整合分析中國農田腐稈劑施用對秸稈腐解和作物產量的影響

楊欣潤，許邶，何治逢，吳婧，莊睿花，馬超，柴如山，Yusef Kianpoor Kalkhajeh，葉新新，朱林

整合分析中國農田腐稈劑施用對秸稈腐解和作物產量的影響

楊欣潤，許邶，何治逢，吳婧，莊睿花，馬超，柴如山，Yusef Kianpoor Kalkhajeh，葉新新，朱林

（安徽農業大學資源與環境學院/農田生態保育與污染防控安徽省重點實驗室，合肥 230036）

【】農田中施用腐稈劑能否有效地促進秸稈腐解和養分釋放，進而提高作物產量一直存在爭議。在全國尺度上，整合分析腐稈劑田間施用的秸稈促腐和作物增產效果，探明不同氣候和土壤狀況、秸稈特征以及還田條件下腐稈劑施用對還田秸稈降解和作物產量的影響，為科學合理地使用腐稈劑提供指導。本研究利用整合分析的方法（meta-analysis），系統分析了2001—2019年公開發表的腐稈劑田間應用相關研究論文（共89篇，含腐稈劑促腐秸稈數據63條、腐稈劑提高作物產量數據207條），探討了氣候類型、還田條件、秸稈種類、還田初始碳氮比（C/N）、土壤pH和土壤有機質（SOM）含量等6方面因素對腐稈劑促腐和增產作用的影響。研究發現，與不施腐稈劑相比，施用腐稈劑總體上可有效促進還田秸稈的降解，但在溫帶大陸性氣候地區，秸稈還田初始C/N≤15以及土壤為中性時，腐稈劑的促腐效應卻不顯著，效應值的范圍分別為-0.010—0.716、-0.302—0.568和-1.01—0.475；還田條件、秸稈種類和SOM含量會顯著影響腐稈劑的促腐作用強度。類似地，腐稈劑的田間施用對作物產量的作用總體也表現為顯著提升，但在土壤為中性時腐稈劑的增產作用并不穩定，其效應值范圍為-0.284—0.751；除了還田環境、SOM含量外，其余4方面因素均會顯著改變腐稈劑的增產幅度。此外，線性擬合結果顯示秸稈促腐率與作物增產率之間呈現顯著正相關關系（2=0.307，＜0.0001）。施用腐稈劑可有效促進秸稈腐解和增加作物產量，且在溫帶季風性氣候條件下，將玉米秸稈于旱地條件下還田，在還田初始C/N大于30以及土壤呈酸或堿性時配施腐稈劑效果最佳。

秸稈還田；腐稈劑；秸稈腐解；作物產量；整合分析

0 引言

【研究意義】當前，秸稈還田因其腐解緩慢易造成作物產量下降而難以推廣[1]。腐稈劑作為一種新型微生物產品，近來被廣泛應用于加速還田秸稈降解[2-3]。然而，對腐稈劑的田間使用效果還存在一定的爭議[4]。整合分析秸稈還田配施腐稈劑對秸稈腐解和作物產量的影響，將有助于明確腐稈劑的田間應用效果，指導腐稈劑的科學使用。【前人研究進展】有研究表明，秸稈還田配施腐稈劑可不同程度地提高秸稈的腐解速率以及作物的產量[5-6]。LI等[5]在安徽合肥黃褐土上的研究結果表明，腐稈劑施用后小麥秸稈腐解速率和玉米產量分別提高了20.5%和21.6%。張瑩瑩等[6]在山東齊河潮土上的試驗也得出，施用腐稈劑相比不施腐稈劑處理的玉米秸稈腐解率和小麥產量分別提高了18.5%和10.7%。然而，也有研究發現，施用腐稈劑既不能促進秸稈腐解也不能實現作物增產[7]。楊春等[7]在重慶銅梁水稻田的研究發現，施用腐稈劑后稻草的腐解率和水稻產量分別下降了1.81%和1.97%。此外，還有一些研究發現，施用腐稈劑可促進秸稈腐解但未能提高作物產量[8-9]。例如，楊光海等[8]指出施用腐稈劑處理較不施腐稈劑處理的水稻秸稈的腐解率提高了2.21%，但是油菜的產量卻減少了0.714%。綜上，還田秸稈的降解和養分轉化在區域氣候、秸稈種類、還田條件和土壤狀況等不同時，腐稈劑施用的響應會有所差別。因此，在全國范圍內系統分析秸稈還田配施腐稈劑對秸稈腐解和作物產量的影響十分必要及迫切。【本研究切入點】目前，關于秸稈還田配施腐稈劑對秸稈腐解和作物產量影響的研究大多從單一試驗角度出發，并且多是基于某些特定試驗點，研究結果只能回答特定條件下施用腐稈劑的效果。本研究擬采用整合分析方法（meta-analysis），對全國范圍的田間施用腐稈劑獨立試驗結果進行綜合分析。【擬解決的關鍵問題】本研究在檢索我國在國內外期刊上發表的腐稈劑促腐和增產研究論文基礎上，對我國不同氣候類型、還田條件、秸稈種類、還田初始碳氮比（C/N）、土壤pH和土壤有機質（SOM）含量下腐稈劑的促腐和增產效應進行定量分析，并探究秸稈促腐效果與作物增產幅度之間的關系，期望明確腐稈劑田間應用時的秸稈促腐和增產效果及其在不同氣候類型、土壤狀況、秸稈種類和還田條件下的差異，揭示腐稈劑促腐與增產效應之間的關系，為我國農田秸稈還田微生物促腐產品的科學使用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 數據收集

