土壤微生物熵（SMQ）是表征农业土壤质量的关键生物指标，其对溶解性有机质（DOM）的动态变化响应敏感。然而，高度异质性的DOM在组成与性质上的差异如何调控SMQ的垂直分布尚不明确。
东北地理所黑土保护与利用学科组研究人员基于不同耕作方式耦合秸秆还田的长期定位试验，系统研究了0-10、10-20、20-30和30-40 cm土层中SMQ的垂直分布特征，进一步结合三维荧光和同步荧光光谱技术对DOM的荧光结构进行表征，旨在阐明不同秸秆还田方式通过调控DOM特性提升SMQ的关键过程机制。
研究发现，SMQ呈现随土层深度增加而递减的垂直分布规律。与对照秸秆不还田相比，秸秆还田处理显著提高了0-40 cm土层的SMQ（图1），其中秸秆覆混还田处理的提升效果最为显著（11.60%）。此外，秸秆还田显著增加了DOM的最大荧光强度，并提高其类腐殖质组分的含量（图2）。二维相关光谱分析进一步揭示，在秸秆覆盖和覆混还田处理下，类蛋白质样荧光组分具有优先变化级，而在秸秆深翻还田处理下，类腐殖质样荧光组分的变化则更优先。线性回归分析表明，SMQ与溶解有机碳（DOC）和DOM中类腐殖质组分的含量均呈显著正相关（图3）。随机森林分析表明，在0-20 cm土层，土壤胞外酶活性和养分是调控SMQ的主要因子；而在20-40 cm土层中，DOM特性（DOC和类腐殖质组分）是驱动SMQ变化的主导因素。研究结果阐明了秸秆还田下DOM介导的SMQ垂直变化机制，为黑土区土壤质量提升提供了新的科学依据。
图1. 不同秸秆还田处理对溶解性有机碳（a）、微生物量碳（b）、土壤有机碳（c）和土壤微生物熵（d）的影响
图2. 不同秸秆还田处理下溶解性有机质的荧光特征变化，基于三维荧光耦合平行因子分析（EEM-PARAFAC）识别到的四种共有荧光组分（a-d）及各组分的相对含量（e）和占比（f）
图3. 不同秸秆还田处理下土壤微生物熵与溶解性有机质特性的线性回归图
研究成果近期发表在农林科学国际期刊Agriculture Ecosystems & Environment（中国科学院一区Top）上。黑土保护与利用学科组特别研究助理朱园辰和联合培养硕士杨威为论文共同第一作者，邹文秀研究员为通讯作者。研究得到国家重点研发计划（2022YFD1500100）、黑龙江省杰出青年基金（JQ2024D002）、财政部农业科学研究体系和农业部现代农业产业技术体系（CARS04）、黑龙江省春雁科技人才支持计划（CYCX24026）和中国博士后科学基金（2023M743475）联合资助。
论文信息：Yuanchen Zhu#,Wei Yang#,Juanjuan Qu,Yue Jiang,Ying Zhao,Zhimin Wu,Jie Su,Xiaozeng Han,Wenxiu Zou*. Straw return strategies for soil microbial quotient enhancement: Insights from DOM vertical distribution characteristics. Agriculture,Ecosystems & Environment,2025,393,109840.
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.agee.2025.109840
