秸秆还田下土壤有机质激发效应研究进展

作者：张叶叶，莫 非，韩 娟，温晓霞，廖允成

单位：西北农林科技大学农学院；山西农业大学农学院

卷期：《土壤学报》2021年第58卷第6期

土壤有机质是农田肥力的基础与核心，对作物产量、农业环境，甚至地球碳循环意义重大。作物秸秆作为农田土壤有机碳库的重要外部补充，其还田过程对土壤有机碳周转和碳库平衡具有显著影响。激发效应是一种因新鲜有机质输入而导致土壤本底有机质矿化速率发生改变的现象。秸秆还田导致的土壤有机质分解激发，不仅涉及到秸秆资源化高效利用，还直接关系到农田土壤碳库的平衡及其功能，因此备受科学界关注。尽管对外源有机质输入引起的土壤有机质激发效应的理论研究已取得了较大进展，但如何结合最新的理论结果到秸秆还田固碳减排的生产实践中仍面临着较大的挑战，这主要归结于对农田土壤有机质分解激发效应的发生特点和规律，及其背后的土壤、气候、管理等相关的驱动因子和过程还未完全明确。

据此，本文首先对土壤有机质分解激发效应发生的理论研究进展（包括：共代谢理论、氮矿化理论、化学计量比和微生物残体再利用）（图1）进行了系统综述。其次，结合已有的研究证据和理论假设进一步概述了秸秆还田过程中影响激发强度和方向的潜在驱动因素，如：秸秆类型和数量、还田方式、水肥管理、土壤属性、气候因子等。

a）共代谢理论；b）氮矿化理论；c）化学计量比理论与微生物残体再利用理论

图1 激发效应发生的理论过程模式图

不同作物来源的秸秆因其质量差异（如氮浓度、木质素和可溶性组分含量、C׃N等），往往导致土壤有机质激发强度不同。如较低C׃N的秸秆输入，通过提供更易利用的养分，能够更大程度地刺激微生物活性，在此过程中，土壤有机质中不易被利用的组分也因微生物活性增加而被分解和利用，最终导致土壤碳激发增强；作物秸秆还田引起的土壤有机质激发受耕作方式（如传统翻耕，少、免耕等）的显著影响。频繁深耕导致团聚体有机碳可利用性提高，显著增加其矿化，并伴随着激发效应的增强。

最后，从秸秆还田的高效性、农田碳库的可持续和农业环境的友好性出发，对秸秆还田土壤有机质分解激发的潜在研究方向进行了展望，并就秸秆还田改善土壤碳库的优化措施提出了建议。