為了系統全面地揭示秸稈還田施用腐稈劑對秸稈腐解和作物產量的影響，本研究基于中國知網、Web of Science等文獻數據庫，設定“秸稈還田、Straw returning”和“腐熟劑、腐稈劑、腐解菌、Decomposition agent、decomposing microorganism”2套關鍵詞用于文獻檢索。檢索出的文獻使用以下標準來進行篩選：（1）中國范圍內進行的田間試驗；（2）同一試驗需包含配對的處理組（施腐稈劑）和對照組（不施腐稈劑），且處理組和對照組除腐稈劑施用之外，其他試驗條件全部一致；（3）試驗處理的重復數≥3；（4）結果中直接給出或可用于計算秸稈腐解率或作物產量的數據。對于每個獨立試驗，同時獲取了以下信息：試驗點氣候類型、還田條件、秸稈種類、還田初始C/N、土壤pH和土壤有機質（SOM）含量。經篩選后，符合條件的研究論文共89篇，含腐稈劑促腐秸稈數據63條和提高作物產量數據207條。

1.2 研究方法

本研究中的數據均來自檢索到的文獻。在進行文獻數據搜集時，如果文獻中的數據是用圖的形式表示，則用GetData Graph Digitizer 2.24[10]軟件來提取。若文獻中提供的數據為標準誤（），則標準差（）可通過公式（1）進行轉換：

式中，是重復次數。

統計學指標采用響應比（Response ratios，）表示，并計算其95%的置信區間（95%）。其計算公式為：

RR = X/ X（2）

式中，X和X分別是處理組和對照組變量的平均值。在分析過程中，需要將對數化，采用自然對數響應比（ln）來反映施用腐稈劑對秸稈腐解和作物產量影響的效應值，計算公式如下[11]：

lnln(X/ X)ln(X)ln(X) （3）

1.3 數據分析

在整合分析合并計數資料的響應比得出加權平均響應前，需明確試驗處理間及各試驗結果是否存在異質性（偏倚性）[12]，本研究采用Egger tests和Nfs進行異質性檢驗[13-14]。整合分析由MetaWin 2.1軟件實現[15]，并針對不同氣候類型、還田條件、秸稈種類、還田初始C/N、土壤pH和SOM含量等，使用效應值來評估田間腐稈劑施用促腐和增產作用的影響[16-17]。秸稈促腐率和作物增產率之間的線性擬合以及全文的圖形制作均是由Origin 9.0完成。

2 結果

2.1 數據收集情況

本文通過中國知網（CNKI）和Web of Science等文獻數據庫，共收集到符合相關要求的研究論文89篇，得到腐稈劑促腐秸稈數據63條、腐稈劑提高作物產量數據207條（表1）。經Egger tests和Nfs分析得到腐解率和產量數據的相關檢驗結果分別為＜0.01，Nfs= 13 788（＞5n+10，325）；0.04853＜0.05，Nfs=13 788（＞5n+10，1 045），即本研究所用數據不存在偏倚。

表1 數據庫樣本分布情況

NTC：溫帶大陸氣候； NTM：溫帶季風氣候； STM：亞熱帶季風氣候。括號內為樣本數。下同

NTC: Temperate continental climate; NTM: Temperate monsoon climate; STM: Subtropical monsoon climate. Number of samples in brackets. The same as below

