研究揭示秸稈還田通過提升土壤酶活性驅(qū)動有機(jī)碳積累

秸稈還田作為一種有效提升土壤碳匯的農(nóng)業(yè)措施，在全球范圍內(nèi)被廣泛推廣與應(yīng)用。通過將作物秸稈歸還至農(nóng)田，不僅能夠改善土壤結(jié)構(gòu)、提升肥力，還具有促進(jìn)土壤有機(jī)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(jī)碳動態(tài)，其內(nèi)在機(jī)制尚不明確。理解秸稈還田對土壤碳循環(huán)的酶驅(qū)動機(jī)制，對于優(yōu)化農(nóng)田管理、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

基于此，本研究通過整合全球43項(xiàng)田間研究中的127組觀測數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析了秸稈還田對土壤纖維素酶活性及其與土壤有機(jī)碳和微生物生物量碳之間關(guān)系的影響。結(jié)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(jī)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(guān)鍵因素，其中秸稈覆蓋對纖維素酶活性的促進(jìn)作用顯著強(qiáng)于秸稈翻壓。氣候與土壤條件也顯著調(diào)控秸稈還田效應(yīng)：當(dāng)年均降水量約900毫米、土壤pH約6.5時，土壤有機(jī)碳響應(yīng)最低，這與纖維素酶活性受抑制密切相關(guān)。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(jìn)纖維素酶活性，從而間接提升土壤碳積累。

本研究進(jìn)一步揭示，纖維素酶活性與土壤微生物生物量碳、土壤有機(jī)碳呈顯著正相關(guān)，說明秸稈還田通過激發(fā)土壤酶活性，促進(jìn)秸稈碳向土壤穩(wěn)定碳庫的轉(zhuǎn)化。尤其是β–1,4-葡萄糖苷酶在秸稈纖維素降解中發(fā)揮關(guān)鍵作用，推動碳從植物殘?bào)w向微生物生物量和持久性有機(jī)碳的轉(zhuǎn)移。

綜上，該研究明確了秸稈還田影響土壤有機(jī)碳積累的酶學(xué)途徑，回答了秸稈應(yīng)該如何還田、在何種環(huán)境條件下效果更佳等關(guān)鍵問題，為通過農(nóng)業(yè)管理措施提升土壤碳匯提供了科學(xué)依據(jù)。研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)，優(yōu)化秸稈還田方式（如采用覆蓋而非翻壓）可顯著增強(qiáng)土壤酶活性，進(jìn)而提升土壤固碳潛力，對實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色低碳發(fā)展具有指導(dǎo)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(fā)表于土壤學(xué)知名期刊Plant Soil。中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所陳驥研究員與昆明理工大學(xué)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(xué)基金、云南省基礎(chǔ)研究項(xiàng)目、陜西省杰出青年科學(xué)基金等多個項(xiàng)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(jī)碳和微生物生物量碳之間的關(guān)系