对于高强度利用的农田生态系统，秸秆还田被认为是提升土壤有机碳、改善土壤肥力的有效措施。基于全球数据的Meta分析表明，连续12年的秸秆还田后土壤有机碳将达到饱和状态，因此，要揭示连续秸秆还田条件下土壤有机碳的动态变化规律，需开展长期的田间动态观测。
黑龙江海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站（以下简称“海伦站”）研究人员以海伦站长期监测样地为研究平台，通过长期连续监测，揭示了玉米-大豆轮作条件下，长期秸秆还田（15年）期间黑土农田土壤有机碳含量、13C同位素自然丰度，以及土壤有机质化学组成的动态变化规律。研究结果显示，在连续15年施用化肥和秸秆还田条件下，黑土有机碳含量提升了14.2%；不施肥、单施化肥和化肥+秸秆还田3个处理下，土壤有机碳的δ13C值均逐渐升高，且与玉米残体的累计碳投入呈显著正相关；秸秆还田处理显著提高了土壤活性有机碳组分（包括微生物量碳、水溶性有机碳、轻组有机碳、易氧化有机碳和颗粒有机碳）的含量及其比例；傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析发现，随着持续地秸秆还田，黑土农田土壤有机质脂族吸收峰的相对强度逐渐增强，而芳香族吸收峰的相对强度逐渐减弱。研究结果表明，玉米-大豆轮作制度下，黑土农田玉米残体对土壤有机碳的贡献高于大豆残体，长期秸秆还田不仅可提高黑土有机碳及其活性组分的含量，还会改变土壤有机质的化学组成，导致其腐质化程度逐渐降低。
图1 土壤有机碳含量及其与累计碳投入的相关性
（NF：无肥、NPK：化肥、NPKS：化肥+秸秆还田，下同）
图2 土壤有机碳的δ13C值以及δ13C值与累计玉米碳投入的相关性
图3 土壤在2920, 1620, 1530 和1159 cm-1处的红外光谱吸收峰面积
相关研究成果发表在土壤学Top期刊Soil & Tillage Research上, 海伦站郝翔翔高级工程师为第一作者，李禄军和韩晓增研究员为共同通讯作者。研究得到国家自然科学基金、中国科学院基础前沿科学研究计划从0到1原始创新项目、中国科学院战略性先导科技专项等项目的资助。
论文信息：Xiangxiang Hao, Xiaozeng Han, Shouyu Wang, Lu-Jun Li. Dynamics and composition of soil organic carbon in response to 15 years of straw return in a Mollisol. Soil & Tillage Research, 2022, 215, 105221.