2.2 施用腐稈劑對秸稈促腐的影響

總體上看，與不施腐稈劑相比，施用腐稈劑能夠顯著促進秸稈的腐解（＜0.05）（圖1）。然而，在不同氣候類型、還田條件、秸稈種類、土壤pH和SOM含量水平下，腐稈劑施用對秸稈腐解促進作用的顯著性和強度存在差異。與不施腐稈劑相比，施用腐稈劑在溫帶季風氣候區和亞熱帶季風氣候區均可顯著促進還田秸稈腐解，而在溫帶大陸氣候區施用效果不顯著；施用腐稈劑對還田秸稈腐解率的提高幅度在溫帶季風氣候區（效應值范圍為0.716—2.24，下同）最大，與溫帶大陸氣候區的（-0.010—0.716）存在顯著差異。秸稈還田初始C/N和施用地土壤酸堿性也會影響腐稈劑的田間促腐效果，還田初始C/N≤15（-0.302—0.568）或土壤為中性時（-1.01—0.475），腐稈劑的促腐作用不顯著（＞0.05）；而還田初始C/N為15—30或土壤呈酸/堿性時，能顯著提高還田秸稈的腐解率（＜0.05）。與不施腐稈劑相比，腐稈劑施用無論在旱地還是水田中均會顯著促進還田秸稈的腐解，腐稈劑在旱地（1.17—2.61）對還田秸稈的促腐效果要顯著高于水田（0.253—1.12）。在3種作物秸稈上，施用腐稈劑都會顯著提升還田秸稈的腐解率，但小麥秸稈（1.54—3.29）對于腐稈劑施用的響應最好，顯著高于水稻秸稈（0.141—1.02）。比較不同土壤SOM含量腐稈劑田間促腐效果時，發現施用腐稈劑在肥力較低土壤上的效果（1.96—5.11）要顯著好于肥力較高的土壤（0.375—1.36）。

2.3 施用腐稈劑對作物產量的影響

與秸稈腐解類似，腐稈劑的田間施用對作物產量的作用總體上也表現為顯著提升（＜0.05），且其效應的顯著性和強度也會因試驗點氣候、土壤、秸稈特征以及還田條件等的不同而有所差別（圖2）。腐稈劑施用在不同氣候類型下均可顯著提高作物的產量，但腐稈劑施用對作物產量的提高幅度在溫帶季風氣候區（1.53—2.42）要顯著高于亞熱帶季風氣候區（1.06—1.40）。相比不施腐稈劑，施用腐稈劑在土壤為酸或堿性時均可顯著提高作物產量（＜0.05），但在土壤呈中性時腐稈劑的增產作用不明顯（＞0.05）。施用腐稈劑在不同還田條件、秸稈類型、SOM含量情況下均能顯著提高作物產量，其中玉米秸稈（1.44—2.81）對腐稈劑施用的增產效應要顯著高于水稻秸稈（0.829—1.22）。比較不同還田初始C/N對腐稈劑田間增產效果發現，施用腐稈劑較不施用處理能顯著提高作物產量，C/N＞30時（1.32—2.68）對作物產量的提高幅度最大，顯著高于C/N≤15時（0.562—1.11）的增產幅度。

2.4 秸稈還田施用腐稈劑秸稈腐解與作物增產的相互關系

線性擬合結果顯示，秸稈促腐率與作物增產率之間呈極顯著正相關關系（20.307，＜0.0001，圖3）。二者線性擬合的斜率為0.40，表明當秸稈腐解率每提高1.00%時，作物的產量可增加0.40%。

點和誤差線分別代表效應值及95%的置信區間，如果95%的置信區間沒有跨越零線表示處理與對照存在顯著差異；若在某一分組下95%置信區間的橫線之間無重疊，可認為所研究因素之間存在差異顯著的統計學關聯；括號內的數值代表樣本數。● 表示施用腐稈劑處理相比不施腐稈劑處理對秸稈腐解的影響。NTC：溫帶大陸氣候； NTM：溫帶季風氣候；STM：亞熱帶季風氣候。下同

圖2 整合分析施用腐稈劑對作物產量的影響

秸稈促腐率：處理組與對照組之間最終腐解率的差值；作物增產率：（處理組產量-對照組產量）/對照組產量

3 討論

整合分析結果顯示，腐稈劑田間施用對秸稈腐解和作物產量的作用總體上均表現為顯著提升（圖1—2）。這主要是由于腐稈劑富含功能微生物，能夠加速秸稈中纖維素、半纖維素和木質素的降解。秸稈快速腐解的同時也促進了秸稈中有效養分的釋放，從而為作物增產提供肥力支持[18-20]。相關性分析顯示，秸稈促腐率和作物增產率具有協同增加的趨勢，并呈極顯著的線性關系（＜0.0001，圖3）。然而，腐稈劑田間施用對秸稈腐解和作物產量的提升作用在不同氣候類型、還田條件、秸稈種類、還田初始C/N以及土壤pH和SOM含量時會有所差異（圖1—2）。

