秸秆覆盖通过降低开花前表层土壤温度优化大豆根系和冠层结构以提高产量

为解决黄淮海地区大豆开花前高温胁迫导致的产量瓶颈问题，研究人员开展秸秆覆盖调控土壤温度对大豆根系及冠层结构优化的机制研究。通过4年田间试验结合盆栽验证，发现秸秆覆盖(SM)使表层土壤温度降低1.52℃，促进根系生物量增加38.82%，叶面积指数(LAI)提升27.79%，光合效率参数Fv/Fm、Y(II)和ETR分别提高8.38%、7.94%和7.73%，最终使产量显著增加11.87%。该研究为暖温带地区大豆抗逆栽培提供了理论依据和技术支撑。

　　

在黄淮海这片中国重要的大豆主产区，每年6-8月的持续高温像一把双刃剑——充足的光热资源本该促进作物生长，但播种期超过28℃的表层土壤温度却会抑制大豆根系发育，导致出苗率降低、冠层结构失衡，最终使平均亩产长期徘徊在低水平。更棘手的是，随着国内大豆年消费量突破1.26亿吨，如何在有限耕地条件下提升单产已成为保障粮食安全的关键命题。中国农业科学院作物科学研究所新乡试验站的研究团队在《Field Crops Research》发表的研究，揭示了秸秆覆盖这一看似简单的农艺措施如何通过"降温-促根-优冠"的级联效应破解这一难题。

研究人员采用随机区组设计，设置秸秆移除(SR)、秸秆覆盖(SM)和秸秆粉碎还田(SC)三种处理，系统监测了2020-2023年间土壤温度、根系形态参数、叶面积指数(LAI)、光能利用效率(Fv/Fm、Y(II)、ETR)等指标，并通过2024年盆栽试验设置降温(LT)与非降温(CT)组进行机制验证。

Effects of straw mulching on topsoil temperature and root growth of soybean

数据显示，开花前SM处理使5cm土层平均温度降至26.95℃，显著低于SR(28.47℃)和SC(27.47℃)。低温环境促进根系形态发生显著改变：与SR相比，SM处理的根长、根表面积、根体积和根干重分别增加41.99%、47.73%、46.89%和54.00%，且根系生物量与地上部干物质积累呈极显著正相关(P<0.01)。

Straw Mulching (SM) reduced topsoil temperature and optimized canopy formation of soybean

冠层分析表明，SM处理塑造了理想的光能截获结构：上层LAI维持在2.22-2.44，中层1.71-3.21，下层>0.62。这种"上疏下密"的立体配置使冠层光合速率提升9.97%，光化学量子效率Y(II)在盆栽LT组较CT组显著提高17.53%。透光率的改善直接反映在产量构成上，SM处理单产较传统SR提高11.87%。

这项研究首次阐明了黄淮海地区大豆花期前土壤温度调控与冠层构建的量化关系：秸秆覆盖通过降低1.5℃左右的表层土温，触发"根系形态优化→冠层结构重塑→光能高效利用"的连锁反应。提出的LAI三维分布阈值(上层2.22-2.44，中层1.71-3.21，下层>0.62)为高产群体构建提供了精确调控指标。在气候变暖背景下，该成果不仅为黄淮海地区大豆抗逆栽培提供了关键技术参数，其揭示的"土温-根系-冠层"互作机制对其它暖季作物的高产栽培也具有重要借鉴意义。