《Journal of Environmental Management》：Tillage practices affect the synergetic relationship between soil organic carbon and crop yield under straw return
编辑推荐：
•秸秆还田显著提高了作物产量和土壤有机碳。•作物类型和耕作方式是关键调节因素。•作物产量与土壤有机碳之间存在正相关关系。•区域情景模拟推荐深松耕作。引言土壤有机碳对全球碳循环和农业生产至关重要（Mo等，2024）。 intensive耕作和施肥会增加温室气体排放并消耗土壤有机
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秸秆还田显著提高了作物产量和土壤有机碳。
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作物类型和耕作方式是关键调节因素。
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作物产量与土壤有机碳之间存在正相关关系。
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区域情景模拟推荐深松耕作。
引言
土壤有机碳对全球碳循环和农业生产至关重要（Mo等，2024）。 intensive耕作和施肥会增加温室气体排放并消耗土壤有机碳，而保护性耕作或秸秆还田则能改善土壤质量并减少排放（Sadiq等，2024）。然而，由于土壤和气候因素，在中国某些地区保护性耕作可能会降低产量（Sun等，2024）。秸秆还田能增强微生物活性并促进土壤有机碳形成，从而提高养分有效性和产量，但不同研究中土壤有机碳与产量的关系并不一致（Li等，2023；K?tterer和Bolinder，2024；Jordon等，2022）。中国生产了全球三分之一的作物秸秆，但约29%被焚烧，造成污染和资源浪费（Liu等，2022；Sun等，2021）。因此，秸秆还田被推荐为一种环保实践，可增加土壤有机碳、提供必需养分、减少对化肥的依赖，并支持土壤生态系统功能（Huang等，2021a；Jia等，2025；Duan等，2024）。除了增加碳输入外，秸秆还田还能改变土壤物理和化学性质，为作物生长创造有利条件（He等，2025a）。尽管秸秆中养分有限，但碳-微生物协同作用可实现长期养分供应（Yan等，2026）。养分有效性的提高进一步促进根系生长和根际分泌物释放，从而增强土壤有机碳固存（Kuzyakov和Schneckenberger，2004）。以往大多数研究侧重于秸秆还田对土壤有机碳固存和作物产量的单独效应（Liu等，2024a；Wang等，2026a；Huang等，2021b；Wu等，2023），而忽略了二者之间的关系以识别最佳管理实践。
不同的耕作方式结合秸秆还田可通过影响团聚体和微生物群落分布来影响土壤有机碳浓度，进而影响产量生产。例如，Wang等（2025）报告称，在中国四川，垄作结合秸秆还田可显著减少养分流失、改善土壤质量并提高玉米产量。与此相反，Wang等（2026b）发现只有秸秆还田会通过扰动土壤养分平衡对微生物产生资源限制。然而，秸秆还田结合常规耕作可改善土壤有机碳和玉米产量。同样，秸秆还田结合旋耕的耕作深度较浅且对土壤结构破坏较小，相比常规耕作更有利于土壤有机碳积累（Cui等，2022）。这些发现表明，不同的秸秆还田耕作方式会影响土壤结构、土壤有机碳固存，从而影响产量生产。
不同耕作方式和残茬还田下的作物类型也可能影响养分有效性和产量生产。据报道，秸秆还田通过改变土壤物理化学和生物学性质直接或间接决定产量形成（Liu等，2024b）。在特定条件下，秸秆还田可缓解土壤钾素缺乏、丰富土壤钾库并提高土壤肥力（Liu等，2023），与对土壤结构的积极影响相结合，有利于作物根系生长（Xu等，2018）和养分吸收效率（He等，2025b），最终提高作物产量。秸秆还田下的旋耕或浅旋耕可能为小麦幼苗建立创造不利环境，随后降低产量（Kong等，2024）。相反，华北平原的一项研究表明，秸秆还田下的免耕可有效提高作物产量，这可能是由于优化了土壤保水性，最终改善了土壤微生物活性和植物养分利用（Xu等，2019；Liu等，2024）。因此，识别秸秆还田下针对不同作物类型的特定耕作方式对于促进可持续农业生产系统至关重要。
Meta分析是一种综合统计方法，用于比较和整合多项研究结果，并在区域和全球尺度上得出普遍规律（Luo等，2006）。以往关于秸秆还田的Meta分析主要侧重于土壤有机碳固存和作物产量的单独效应，而未考察二者之间的关系以在区域尺度上确定最佳实践（Wang等，2021；Berhane等，2020；Zhang等，2024；Cheng等，2025）。因此，我们进行了一项Meta分析以回答以下三个主要问题：（i）不同的耕作方式和作物类型如何调节土壤有机碳和产量对秸秆还田的响应？（ii）控制这些响应的主要驱动因素是什么，土壤有机碳与产量之间的定量协同作用有多强？（iii）这种协同作用能否通过空间投影来识别特定区域的最佳耕作方式？与以往的Meta分析相比，本研究提供了三项创新：（i）我们明确量化了土壤有机碳-产量的配对响应关系，利用加权投票计数定义了"双赢"、"权衡"和"双输"情景；（ii）我们进行了深度特异性分析，以揭示土壤有机碳与产量之间的协同作用在不同土层之间的差异；（iii）我们将Meta回归与多模型推断和空间协调相结合，为秸秆还田下四种主要耕作方式生成了覆盖全国的基于情景的适应地图。
章节摘要
作物产量和土壤有机碳对秸秆还田的响应
研究地点均匀分布于中国所有主要农业区域（图1A）。秸秆还田对作物产量总体呈正向影响（87.13%的数据显示正向影响，0.19%为中性，12.68%为负向影响）。平均而言，秸秆还田使作物产量提高了7.96%（95%置信区间，6.75%至9.16%；图1B）。然而，对于千粒重和单穗粒数未观察到变化（均值，?0.90%，95%置信区间，?9.83%至6.21%；均值，0.47%，95%置信区间，?1.40%至1.95%；图1
秸秆还田提高作物产量
秸秆还田对作物产量有正向影响，这可能是由于土壤养分的改善。秸秆添加可优化胞外酶活性化学计量比并缓解微生物碳限制，从而提高养分利用（Huo等，2024）。与这些发现相一致，我们的Meta分析结果显示，秸秆还田可提高油菜产量（13.27%）、玉米产量（7.96%）、水稻产量（7.59%）和小麦产量（7.35%）。然而，秸秆还田并未
结论
我们的Meta分析表明，秸秆还田是同时提高中国土壤有机碳和作物产量的有效农业实践，平均分别增加10.66%和7.96%。重要的是，我们的结果挑战了土壤健康与生产力之间存在固有权衡的观念，因为大多数配对观测值属于"双赢"情景。然而，这种协同作用的强度高度依赖于具体条件，并主要由农艺
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孟涵东：撰写—审阅与编辑、撰写—初稿、调查、正式分析、数据整理。姜康阳：资源、调查、正式分析、数据整理。亚林玉：撰写—审阅与编辑、概念化。李里：撰写—审阅与编辑、数据整理。阿迈德·拉提夫·维尔克：撰写—审阅与编辑。海帅阳：撰写—审阅与编辑。冯敏李：撰写—审阅与编辑。正荣堪：撰写—审阅与编辑、可视化、验证，
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文所报告的工作。
致谢
本研究得到了国家重点研发计划（2023YFD2302400）、国家自然科学基金（32501545）和江苏省自然科学基金（BK20241553）的支持。
孟涵东|姜康阳|亚林玉|李里|阿迈德·拉提夫·维尔克|海帅阳|冯敏李|正荣堪
