图1 无机肥和秸秆还田影响下的作物和微生物养分限制

研究结果：

结果表明，无机肥混合秸秆还田可以平衡土壤生态化学计量比（从195:13:1上升到205:13:1），从而缓解单一无机肥施用和秸秆还田所引起的养分限制。平衡的土壤生态化学计量比促进了土壤有机质的累积，并明显提高土壤C（10.5–12%），N（7.6–9.2%），P（2.6–5.1%）含量。同时平衡的土壤生态化学计量也为作物生长提供更有效的养分供给促进谷物增产（6.12–8.64%）（图2）。尤为重要的是，我们发现对于旱地生态系统，秸秆还田不仅平衡土壤生态化学计量比、还能缓解土壤酸化，并有着最高的作物增产潜力。此外，我们揭示了秸秆还田对土壤生态化学计量的改良存在饱和机制，即连续返还13-16 年后，土壤生态化学计量比和谷物产量维持稳定（图3）。土壤生态化学计量比的改良主要受到初始土壤pH和C含量的影响，而作物产量不仅受土壤性质控制，更大程度上取决于无机肥的投入量（图4）。鉴于秸秆还田对土壤性质和作物产量的影响受控于环境背景差异，特别是在初始土壤NP含量较低的区域实施秸秆还田会加剧作物和微生物竞争养分、减少谷物产量。我们提出了一个全新的理论模型用于评估秸秆还田的增产效果和环境效应，以减少秸秆还田的不确定性并提高还田效益。

我们的上述研究揭示了秸秆联合无机肥的共同施用对增加土壤有机质积累和提高作物产量的生态化学计量机制（图5），发现区域性和差异化的秸秆还田策略可以实现粮食安全生产和生态环境保护的双赢目标。综上，本研究建议可从用于农业环境保护的资金中分配部分来推动秸秆还田，特别是对于旱地生态系统，以实现现代农业与生态环境的可持续发展。

以上研究成果以“Crop residue return sustains global soil ecological stoichiometry balance”为题，与2023年1月在线发表于生态学的顶级期刊Global Change Biology (IF: 13.211) 上。第一作者为华中师范大学刘济副教授，通讯作者为方临川教授。合作单位有中国科学院水利部水土保持研究所（邱天逸、崔庆亮、何浩然）、华中农业大学（谭文峰教授）、西班牙全球生态研究所 CREAF-CSIC-UAB（Josep Peñuelas和Jordi Sardans教授）、西北农林科技大学（魏晓梦）、北京大学（崔勇兴）和华中师范大学（刘兰法、周柏涛）。该研究得到了国家重点研发计划（2021YFD1901205）、中国科学院战略先导（XDB40020202）、中国科学院亚热带农业生态过程重点实验室开放基金（ISA2021101）以及德国洪堡基金会的资助。

论文题目:Crop residue return sustains global soil ecological stoichiometry balance

期刊:Global Change Biology

影响因子:13.211; 中国科学院1区