3.1 氣候類型和還田條件對秸稈腐解和作物產量的影響

腐稈劑田間促腐和增產作用的顯著性和強度會因區域氣候類型和還田條件等不同而變化。腐稈劑的促腐效果在溫帶季風氣候和亞熱帶季風氣候下均顯著，而在溫帶大陸氣候區不顯著。這可能由下述2種原因引起：第一，溫帶大陸氣候區的水熱條件相對較差，腐稈劑中的功能性微生物受氣候條件限制，存活量和活性均較差[21]；第二，溫度和降水會改變土壤養分含量及土壤結構，長期干燥會導致微生物群落結構改變，微生物呼吸和生物量降低，使功能菌受到抑制[22]。區域氣候的差異不會改變腐稈劑增產作用的顯著性，均為顯著促進，但卻會顯著影響其作用強度。其中，腐稈劑施用在溫帶季風氣候區的增產效應顯著高于亞熱帶季風氣候區。這可能一方面是因為亞熱帶季風氣候區水熱條件充足，可為微生物提供良好的外界環境，促進土著微生物轉化還田秸稈養分[23-25]；而溫帶季風氣候區水熱條件相對較差，土著微生物對還田秸稈養分元素釋放的驅動較弱[26-27]。另一方面，溫帶季風氣候區土壤溫度和濕度較亞熱帶季風氣候區的要低，會造成養分的凈釋放量降低[28]，而腐稈劑施用后可加速秸稈養分的釋放，最終使得溫帶季風氣候區的增產效應顯著大于亞熱帶季風氣候區。值得注意的是，溫帶季風氣候與亞熱帶季風氣候之間腐稈劑的促腐作用相近而增產作用卻相左。這可能是溫帶季風氣候區和亞熱帶季風氣候區水熱狀況均較好，腐稈劑中功能性微生物受氣候條件限制不大[23]，因而促腐作用差異不大；但亞熱帶季風氣候溫度較高、降雨量較大，土壤溫度和濕度的增加會顯著提高秸稈中氮素的釋放速率，進而掩蓋了腐稈劑的培肥增產作用[28]。與氣候類型的影響不同，腐稈劑無論在水田還是旱地上施用均能顯著促進秸稈腐解和作物增產，且促腐作用強度在旱地上顯著高于水田，增產作用上二者無差異。這一現象或許是由于旱地環境下的好氣條件更有利于纖維素、半纖維素和木質素等的降解菌發揮作用[29-30]，因而促腐作用差異顯著；而增產作用差異不大則可能是由于大量秸稈在短期內分解會產生有機酸、酚類等化感物質積累，從而影響旱地作物幼苗生長[31]，使得腐稈劑對于旱地作物產量提升水平受限。

3.2 秸稈種類和秸稈還田初始碳氮比對秸稈腐解和作物產量的影響

腐稈劑促腐和增產作用的顯著性與強度同秸稈種類、還田初始碳氮比有關。腐稈劑施用對于任何種類的秸稈均表現為顯著促腐和增產效果，其中促腐效用最顯著的是小麥秸稈，而增產效果最好的是玉米秸稈。與小麥秸稈相比，玉米秸稈促腐過程中纖維素降解表現為速效慢、降解率低等特點，這可能會造成其腐解率較低[32]；而玉米增產效應顯著或是由于玉米秸稈中氮養分含量高且與土壤混合后有機碳、微生物量氮及全氮含量的提升幅度均高于小麥秸稈，會使其增產效應顯著[33-34]。研究結果還顯示，腐稈劑的促腐效果在還田初始C/N為15—30時顯著，而C/N≤15時不顯著。其原因可能是低C/N條件下秸稈往往降解比較快，并且能夠提高微生物生物量和活性，因而C/N≤15時腐稈劑的促腐效果難以得到體現[35-36]。與促腐作用不同，腐稈劑的增產作用不會因秸稈還田初始C/N的變化而改變。至于還田初始C/N＞30腐稈劑的增產效果顯著高于還田初始C/N≤15，這可能歸因于以下兩點：一是由于C/N較大時，秸稈還田過程中微生物會與作物爭氮，造成作物不同程度的減產，施用腐稈劑后可顯著促進秸稈腐解以及養分釋放[37]；二是C/N低也以為可供作物吸收利用的速效氮含量高[38]，作物生產所需的養分能夠被充分滿足，使得腐稈劑施用對于作物產量的提升幅度較小。

