免耕結(jié)合秸稈覆蓋還田作為一種重要的保護(hù)性耕作措施,可減少土壤擾動(dòng)、增加外源碳輸入、改善土壤理化與生境條件,進(jìn)而提高作物產(chǎn)量,是增強(qiáng)農(nóng)田系統(tǒng)生態(tài)功能的重要途徑。但當(dāng)前研究對(duì)不同秸稈覆蓋量下“土壤—植株—生產(chǎn)力”的級(jí)聯(lián)調(diào)控路徑與內(nèi)在機(jī)制仍缺乏系統(tǒng)認(rèn)知,尤其玉米產(chǎn)量提升與土壤肥力改善之間的權(quán)衡關(guān)系尚不明確。
針對(duì)上述科學(xué)問(wèn)題,中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所土壤健康維持機(jī)制與生物調(diào)控途徑創(chuàng)新組群基于2007年建立的保護(hù)性耕作長(zhǎng)期定位平臺(tái),系統(tǒng)解析了土壤肥力指數(shù)、玉米群體凈光合速率、源庫(kù)器官碳氮積累與轉(zhuǎn)運(yùn)特征及產(chǎn)量形成規(guī)律。研究結(jié)果表明,相較于傳統(tǒng)耕作,免耕結(jié)合秸稈覆蓋顯著優(yōu)化了“土壤—植株—生產(chǎn)力”級(jí)聯(lián)路徑,有效提升土壤肥力、光合生理性能、植株源強(qiáng)、源庫(kù)轉(zhuǎn)運(yùn)能力及庫(kù)容量,最終促進(jìn)玉米增產(chǎn),且該效應(yīng)表現(xiàn)出顯著的秸稈覆蓋量依賴(lài)性,整體隨覆蓋量增加呈持續(xù)提升趨勢(shì)。從源庫(kù)關(guān)系角度,傳統(tǒng)耕作和免耕無(wú)秸稈還田處理均存在源限制與庫(kù)限制雙重約束,免耕少量秸稈還田以庫(kù)限制為主導(dǎo),而免耕高量秸稈還田基本實(shí)現(xiàn)源庫(kù)協(xié)同,無(wú)顯著養(yǎng)分或生長(zhǎng)限制。
研究進(jìn)一步明確了玉米產(chǎn)量與土壤肥力間的權(quán)衡關(guān)系:無(wú)秸稈還田處理同時(shí)受到地上、地下雙重限制,土壤肥力與產(chǎn)量均無(wú)明顯提升;免耕少量秸稈還田可改善土壤肥力,但作物生長(zhǎng)限制未解除,增產(chǎn)潛力有限;免耕高量秸稈還田則有效突破雙重限制,實(shí)現(xiàn)土壤肥力改善與產(chǎn)量提升協(xié)同增效。
該研究從“土壤—植株—生產(chǎn)力”系統(tǒng)視角,闡明了免耕結(jié)合不同秸稈覆蓋量調(diào)控玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵路徑與權(quán)衡機(jī)制,證實(shí)了高量秸稈覆蓋可有效協(xié)調(diào)土壤培肥與作物高產(chǎn),是東北黑土區(qū)可持續(xù)農(nóng)業(yè)的優(yōu)選管理模式。研究結(jié)果為完善免耕秸稈還田技術(shù)體系提供了理論支撐,對(duì)黑土地保護(hù)性耕作實(shí)踐推廣具有重要指導(dǎo)價(jià)值。
相關(guān)成果以“Trade-offs between maize yield and soil fertility under different straw mulching amounts in no-tillage systems: Evidence from a 15-year experiment in Northeast China”為題,于2026年4月15日在線(xiàn)發(fā)表于《Field Crops Research》。沈陽(yáng)生態(tài)所博士研究生魯悅為第一作者,博士研究生霍海南為共同第一作者,鮑雪蓮研究員為通訊作者;何紅波、解宏圖、張旭東研究員及鄧芳博、楊雅麗副研究員參與研究并給予指導(dǎo)。該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)青年科學(xué)家項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金區(qū)域聯(lián)合重點(diǎn)項(xiàng)目和遼寧省興遼英才計(jì)劃的資助。
論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.fcr.2026.110479

免耕結(jié)合不同秸稈覆蓋量下“土壤—植株—生產(chǎn)力”間級(jí)聯(lián)調(diào)控路徑及其內(nèi)在機(jī)制示意圖




