究结果意义重大。它为优化农业生产中的秸秆 - 养分管理提供了理论框架，有助于实现旱地农业系统中土壤碳固存与农业生产力的协同发展，为可持续农业发展开辟了新的道路。
研究人员在开展研究时，采用了多种关键技术方法。在实验设计上，设置不同秸秆覆盖量和氮肥用量的处理组，进行长期田间定位观测。对于土壤和作物相关指标测定，运用专业的分析方法测定土壤有机碳含量、微生物群落结构等；同时通过田间测产获取小麦和玉米的产量数据，从而综合分析各因素间的关系。
年度小麦 - 玉米生产力
研究人员通过对小麦 - 玉米轮作系统的长期监测发现，秸秆覆盖显著提高了 2020 - 2021 年和 2021 - 2022 年小麦和玉米的籽粒产量。与不覆盖秸秆的对照组相比，玉米秸秆覆盖使小麦的有效穗数增加了 4.5 - 8.4%，穗粒数增加了 8.5 - 25.0%，籽粒产量提高了 12.9 - 25.5%。而且，随着氮肥施用量的增加，这些指标呈现出进一步上升的趋势。通过优势分析（R2=0.88??）表明，有效穗数、穗粒数和千粒重是影响小麦产量的重要因素。这一结果表明，秸秆覆盖结合合理的氮肥施用能够显著提升小麦 - 玉米轮作系统的年度生产力。
长期秸秆还田配施氮肥提高年度作物产量和 SOC 储量
玉米秸秆覆盖能够提高小麦的籽粒产量，这主要得益于其土壤碳固存和保水效应。在小麦收获后，较高的 SOC 储量为下一季玉米的生长创造了良好的土壤环境，进而提高了玉米的产量。研究表明，增加的 SOC 能够改善土壤的水分和养分供应状况，增强土壤的保水能力和团聚体稳定性，这些都为小麦、玉米等作物的高产奠定了坚实基础。这充分说明了长期秸秆还田并配施氮肥，不仅能够提高当季作物的产量，还能为后续作物的生长提供持续的支持，实现年度作物产量的整体提升和 SOC 储量的增加。
研究结论与讨论
研究系统地揭示了增加秸秆碳输入能够重塑土壤微生物群落，进而调节碳循环基因家族和代谢物，最终影响 SOC 周转和年度作物生产力。具体而言，长期玉米秸秆覆盖增加了 SOC 储量和年度作物产量，且这种增加与氮肥施用量密切相关；增加的活性和缓效 SOC 与土壤碳固存和年度作物生产力密切相关。这一研究成果为深入理解土壤碳固存和作物产量提升的机制提供了重要依据。在未来的农业生产中，可以根据这一研究结果，制定更加科学合理的秸秆 - 养分管理策略，通过精准调控秸秆还田量和氮肥施用量，充分发挥土壤微生物的作用，促进土壤碳固存，提高农作物产量，实现农业的可持续发展。同时，该研究也为相关领域的进一步研究指明了方向，后续研究可以在此基础上，深入探究不同环境条件下该机制的变化规律，以及如何更好地将研究成果应用于实际生产，为全球农业发展贡献更多的智慧和力量。