3.3 土壤pH和SOM含量對秸稈腐解和作物產量的影響

腐稈劑的促腐和增產作用還會受到土壤pH和SOM含量狀況的調控。其中，酸性或堿性土壤上施用腐稈劑后促腐和增產效果均顯著，但在中性土壤上的效果則均不顯著。這或歸因于以下兩點：第一，當土壤呈酸或堿性時，土壤自身的木質纖維素降解菌數量和活性有可能受到抑制，腐稈劑的施用為土壤提供了較多功能性微生物，可彌補土著微生物功能的不足[18-19,39]。第二，腐稈劑中功能性微生物進入土壤后會與土著微生物群落產生競爭，中性土壤中繁盛的土著微生物種群較酸性或堿性土壤對外源腐稈菌的競爭作用更大，容易導致促腐菌的功能發揮受阻，養分釋放也受限[40-41]。與土壤pH作用不同，不論土壤有機質含量高或低，腐稈劑施用后均表現出顯著促腐和增產作用，但土壤有機質含量的高低卻會顯著改變腐稈劑的促腐強度。當土壤有機碳含量較高時，通常土壤的微生物量及基礎呼吸也會較高，因此土壤中發揮降解功效的微生物活性會較多、降解能力較強進而可能使腐稈劑的秸稈促腐效果難以體現，而有機質含量低時，土壤則不會因自身秸稈降解能力強大而弱化腐稈劑的效果[42-43]；至于土壤有機質高低不會影響腐稈劑的增產作用，則可能由于土壤有機質含量低時，土壤本身肥力較低，作物養分需求受限，腐稈劑的增產作用比較有限；而有機質含量高時，又因為土壤可供給作物充足養分，掩蓋了腐稈劑的增產效應[4]。值得注意的是，腐稈劑對還田秸稈腐解和作物生產的作用還可能會受到腐稈劑種類、腐稈劑用量、耕作模式等因素的調控，所以今后還需繼續整合分析上述因素對腐稈劑田間應用效果的影響。

4 結論

施用腐稈劑能有效促進秸稈腐解和提升作物產量，但是當氣候類型、還田條件、秸稈種類、還田初始C/N以及土壤pH和SOM含量等不同時，腐稈劑的作用顯著性和強度會有所差別。總體來看，在溫帶季風性氣候條件下，將玉米秸稈于旱地條件下還田，在還田初始C/N大于30以及土壤呈酸或堿性時，具有較好的應用前景；秸稈促腐率和作物增產率具有協同增加的趨勢，呈極顯著的線性關系。

[1] 石祖梁, 邵宇航, 王飛, 王久臣, 孫仁華, 宋成軍, 李想. 我國秸稈綜合利用面臨形勢與對策研究. 中國農業資源與區劃, 2018, 39(10): 30-36.

SHI Z L, SHAO Y H, WANG F, WANG J C, SUN R H, SONG C J, LI X. Study on the situation and countermeasures of straw comprehensive utilization in China., 2018, 39(10): 30-36. (in Chinese)

[2] 馬超, 周靜, 劉滿強, 鄭學博, 崔鍵, 李輝信, 康炳龍. 秸稈促腐還田對土壤養分及活性有機碳的影響. 土壤學報, 2013, 50(5): 915-921.

MA C, ZHOU J, LIU M Q, ZHENG X B, CUI J, LI H X, KANG B L. Effects of incorportion of pre-treated straw into field on soil nutrients and labile organic carbon in Shajiang black soil., 2013, 50(5): 915-921. (in Chinese)

[3] 馬超, 周靜, 鄭學博, 劉滿強, 李輝信, 姜中山, 王維國. 秸稈促腐還田對土壤養分和小麥產量的影響. 土壤, 2012, 44(1): 30-35.

MA C, ZHOU J, ZHENG X B, LIU M Q, LI H X, JIANG Z S, WANG W G. Effects of returning rice straw into field on soil nutrients and wheat yields under promoting decay condition., 2012, 44(1): 30-35. (in Chinese)

[4] 馬超, 周靜, 朱遠芃, 柴如山, 汪滿照, 郜紅建. 秸稈還田配伍腐稈劑對小麥生長發育和肥料利用率的影響. 安徽農業大學學報, 2018, 45(3): 532-537.

MA C, ZHOU J, ZHU Y P, CHAI R S, WANG M Z, GAO H J. Effects of returning maize straw into field on the growth and nitrogen efficiency of winter wheat under promoting decay condition., 2018, 45(3): 532-537. (in Chinese)

[5] LI M H, TANG C G, CHEN X, HUANG S W, ZHAO W W, CAI D Q, WU Z Y, WU L F. High performance bacteria anchored by nanoclay to boost straw degradation., 2019, 12(7): 1148-1162.

[6] 張瑩瑩, 曹慧英. 秸稈腐熟劑對玉米秸稈腐解及下茬小麥生長的影響. 中國農技推廣, 2019, 35(5): 57-59.

ZHANG Y Y, CAO H Y. Effects of straw decomposition microorganism inoculum on decay of corn straw and the growth of next wheat., 2019(5). (in Chinese)

[7] 楊春, 李剛, 吳永紅. 不同秸稈腐熟劑品種在翻耕模式下使用效果研究. 現代農業科技, 2015(15): 214.

YANG C, LI G, WU Y H. Studies of different straw decomposing microorganism inoculum under plough mode., 2015(15): 214. (in Chinese)

[8] 楊光海, 張居菊, 楊光蘭. 稻油兩熟田應用秸稈腐熟劑的效果初探. 耕作與栽培, 2013(4): 20-22.

