作物养分吸收效率取决于根系形态与结构，而根系的形态和生理特性受到土壤结构、有效水分含量及养分有效性的共同影响。秸秆还田是改善土壤结构、提升土壤肥力和作物产量的重要措施，但不同秸秆还田深度下，土壤物理性质如何通过调控根系形态影响玉米养分吸收和产量的机制尚不明确。阐明土壤物理性质对养分积累和玉米产量形成的驱动机制，对于促进黑土耕地质量提升与作物产能协同提高具有重要的科学意义和应用价值。

中国科学院东北地理与农业生态研究所黑土保护与利用学科组研究人员依托中国科学院海伦农业生态实验站的长期定位试验（始于2011年），以典型黑土为研究对象，系统分析了不同秸秆还田深度对土壤物理性质、根系形态、叶片酶活性、养分积累和玉米产量的影响，阐明了土壤物理性质对养分积累和玉米产量形成的驱动机制。

研究发现，秸秆还田深度对土壤物理性质具有显著的分层调控效应。秸秆浅混和深混还田处理均能改善表层土壤物理性质，深混和深埋还田处理进一步降低了深层土壤紧实度和容重，提高了土壤有效含水量（图1）。秸秆深混还田处理在0–35 cm土层土壤物理性质综合指数较无秸秆还田、秸秆浅混和深埋处理提高18.49%–290.16%，并显著促进根系生长。偏最小二乘路径模型进一步揭示（图2），根系形态的改善明显增强了植株生长和养分吸收，尤其是深混还田处理通过降低0–35 cm全土层土壤紧实度和提高有效含水量，增加根长、根表面积、根体积和根尖数，进而增强叶片硝酸还原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合酶（GOGAT）和丙酮酸磷酸双激酶（PPDK）等酶活性以及植株氮、磷、钾养分吸收，最终养分积累量和玉米产量分别显著提高17.07%–65.77%和6.67%–24.87%。同时，深混还田处理年际间产量可持续指数提高，具有更好的产量稳定性。

图1. 秸秆还田深度对土壤压实指标（紧实度、容重）、含水量与温度的影响

图2. 偏最小二乘路径模型揭示土壤物理性质通过根系形态调控玉米产量与养分积累的机制

研究成果近期发表在农林科学领域国际期刊Field Crops Research（中国科学院1区Top期刊）。东北地理所博士研究生刘春柱为论文第一作者，邹文秀研究员为通讯作者。研究得到国家重点研发计划（2022YFD1500100）、国家自然科学基金联合基金（U24A20632）、黑龙江省杰出青年基金（JQ2024D002）、财政部和农业农村部：国家现代农业产业技术体系资助（CARS-04）等项目资助。

论文信息：

Chunzhu Liu, Ming Gao, Xinchun Lu, Zhimin Wu, Xiaozeng Han, Xu Chen, Xiangxiang Hao, Jun Yan, Wenxiu Zou*. Soil physical properties improving maize yield and nutrient accumulation by regulating root morphology under different straw incorporation depths. Field Crops Research, 2026, 349, 110720.

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.fcr.2026.110720