综述：玉米秸秆还田对中国农田土壤肥力和作物产量的区域尺度改良作用：一项Meta分析

这篇综述通过整合94项研究数据（1187组数据对），系统评估了玉米秸秆还田对中国不同区域土壤肥力（SOC、TN、BD）和作物产量的影响。研究发现，秸秆还田显著提升作物产量（7.89%）、土壤有机碳（SOC,10.42%）和总氮（TN,9.10%），降低土壤容重（BD,-5.22%），且效果受气候（冷湿区最佳）、初始土壤肥力（SOC<6 g·kg?1时增效显著）和施用量（>9000 kg·ha?1·yr?1最优）调控，为区域化秸秆管理提供了科学依据。

　　

引言

全球耕地减少与土壤退化背景下，玉米秸秆还田作为提升土壤肥力（SOC、TN）和作物产量的关键措施备受关注。中国玉米产量占全球27%，其秸秆因高木质素（43.89%C）和碳氮比成为改良土壤的理想材料。然而，气候与土壤条件的区域差异导致秸秆分解效率不均，亟需系统性评估。

数据收集

通过Web of Science和CNKI检索94项研究（截至2023年4月），筛选标准包括：明确对比秸秆还田与无还田处理，且报告SOC、TN、BD或产量数据。最终纳入1187组数据对，覆盖中国东北至西南多样生态区。

主要发现

1. 整体效应
秸秆还田使作物产量平均提升7.89%（95%CI:6.59–9.20%），SOC增加10.42%，TN提高9.10%，微生物量碳（MBC）激增31.40%。蔗糖酶（+30.45%）和脲酶活性（+27.20%）的增强印证了微生物代谢活跃度提升，而BD降低5.22%表明土壤结构改善。

2. 气候调控
冷湿气候区（MAT<10°C）效益最显著：SOC累积速率比干旱区高2.3倍，产量增幅达12.8%。高温（>20°C）低纬度区则因加速有机质矿化，TN和酶活性增益降低40–60%。

3. 土壤本底阈值
初始SOC<6 g·kg^?1和TN<1 g·kg^?1的土壤中，秸秆还田使产量和SOC提升幅度分别达对照组的1.8倍和2.1倍，而高肥力黑土区（SOC>30 g·kg^?1）几乎无响应。

4. 施用量优化

9000 kg·ha^?1·yr^?1的高施用量下，产量提升突破15%，但过量（>12000 kg）会导致BD反弹3–5%。

机制解析

玉米秸秆的高木质素特性延缓分解，配合冷湿气候的微生物代谢抑制，形成长效碳库。其释放的DOC（溶解性有机碳,+41.07%）驱动MBC增长，进而通过脲酶/蔗糖酶活化促进氮循环。初始贫瘠土壤因"饥饿效应"对秸秆输入更敏感。

实践启示

东北冷湿区推荐秸秆深埋配合>9000 kg·ha^?1·yr^?1用量；华北平原需结合灌溉抵消高温蒸发效应；南方多雨区建议分次施用以避免淋溶损失。研究为制定区域特异性秸秆管理策略提供了数据支撑。