YANG G H, ZHANG J J, YANG G L. Preliminary study on effect of straw decomposition additive in Rice/Rape pattern., 2013(4): 20-22. (in Chinese)

[9] 李繼福, 魯劍巍, 李小坤, 任濤, 叢日環, 楊文兵, 魯明星, 劉克芝. 麥稈還田配施不同腐稈劑對水稻產量、秸稈腐解和土壤養分的影響. 中國農學通報, 2013, 29(35): 270-276.

LI J F, LU J W, LI X K, REN T, CONG R H, YANG W B, LU M X, LIU K Z. Effects of wheat straw returning with different organic matter-decomposing inoculants (OMIs) on the yield of rice.2013, 29(35): 270-276. (in Chinese)

[10] TAOVA S. GetData digitizing program code: description, testing, training. International Nuclear Data Committee, International Atomic Energy Agency, Vienna, 2013.

[11] HEDGES L V, GUREVITCH J, CURTIS P S. The meta-analysis of response ratios in experimental ecology., 1999, 80(4): 1150-1156.

[12] 任鳳玲, 張旭博, 孫楠, 徐明崗, 柳開樓. 施用有機肥對中國農田土壤微生物量影響的整合分析. 中國農業科學, 2018, 51(1): 119-128.

REN F L, ZHANG X B, SUN N, XU M G, LIU K L. A meta-analysis of manure application impact on soil microbial biomass across China’s croplands., 2018, 51(1): 119-128. (in Chinese)

[13] EGGER M, SMITH G D, SCHNEIDER M, MINDER C. Bias in meta-analysis detected by a simple, graphical test., 1997, 315(7109): 629-634.

[14] ROSENTHAL R. The file-drawer problem and tolerance of null result, 1979, 86(3): 638-641.

[15] ROSENBERG M S, ADAMS D C, GUREVITCH J.. America: Sinauer Associates Inc, 1997.

[16] Ma C, Li S P, PU Z C, TIAN J Q, LIU M Q, ZHOU J, LI H X, JIANG L. Different effects of invader-native phylogenetic relatedness on invasion success and impact: a meta-analysis of Darwin’s naturalizationhypothesis., 2016, 283(1838): 20160663.

[17] 曾廷廷, 蔡澤江, 王小利, 梁文君, 周世偉, 徐明崗. 酸性土壤施用石灰提高作物產量的整合分析. 中國農業科學, 2017, 50(13): 2519-2527.

ZENG T T, CAI Z J, WANG X L, LIANG W J, ZHOU S W, XU M G. Integrated analysis of liming for increasing crop yield in acidic soils., 2017, 50(13): 2519-2527. (in Chinese)

[18] 于建光, 常志州, 黃紅英, 葉小梅, 馬艷, 錢玉婷. 秸稈腐熟劑對土壤微生物及養分的影響. 農業環境科學學報, 2010, 29(3): 563-570.

YU J G, CHANG Z Z, HUANG H Y, YE X M, MA Y, QIAN Y T. Effect of microbial inoculants for straw decomposing on soil microorganisms and the nutrients., 2010, 29(3): 563-570. (in Chinese)

[19] 張經廷, 張麗華, 呂麗華, 董志強, 姚艷榮, 金欣欣, 姚海坡, 賈秀領. 還田作物秸稈腐解及其養分釋放特征概述. 核農學報, 2018, 32(11): 2274-2280.

ZHANG J T, ZHANG L H, LV L H, DONG Z Q, YAO Y R, JIN X X, YAO H P, JIA X L. Overview of the characteristics of crop straw decomposition and nutrients release of returned field crops., 2018, 32(11): 2274-2280. (in Chinese)

[20] 丁文成, 李書田, 黃紹敏. 氮肥管理和秸稈腐熟劑對15N標記玉米秸稈氮有效性與去向的影響. 中國農業科學, 2016, 49(14): 2725-2736.

DING W C, LI S T, HUANG S M. Bioavailability and fate of nitrogen from15N-labeled corn straw as affected by nitrogen management and straw microbial inoculants., 2016, 49(14): 2725-2736. (in Chinese)

[21] 董志新, 孫波, 殷士學. 氣候條件和作物對黑土和潮土固氮微生物群落多樣性的影響. 土壤學報, 2012, 49(1): 130-138.

DONG Z X, SUN B, YIN S X. Impacts of climate and cropping on community diversity of diazotrophs in pachic udic agriboroll and fluventic ustochrept., 2012, 49(1): 130-138. (in Chinese)

[22] SCHIMEL J P, GULLEDGE J M, CLEIN-CURLEY J S, LINDSTROM J E, BRADDOCK J F. Moisture effects on microbial activity and community structure in decomposing birch litter in the Alaskan taiga., 1999, 31(6): 831-838.

[23] 李昌明, 王曉玥, 孫波. 不同氣候和土壤條件下秸稈腐解過程中養分的釋放特征及其影響因素. 土壤學報, 2017, 54(5): 1206-1217.

