《Soil and Tillage Research》：Optimizing residue stoichiometry improves soil water retention and drought buffering through microbially-mediated aggregation
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•秸秆化学计量比调控土壤结构与水分有效性•优化的玉米-大豆秸秆还田增强微生物胶结物质与团粒稳定性•微生物稳定的团粒增加植物有效水含量与抗旱缓冲能力•秸秆质量管理在不增加水分投入的情况下提高作物水分利用效率引言在水资源日益紧缺和气候波动加剧的背景下，提高土壤水分有效性是可持续农
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秸秆化学计量比调控土壤结构与水分有效性
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优化的玉米-大豆秸秆还田增强微生物胶结物质与团粒稳定性
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微生物稳定的团粒增加植物有效水含量与抗旱缓冲能力
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秸秆质量管理在不增加水分投入的情况下提高作物水分利用效率
引言
在水资源日益紧缺和气候波动加剧的背景下，提高土壤水分有效性是可持续农业面临的核心挑战（Hatfield和Dold，2019；Praveen和Sharma，2019；Xue等，2025）。无论在雨养还是灌溉系统中，作物用水不仅取决于水分投入量，还取决于土壤为根系供水的水分保持能力（Wang等，2024；Xiao等，2024）。土壤物理结构通过调控入渗、持水以及干旱期水分有效性来控制这一过程（Basset等，2023；Totsche等，2018）。在土壤结构组成中，水稳性大团聚体是连接土壤有机质、孔隙架构和水文功能的关键单元（Six等，2000）。稳定的团聚作用可促进孔隙网络的发育，既保持水分又维持根系可及性，从而增加植物有效水量并缓冲作物干旱胁迫（Li等，2025a）。尽管团聚体稳定性对土壤水分调节的重要性已得到广泛认可（Li等，2013；Rabot等，2018；Yudina等，2022），但如何持续增强团聚作用并将这些改善转化为更高的土壤持水能力，相关实用策略仍不清楚。
作物秸秆还田被广泛用于改善土壤结构，但其对团聚体和土壤水分性质的影响尚不一致。一些研究报告秸秆添加后团聚体稳定性和持水能力增强（Huang等，2018；Li等，2025b；Zhou等，2025a），而另一些则观察到效果有限或仅为暂时性响应（Zhang等，2026）。这种变异性表明，仅靠秸秆数量不足以预测结构和水分物理化学效应。相反，秸秆的化学质量，特别是元素化学计量比（如C/N比），可能调控参与团聚体形成的微生物分解途径（Wang等，2026）。微生物通过胞外胶结物质和真菌菌丝网络对土壤团聚作用作出贡献（Philippot等，2024）。细菌来源的胞外聚合物（EPS）主要作为粘合材料，覆盖矿物表面、桥接颗粒并促进早期颗粒结合（Costa等，2018；Guhra等，2019）。相比之下，真菌菌丝主要通过物理缠绕发挥作用，将颗粒和小团聚体连接成更大的结构（Lehmann和Rillig，2015）。此外，植物秸秆分解还可促进微生物残体的形成，这些残体可能被包裹在团聚体内部，从而支持长期碳稳定化（Tou等，2025；Zhao等，2023）。
秸秆碳是被纳入稳定化过程还是通过呼吸作用散失，取决于微生物在生物合成与产能之间的代谢分配，而这一过程由底物元素组成所调控（Yang等，2025；Zhou等，2025b）。生态化学计量学理论预测，当微生物养分需求与底物C/N/P比之间存在失衡时，微生物碳利用效率会降低，从而使呼吸损失优于生物合成投入（Liang等，2024）。尽管已有许多研究记录了秸秆还田后微生物群落或团聚体稳定性的变化（Chen等，2023；Chen等，2025；Li等，2025c），但将秸秆化学计量比与微生物胶结物质产生、团聚体发育及土壤水分功能联系起来的研究证据仍然有限。因此，秸秆管理通过生物介导的结构变化增强土壤持水能力的潜力仍有待深入探索。
本研究通过控制玉米秸秆和大豆秸秆的配比混合来操纵秸秆化学计量比，在黑土中创建了C/N梯度。我们验证了两个相关假设：(1)优化的秸秆C/N化学计量比将促进微生物胶结物质产生和真菌网络发育；(2)这些微生物响应将增强团聚体稳定性和植物有效水含量，从而在不额外增加水分投入的情况下改善抗旱缓冲能力。通过整合微生物指标、团聚体结构、土壤水力学性质、作物响应以及长期田间比较，本研究为秸秆化学计量比如何通过微生物胶结过程与团聚体形成和持水能力相关联提供了见解。
章节摘要
试验设计
开展了一项为期150天的两阶段盆栽试验，以研究秸秆化学计量比操纵与作物表现之间的关系。第一阶段（第1–30天）为土壤调理阶段，在此期间将添加不同C/N化学计量比秸秆混合物的土壤在无植物条件下进行培养，以便微生物介导的生物化学和物理过程独立于根系效应而发育。第二阶段（第31–150天）为作物响应期，在此阶段种植玉米并置于…
秸秆化学计量比调控微生物量、呼吸及胶结物质产生
秸秆化学计量比的操纵显著影响了微生物量和活性（图1a–c）。与CK处理相比，所有秸秆处理均显著提高了MBC、MBN和基础呼吸（P < 0.05）。随着秸秆C/N比递增，MBC、MBN和呼吸率先升高后下降，最高值均一致出现在S50M50处理中。具体而言，S50M50处理中MBC和MBN分别增加了102%和109%，
化学计量比操纵刺激微生物活性与胶结物质产生，强化团聚体形成
我们的结果表明，调整秸秆C/N化学计量比增强了土壤微生物活性，并伴随生物胶结物质累积增多。这些响应表明，混合秸秆输入可能为分解者提供更均衡的养分供给，从而有利于微生物生长和胞外生物合成，而非高能耗的养分获取（Mooshammer等，2014）。这些变化与土壤结构发育密切相关，因为微生物…
结论
本研究表明，优化玉米-大豆秸秆C/N化学计量比可增强微生物活性，并促进生物胶结物质（包括EPS、α-葡聚糖和真菌菌丝）的累积。这些微生物响应与更多大团聚体的形成相关，进而提高了植物有效水含量和土壤持水能力。在控制盆栽条件下，S50M50处理表现出最佳的整体响应。长期田间比较…
CRediT作者贡献声明
刘新辉：写作–审阅与编辑，写作–初稿撰写，方法学，数据整理，概念构思。余振华：写作–审阅与编辑，资源获取，数据整理。郝祥祥：写作–审阅与编辑，监督指导，经费获取。傅英东：可视化。张玉明：监督指导，资源获取。胡春生：写作–审阅与编辑，项目管理。秦淑平：写作–审阅与编辑，监督指导，经费获取，数据整理。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能对本研究所报道的工作产生影响。
致谢
本工作得到国家重点研发计划（2021YFD1500400）的经费支持。
刘新辉|余振华|郝祥祥|傅英东|张玉明|胡春生|秦淑平
