東北地理所在秸稈還田下土壤物理性質(zhì)調(diào)控根系形態(tài)促進玉米生長方面取得研究進展
作物養(yǎng)分吸收效率取決于根系形態(tài)與結(jié)構(gòu)，而根系的形態(tài)和生理特性受到土壤結(jié)構(gòu)、有效水分含量及養(yǎng)分有效性的共同影響。秸稈還田是改善土壤結(jié)構(gòu)、提升土壤肥力和作物產(chǎn)量的重要措施，但不同秸稈還田深度下，土壤物理性質(zhì)如何通過調(diào)控根系形態(tài)影響玉米養(yǎng)分吸收和產(chǎn)量的機制尚不明確。闡明土壤物理性質(zhì)對養(yǎng)分積累和玉米產(chǎn)量形成的驅(qū)動機制，對于促進黑土耕地質(zhì)量提升與作物產(chǎn)能協(xié)同提高具有重要的科學意義和應用價值。
中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所黑土保護與利用學科組研究人員依托中國科學院海倫農(nóng)業(yè)生態(tài)實驗站的長期定位試驗（始于2011年），以典型黑土為研究對象，系統(tǒng)分析了不同秸稈還田深度對土壤物理性質(zhì)、根系形態(tài)、葉片酶活性、養(yǎng)分積累和玉米產(chǎn)量的影響，闡明了土壤物理性質(zhì)對養(yǎng)分積累和玉米產(chǎn)量形成的驅(qū)動機制。
研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田深度對土壤物理性質(zhì)具有顯著的分層調(diào)控效應。秸稈淺混和深混還田處理均能改善表層土壤物理性質(zhì)，深混和深埋還田處理進一步降低了深層土壤緊實度和容重，提高了土壤有效含水量（圖1）。秸稈深混還田處理在0–35 cm土層土壤物理性質(zhì)綜合指數(shù)較無秸稈還田、秸稈淺混和深埋處理提高18.49%–290.16%，并顯著促進根系生長。偏最小二乘路徑模型進一步揭示（圖2），根系形態(tài)的改善明顯增強了植株生長和養(yǎng)分吸收，尤其是深混還田處理通過降低0–35 cm全土層土壤緊實度和提高有效含水量，增加根長、根表面積、根體積和根尖數(shù)，進而增強葉片硝酸還原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合酶（GOGAT）和丙酮酸磷酸雙激酶（PPDK）等酶活性以及植株氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收，最終養(yǎng)分積累量和玉米產(chǎn)量分別顯著提高17.07%–65.77%和6.67%–24.87%。同時，深混還田處理年際間產(chǎn)量可持續(xù)指數(shù)提高，具有更好的產(chǎn)量穩(wěn)定性。
圖1. 秸稈還田深度對土壤壓實指標（緊實度、容重）、含水量與溫度的影響
圖2. 偏最小二乘路徑模型揭示土壤物理性質(zhì)通過根系形態(tài)調(diào)控玉米產(chǎn)量與養(yǎng)分積累的機制
研究成果近期發(fā)表在農(nóng)林科學領(lǐng)域國際期刊Field Crops Research（中國科學院1區(qū)Top期刊）。東北地理所博士研究生劉春柱為論文第一作者，鄒文秀研究員為通訊作者。研究得到國家重點研發(fā)計劃（2022YFD1500100）、國家自然科學基金聯(lián)合基金（U24A20632）、黑龍江省杰出青年基金（JQ2024D002）、財政部和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部：國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系資助（CARS-04）等項目資助。
論文信息：
Chunzhu Liu, Ming Gao, Xinchun Lu, Zhimin Wu, Xiaozeng Han, Xu Chen, Xiangxiang Hao, Jun Yan, Wenxiu Zou*. Soil physical properties improving maize yield and nutrient accumulation by regulating root morphology under different straw incorporation depths. Field Crops Research, 2026, 349, 110720.
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.fcr.2026.110720
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