LI C M, WANG X Y, SUN B. Characteristics of nutrient release and its affecting factors during plant residue decomposition under different climate and soil conditions., 2017, 54(5): 1206-1217. (in Chinese)

[24] ZHAO M X, XUE K, WANG F, LIU S S, BAI S J, SUN B, ZHOU J Z, YANG Y F. Microbial mediation of biogeochemical cycles revealed by simulation of global changes with soil transplant and cropping., 2014, 8(10): 2045-2055.

[25] VERBURG P S J, DAM D V, HEFTING M M, TIETEMA A. Microbial transformations of C and N in a boreal forest floor as affected by temperature., 1999, 208(2): 187-197.

[26] BERGER T W, DUBOC O, DJUKIC I, TATZBER M, GERZABEK M H, ZEHETNER F. Decomposition of beech () and pine () litter along an Alpine elevation gradient：Decay and nutrient release., 2015, 251/252: 92-104.

[27] LIU S, WANG F, XUE K, SUN B, ZHANG Y G, HE Z L, VAN NOSTRAND J, ZHOU J Z, YANG Y F. The interactive effects of soil transplant into colder regions and cropping on soil microbiology and biogeochemistry., 2015, 17(3): 566-576.

[28] AGEHARA S, WARNCKE D D. Soil moisture and temperature effects on nitrogen release from organic nitrogen sources., 2005, 69(6): 1844-1855.

[29] 王景. 厭氧和好氣條件下作物秸稈的腐解特征研究[D]. 合肥: 安徽農業大學, 2015.

WANG J. Study on the decomposition characteristics of crop straw under anaerobic and aerobic conditions[D]. Hefei: Anhui Agricultural University, 2015. (in Chinese)

[30] 代文才, 高明, 蘭木羚, 黃容, 王金柱, 王子芳, 韓曉飛. 不同作物秸稈在旱地和水田中的腐解特性及養分釋放規律. 中國生態農業學報, 2017, 25(2): 188-199.

DAI W C, GAO M, LAN M L, HUANG R, WANG J Z, WANG Z F, HAN X F. Nutrient release patterns and decomposition characteristics of different crop straws in drylands and paddy fields., 2017, 25(2): 188-199. (in Chinese)

[31] 馬瑞霞, 劉秀芬, 袁光林, 孫思恩. 小麥根區微生物分解小麥殘體產生的化感物質及其生物活性的研究. 生態學報, 1996, 16(6): 632-639.

MA R X, LIU X F, YUAN G L, SUN S E. Study on allelochemicals in the process of decomposition of wheat straw by microorganisms and their bioactivity., 1996, 16(6): 632-639. (in Chinese)

[32] 宋芳芳. 主要糧食作物秸稈降解菌劑的制備及應用研究[D]. 鄭州: 河南農業大學, 2015.

SONG F F. Studies on the stalk-degradable microbial preparation in main food crops and its application[D]. Zhengzhou: Henan Agricultural University, 2015. (in Chinese)

[33] 宋大利, 侯勝鵬, 王秀斌, 梁國慶, 周衛. 中國秸稈養分資源數量及替代化肥潛力. 植物營養與肥料學報, 2018, 24(1): 1-21.

SONG D L, HOU S P, WANG X B, LIANG G Q, ZHOU W. Nutrient resource quantity of crop straw and its potential of substituting., 2018, 24(1): 1-21. (in Chinese)

[34] 南雄雄, 田霄鴻, 張琳, 游東海, 吳玉紅, 曹玉賢. 小麥和玉米秸稈腐解特點及對土壤中碳、氮含量的影響. 植物營養與肥料學報, 2010, 16(3): 626-633.

NAN X X, TIAN X H, ZHANG L, YOU D H, WU Y H, CAO Y X. Decomposition characteristics of wheat and maize straw and their effects on soil carbon and nitrogen content., 2010, 16(3): 626-633. (in Chinese)

[35] YANNI S F, WHALEN J K, SIMPSON M J, JANZEN H H. Plant lignin and nitrogen contents control carbon dioxide production and nitrogen mineralization in soils incubated with Bt and non-Bt corn residues., 2011, 43(1): 63-69.

[36] FANG M, MOTAVALLI P P, KREMER R J, NELSON K A. Assessing changes in soil microbial communities and carbon mineralization in Bt and non-Bt corn residue-amended soils., 2007, 37(1/2): 150-160.

[37] SINGH B, RENGEL Z. The role of crop residues in improving soil fertility//Marschner P, Rengel Z.. Berlin Heidelberg: Springer, 2007: 183-214.

[38] 李濤, 何春娥, 葛曉穎, 歐陽竹. 秸稈還田施氮調節碳氮比對土壤無機氮、酶活性及作物產量的影響. 中國生態農業學報, 2016, 24(12): 1633-1642.

