東北地理所在秸稈還田提升土壤微生物熵方面取得進展
土壤微生物熵（SMQ）是表征農業土壤質量的關鍵生物指標，其對溶解性有機質（DOM）的動態變化響應敏感。然而，高度異質性的DOM在組成與性質上的差異如何調控SMQ的垂直分布尚不明確。
東北地理所黑土保護與利用學科組研究人員基于不同耕作方式耦合秸稈還田的長期定位試驗，系統研究了0-10、10-20、20-30和30-40 cm土層中SMQ的垂直分布特征，進一步結合三維熒光和同步熒光光譜技術對DOM的熒光結構進行表征，旨在闡明不同秸稈還田方式通過調控DOM特性提升SMQ的關鍵過程機制。
研究發現，SMQ呈現隨土層深度增加而遞減的垂直分布規律。與對照秸稈不還田相比，秸稈還田處理顯著提高了0-40 cm土層的SMQ（圖1），其中秸稈覆混還田處理的提升效果最為顯著（11.60%）。此外，秸稈還田顯著增加了DOM的最大熒光強度，并提高其類腐殖質組分的含量（圖2）。二維相關光譜分析進一步揭示，在秸稈覆蓋和覆混還田處理下，類蛋白質樣熒光組分具有優先變化級，而在秸稈深翻還田處理下，類腐殖質樣熒光組分的變化則更優先。線性回歸分析表明，SMQ與溶解有機碳（DOC）和DOM中類腐殖質組分的含量均呈顯著正相關（圖3）。隨機森林分析表明，在0-20 cm土層，土壤胞外酶活性和養分是調控SMQ的主要因子；而在20-40 cm土層中，DOM特性（DOC和類腐殖質組分）是驅動SMQ變化的主導因素。研究結果闡明了秸稈還田下DOM介導的SMQ垂直變化機制，為黑土區土壤質量提升提供了新的科學依據。
圖1. 不同秸稈還田處理對溶解性有機碳（a）、微生物量碳（b）、土壤有機碳（c）和土壤微生物熵（d）的影響
圖2. 不同秸稈還田處理下溶解性有機質的熒光特征變化，基于三維熒光耦合平行因子分析（EEM-PARAFAC）識別到的四種共有熒光組分（a-d）及各組分的相對含量（e）和占比（f）
圖3. 不同秸稈還田處理下土壤微生物熵與溶解性有機質特性的線性回歸圖
研究成果近期發表在農林科學國際期刊Agriculture Ecosystems & Environment（中國科學院一區Top）上。黑土保護與利用學科組特別研究助理朱園辰和聯合培養碩士楊威為論文共同第一作者，鄒文秀研究員為通訊作者。研究得到國家重點研發計劃（2022YFD1500100）、黑龍江省杰出青年基金（JQ2024D002）、財政部農業科學研究體系和農業部現代農業產業技術體系（CARS04）、黑龍江省春雁科技人才支持計劃（CYCX24026）和中國博士后科學基金（2023M743475）聯合資助。
論文信息：Yuanchen Zhu#,Wei Yang#,Juanjuan Qu,Yue Jiang,Ying Zhao,Zhimin Wu,Jie Su,Xiaozeng Han,Wenxiu Zou*. Straw return strategies for soil microbial quotient enhancement: Insights from DOM vertical distribution characteristics. Agriculture,Ecosystems & Environment,2025,393,109840.
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.agee.2025.109840
附件下載：
吉公網安備22017302000214號
