研究揭示秸稈還田通過提升土壤酶活性驅動有機碳積累

秸稈還田作為一種有效提升土壤碳匯的農業措施，在全球范圍內被廣泛推廣與應用。通過將作物秸稈歸還至農田，不僅能夠改善土壤結構、提升肥力，還具有促進土壤有機碳積累、減緩氣候變化的潛力。然而，秸稈還田如何通過微生物酶活性影響土壤有機碳動態，其內在機制尚不明確。理解秸稈還田對土壤碳循環的酶驅動機制，對于優化農田管理、實現農業可持續發展具有重要意義。

基于此，本研究通過整合全球43項田間研究中的127組觀測數據，系統分析了秸稈還田對土壤纖維素酶活性及其與土壤有機碳和微生物生物量碳之間關系的影響。結果顯示，秸稈還田使土壤纖維素酶活性平均提升22.5%，土壤有機碳增加18.9%，土壤微生物生物量碳提高27.1%（圖1）。秸稈管理方式是影響酶活性的關鍵因素，其中秸稈覆蓋對纖維素酶活性的促進作用顯著強于秸稈翻壓。氣候與土壤條件也顯著調控秸稈還田效應：當年均降水量約900毫米、土壤pH約6.5時，土壤有機碳響應最低，這與纖維素酶活性受抑制密切相關。此外，秸稈中易降解組分（如水溶性碳、中性洗滌可溶物）含量越高，越能促進纖維素酶活性，從而間接提升土壤碳積累。

本研究進一步揭示，纖維素酶活性與土壤微生物生物量碳、土壤有機碳呈顯著正相關，說明秸稈還田通過激發土壤酶活性，促進秸稈碳向土壤穩定碳庫的轉化。尤其是β–1,4-葡萄糖苷酶在秸稈纖維素降解中發揮關鍵作用，推動碳從植物殘體向微生物生物量和持久性有機碳的轉移。

綜上，該研究明確了秸稈還田影響土壤有機碳積累的酶學途徑，回答了秸稈應該如何還田、在何種環境條件下效果更佳等關鍵問題，為通過農業管理措施提升土壤碳匯提供了科學依據。研究結果強調，優化秸稈還田方式（如采用覆蓋而非翻壓）可顯著增強土壤酶活性，進而提升土壤固碳潛力，對實現農業綠色低碳發展具有指導意義。

該研究成果于2025年12月27日以“Soil cellulase activity responds to straw return and correlates with soil organic carbon dynamics: A global meta-analysis”為題，在線發表于土壤學知名期刊Plant Soil。中國科學院地球環境研究所陳驥研究員與昆明理工大學楊啟亮教授為共同通訊作者，李悅教授為第一作者。研究得到了國家自然科學基金、云南省基礎研究項目、陜西省杰出青年科學基金等多個項目的資助。

https://link.springer.com/article/10.1007/s11104-025-08223-7

圖1 土壤纖維素酶活性與土壤有機碳和微生物生物量碳之間的關系