LI T, HE C E, GE X Y, OUYANG Z. Responses of soil mineral N contents, enzyme activities and crop yield to different C/N ratio mediated by straw retention and N fertilization., 2016, 24(12): 1633-1642. (in Chinese)

[39] 李飛, 張文麗, 劉菊, 夏會娟, 王建柱. 三峽水庫泄水期消落帶土壤微生物活性. 生態學雜志, 2013, 32(04): 968-974.

LI F, ZHANG W L, LIU J, XIA H J, WANG J Z. Soil microbial activities in the water-level-fluctuating zone of Three Gorges Reservoir area during discharging period., 2013, 32(04): 968-974. (in Chinese)

[40] XIONG W, GUO S, JOUSSET A, ZHAO Q Y, WU H S, LI R, KOWALCHUK G A, SHEN Q R. Bio-fertilizer application induces soil suppressiveness against Fusarium wilt disease by reshaping the soil microbiome., 2017, 114: 238-247.

[41] 史央. 紅壤中秸稈降解的微生物演替及應用研究[D]. 南京: 南京師范大學. 2003.

SHI Y. Microbial succession and application of straw degradation in red soil[D]. Nanjing: Nanjing Normal University, 2003. (in Chinese)

[42] 劉秉儒. 賀蘭山東坡典型植物群落土壤微生物量碳、氮沿海拔梯度的變化特征. 生態環境學報, 2010, 19(4): 883-888.

LIU B R. Changes in soil microbial biomass carbon and nitrogen under typical plant communities along an altitudinal gradient in east side of Helan Mountain., 2010, 19(4): 883-888. (in Chinese)

[43] 黃靖宇, 宋長春, 張金波, 郭躍東, 廖玉靜. 凋落物輸入對三江平原棄耕農田土壤基礎呼吸和活性碳組分的影響. 生態學報, 2008, 28(7): 3417-3424.

HUANG J Y, SONG C C, ZHANG J B, GUO Y D, LIAO Y J. Influence of litter importation on basal respiration and labile carbon in restored farmland in Sanjiang Plain., 2008, 28(7): 3417-3424. (in Chinese)

Impacts of Decomposing Microorganism Inoculum on Straw Decomposition and Crop Yield in China: A Meta-Analysis

YANG XinRun, XU Bei, HE ZhiFeng, WU Jing, ZHUANG RuiHua, MA Chao, CHAI RuShan, Yusef Kianpoor Kalkhajeh, YE XinXin, ZHU Lin

(School of Resources and Environment, Anhui Agricultural University/Anhui Province Key Laboratory of Farmland Ecological Conservation and Pollution Prevention, Hefei 230036)

【】Whether the application of straw decomposing microorganism inoculum (SDMI) in cropland could significantly promote returning straw decomposition and their nutrients releasing, and thus improve crop yield is still on debate. Therefore, it is very necessary to meta-analysis the effects of the SDMI on returning straw decomposition and crop yield on a national scale, as well as explore the variation of the effect under different climates, straw characteristics and returning conditions providing guidance for SDMI application.【】The meta-analysis was performed involving 63 comparisons of straw decomposition and 207 comparisons of crop yield from 89 studies during 2001 and 2009 to identify site-specific factors, including regional climates, returning conditions, straw types, initial returning carbon-to-nitrogen ratio (C/N), soil pH, and soil organic matter (SOM). 【】 The results showed that SDMI application could significantly increase the decomposition rate of returning straw, except the study was designed at temperate continental climate areas (range of effect size was from -0.010 to 0.716, the same in below), or initial returning C/N was no more than 15 (-0.302 to 0.568), or tested soil was neutral (95% CI of effect size was from -1.01 to 0.475). In addition, the strength of SDMI application could be varied significantly under different returning conditions, straw types, and SOM. Similar to straw decomposition, SDMI application also could significantly increase the crop yield, except the study designed at neutral soil (-0.284 to 0.751). Regional climates, straw types, initial returning C/N, soil pH rather than returning conditions and SOM would regulate the increase rate of crop yield. Moreover, the linear fitting indicated the positive correlation between the rate of straw decomposition and crop yield (20.307,＜0.0001). 【】 This study revealed that SDMI application in Chinese farmland could significantly promote returning straw decomposition and crop yield increasing, especially in temperate monsoon climate area with dryland, maize straw returning, initial returning C/N≥30 and acidic or alkaline soil.

straw returning; straw decomposing agent; straw decomposition; crop yield; meta-analysis

10.3864/j.issn.0578-1752.2020.07.006

2019-08-27；

2019-11-18

國家自然科學基金（31700452，41877099）、安徽省自然科學基金（1808085MD97）、國家重點研發計劃（2016YFD0200107）、安徽省重大科技專項（18030701188）、安徽省國際科技合作計劃（1604b0602022)

楊欣潤，E-mail：yangxinrun8@163.com。通信作者馬超，E-mail：chaoma@ahau.edu.cn

（責任編輯 楊鑫浩）