秸秆与生物炭协同增效：揭示土壤碳富集机制以提升黑土肥力及玉米产量的研究

针对农田土壤有机碳(SOC)固存效率低及黑土退化问题，吉林农业大学团队通过四年田间试验，对比秸秆还田与生物炭施用对稳定碳组分(微生物残体碳MNC、腐殖酸C及团聚体关联C)的影响。研究发现生物炭更利于顽固性SOC形成(腐殖酸C提升21.25%)，而秸秆显著促进微生物残体贡献(MNC增加5.08%)，二者联用产生协同效应，使SOC储量提升23.21%、玉米增产18.47%，为东北黑土区碳管理与增产提供新策略。

　　

论文解读

东北黑土区作为中国"黄金玉米带"的核心，近百年因高强度耕作导致30-50%的土壤有机碳(SOC)流失，严重威胁粮食安全与生态平衡。尽管秸秆还田是传统固碳手段，但其转化率不足；而新兴的生物炭技术虽具长效固碳潜力，两者对SOC稳定化机制的差异及其农学效应尚不明确。这一科学盲区直接制约着黑土区碳中和技术路径的优化。

吉林农业大学研究团队在《European Journal of Agronomy》发表的研究，通过四年田间定位试验，运用生物标志物技术(氨基糖AS分析)和荧光光谱法，系统比较了等碳量投入下秸秆与生物炭对SOC不同稳定化途径的调控差异。试验设置包括对照(CK)、梯度化秸秆(S1/S2)、生物炭(BC1/BC2)及组合处理(CB2)，所有处理均基于当地玉米种植体系。

土壤有机碳动态
生物炭处理(BC2)使SOC含量显著提升23.21%，远超秸秆处理的5.63-12.14%。稳定碳组分分析显示，生物炭对腐殖酸C(HA)的增效作用(21.25%)尤为突出，其通过促进HA芳香化重构分子结构；而秸秆处理则主要驱动HA脂肪化，更利于微生物同化。

微生物残体碳的枢纽作用
氨基糖定量表明，秸秆处理下微生物残体碳(MNC)对SOC贡献率达58.3%，印证"微生物泵"理论——秸秆通过激发微生物生长-死亡循环将不稳定碳转化为持久性MNC。生物炭虽MNC增幅较小(5.08%)，但通过铁氧化物结合实现化学保护。

团聚体介导的物理保护
生物炭处理使>2mm大团聚体比例提升37.6%，其多孔结构为碳提供物理庇护。值得注意的是，秸秆与5%生物炭联用(CB2)产生协同效应：大团聚体关联碳增加19.8%，同时MNC提升8.2%，说明二者分别激活了生物化学与物理保护通路。

产量响应与机制关联
所有处理均实现玉米增产(10.52-18.47%)，但生物炭的增产效应与SOC化学稳定性呈正相关，而秸秆处理产量则与MNC积累显著相关。这揭示出两条并行不悖的碳-产量耦合路径：生物炭通过改善土壤结构保水保肥，秸秆则强化微生物驱动的养分循环。

该研究首次阐明秸秆与生物炭在SOC稳定化中的"分工作用"：秸秆主导微生物途径(MNC积累)，生物炭擅长化学-物理途径(HA转化与团聚体保护)。实践层面，推荐"秸秆为主、生物炭为辅"的复合模式——添加5%生物炭即可协同提升SOC储量与作物产量，这对平衡农业碳中和成本效益具有重要指导价值。研究结果为东北黑土区设计"固碳-增产"双赢技术方案提供了理论框架，也为全球农田碳汇管理贡献了中国案例。