秸秆还田模式对碳酸盐黑土土壤养分平衡及玉米生长发育的长期影响

《BMC Plant Biology》：Double-season full straw incorporation enhances maize yield by regulating soil nutrients and promoting above-ground growth in lime concretion black soil

　　

摘要

秸秆还田是一种重要的残茬管理策略，能改善土壤结构、提高作物产量，并促进农业可持续发展。然而，其对碳酸盐黑土中土壤养分平衡及后续玉米生长发育的长期影响尚未得到充分研究。基于2008年建立的一个长期试验，我们评估了四种秸秆还田模式：不还田处理（CK）、单季玉米秸秆全量还田（W0M1）、单季小麦秸秆全量还田（W1M0）以及双季小麦和玉米秸秆全量还田（W1M1）。我们评估了它们在2024–2025生长季对碳酸盐黑土中土壤养分、玉米生长、叶片光合和产量的影响。结果表明，秸秆还田处理和年际变异显著影响了土壤养分、玉米生长和最终产量。具体而言，秸秆还田在所有生长阶段均显著增加了土壤氮、磷、钾和有机质含量，并在R6阶段将土壤养分平衡指数（SNB）提高了12.50%–24.44%。此外，秸秆还田显著促进了玉米生长发育，其中W1M1处理表现出最优效果；与CK相比，R1阶段的干物质积累和功能性叶面积分别提高了13.06%–14.18%和24.71%–24.76%。此外，通过改善功能叶片的生理特性（SPAD值、Rubisco和PEPC酶活性）和光合参数（P_n、C_i和g_s），秸秆还田显著提高了R1和R3阶段的最大光合速率（Anmax）（提高10.91%–18.87%），并增强了授粉后同化物的积累和籽粒产量。偏最小二乘结构方程模型（PLS-SEM）进一步阐明了各变量之间的相关性路径：SNB（P?<?0.05）和土壤有机质含量（P?<?0.001）均与叶片生理特性密切相关，而光合性能则由土壤水分含量和生理状态共同驱动。总之，所有秸秆还田模式均能有效丰富土壤养分、优化玉米源-库动态，并增强叶片光合特性和籽粒产量，其中W1M1的效果最为显著。本研究为碳酸盐黑土区的土壤改良和玉米稳产提供了新的见解和理论依据。

图文摘要