突破传统认知！山东农业大学博士研究生一作发表重要研究成果

近日，山东农业大学农学院宁堂原教授团队在Soil & Tillage Research期刊上发表题为“Returned straw type over soil temperature dominates microbial hotspot dynamics and SOC sequestration”的研究论文。首次系统揭示了秸秆类型（C3/C4）对土壤微生物热点形成和SOC固存的调控作用强于温度效应，突破了传统认为温度是决定秸秆分解速率主导因素的认知框架。

秸秆还田是实现农田固碳减排和农业绿色发展的重要举措。我国华北平原小麦-玉米两熟区长期实行秸秆还田，然而小麦秸秆（C3作物）和玉米秸秆（C4作物）还田往往处于截然不同的季节温度条件下——冬小麦秸秆于6月高温期还田，夏玉米秸秆于10月低温期还田。长期以来，秸秆类型（C3/C4）与土壤温度究竟谁才是驱动微生物活动与土壤有机碳（SOC）固存的主导因素，一直悬而未决。这一关键科学问题的解答，对制定精准化秸秆还田策略、提升农田碳汇功能具有重要指导意义。

针对上述问题，研究团队基于20余年的长期定位试验田土壤及作物秸秆，开展了为期70天的室内培养试验，模拟冬春季（低温）和夏秋季（高温）两种季节温度条件，系统评估了小麦秸秆、玉米秸秆及其混合还田对SOC固存、碳循环酶活性及微生物群落结构的影响。研究采用了土壤原位酶谱技术（soil zymography）对微生物热点进行高分辨率可视化定位，结合δ13C稳定同位素自然丰度示踪区分不同秸秆来源碳对SOC的相对贡献，实现了微生物热点动态从"黑箱"到"可视化"的方法突破。

研究取得以下主要发现：

第一，玉米秸秆在SOC固存方面显著优于小麦秸秆。相较于无秸秆对照，玉米秸秆还田使SOC含量在高温和低温条件下分别提升14%和10%，而小麦秸秆仅提升8%和4%。值得注意的是，低温条件下玉米秸秆还田的SOC累积量甚至超过了高温条件下的小麦秸秆还田，表明秸秆类型对固碳效果的影响超越了温度效应。

第二，秸秆类型而非土壤温度是微生物热点动态的主导因素。玉米秸秆显著扩大了土壤微生物热点面积，碳循环酶活性分别提升670%（高温）和440%（低温）。表明C4作物秸秆能更强烈地激活微生物"热点时刻"与"热点区域"，加速有机碳转化与固存过程。

第三，不同秸秆类型富集了差异化的微生物类群。研究鉴定出7类微生物热点特异性类群，Brachyspirae和FCPU426仅存在于添加了玉米秸秆的土壤中（Brachyspirae仅特异性富集于高温条件下的微生物热点区域其中），Gracilibacteria则仅存在于添加了小麦秸秆的土壤中；而Leptospirae、AT-s3-28和WS2则仅出现在未添加秸秆的对照组土壤中。Chloroflexi则是分布最广的微生物类群，它存在于对照组、添加了玉米秸秆的土壤以及混合秸秆的土壤中。揭示了秸秆类型对土壤微生物组的定向塑造作用。

第四，小麦秸秆来源碳对稳定SOC库的贡献比例更高。δ13C示踪分析表明，虽然玉米秸秆驱动了更强的微生物活性和总SOC增量，但小麦秸秆来源的碳被更高效地转化为稳定态SOC，暗示两种秸秆在"碳活化"与"碳稳定"过程中扮演着不同角色。

图1 微生物热点-温度-秸秆类型协同作用概念图

图2 土壤酶谱原位成像

图3 微生物热点特异性类群分布

该研究的创新与意义在于：

（1）首次系统揭示了秸秆类型（C3/C4）对土壤微生物热点形成和SOC固存的调控作用强于温度效应，突破了传统认为温度是决定秸秆分解速率主导因素的认知框架；

（2）将土壤酶谱原位成像技术与δ13C同位素示踪相结合，建立了一套从微生物热点可视化到碳来源定量解析的完整研究方法体系；

（3）提出了秸秆类型差异化还田策略秸秆类型差异化还田策略——玉米秸秆还田对于激活微生物活性、促进短期SOC累积至关重要，而小麦秸秆还田的碳稳定化效率更高，两者在固碳过程中形成了功能互补；

（4）研究成果为华北平原乃至全球小麦-玉米两熟区制定精准化秸秆还田方案、提升农田土壤碳汇功能提供了直接的科学依据，对服务国家"双碳"战略目标和推动农业绿色发展具有重要理论与实践价值。

农学院博士研究生沈莹为第一作者，宁堂原教授为通讯作者，山东农业大学为第一通讯单位。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.still.2026.107336