突破性研究揭示秸秆还田碳循环机制：优化碳氮比可提升农田固碳能力

近日，我站青年骨干教师董雄德博士在国际权威期刊《Agriculture, Ecosystems and Environment》发表最新研究成果，揭示了不同碳氮比（C/N）秸秆还田对土壤碳循环的调控机制。该研究为优化农业碳汇管理、助力"双碳"目标提供了重要科学依据。

秸秆还田：固碳与减排的平衡之道

全球每年农作物秸秆产量约58亿吨，中国占比达17%。作为提升土壤健康的重要措施，秸秆还田在增强碳汇能力的同时，也可能加速二氧化碳排放。董雄德团队通过四年田间试验，系统比较了高碳氮比玉米秸秆（C/N=91）和低碳氮比花生秸秆（C/N=28.2）在不同施用量下的生态效应。

研究发现，两种秸秆均显著提升土壤呼吸速率，但作用机制截然不同：

· 高碳氮比秸秆（玉米）通过降低土壤氮磷比（N/P）缓解微生物磷限制，使碳排放量增加40.1%-107%

· 低碳氮比秸秆（花生）通过提高碳磷比（C/P）加剧微生物碳磷共限制，虽使碳排放增加27.4%-116%，但碳封存效率同步提升

微生物代谢：碳循环的隐形调节器

通过酶化学计量学分析，团队首次发现秸秆碳氮比通过重塑微生物代谢限制模式影响碳循环：

· 玉米秸秆处理使土壤有效磷含量提升24.9%-39.3%，微生物磷限制缓解，导致更多碳通过呼吸释放

· 花生秸秆处理使土壤有机碳（SOC）呈线性累积，最高达5.34g/kg，较对照提升25.6%，同时微生物碳限制增强121%

"这就像给微生物提供不同配方的营养餐，"通讯作者郑俊强教授解释，"高碳氮秸秆好比高纤维饮食，微生物需要额外分解土壤有机质获取磷；而低碳氮秸秆类似高蛋白餐食，促使微生物将更多碳转化为生物量储存。"

农田碳管理的优化路径

基于华北平原潮土特性，研究提出针对性管理建议：

1. 玉米秸秆：当前还田量（5.28×10³kg/ha）已达碳汇饱和点，建议维持现有水平

2. 花生秸秆：可适度增加还田量至3.60×10³kg/ha，其碳封存速率随施用量线性增长

3. 区域适配：针对土壤碳磷比低于全球农业基线的华北农田，优先推广低碳氮秸秆还田

该研究由国家自然科学基金（42273084）等项目资助，为农业碳中和提供了可操作的技术路径。下一步团队将开展秸秆与有机肥配施的长期定位试验，探索更优的碳汇提升方案。

（本文数据来源于Dong et al., 2025, Agriculture, Ecosystems and Environment, https://doi.org/10.1016/j.agee.2025.110029）