摘要：3月28日，《自然》杂志旗下期刊《自然-通讯》（Nature Communications）在线发表了中国农业大学资源与环境学院、国家农业绿色发展研究院张福锁院士团队田静副教授与西南大学陈新平教授合作的研究论文《土壤有机碳阈值控制氮肥对农田碳库积累的影响》（S

3月28日，《自然》杂志旗下期刊《自然-通讯》（Nature Communications）在线发表了中国农业大学资源与环境学院、国家农业绿色发展研究院张福锁院士团队田静副教授与西南大学陈新平教授合作的研究论文《土壤有机碳阈值控制氮肥对农田碳库积累的影响》（Soil organic carbon thresholds control fertilizer effects on carbon accrual in croplands worldwide）。

该研究基于长期氮肥联网试验结合全球尺度整合分析，探究了不同初始土壤有机碳（SOC）背景下氮肥对土壤碳库的影响机制，同时提出了全球农田土壤氮肥促稳定碳库积累的土壤SOC本底阈值。研究发现，当初始有机碳含量低于1.5%时，氮肥促进不稳定的颗粒有机碳（POC）积累；当超过该阈值时，氮肥施用则有利于稳定的矿物结合态有机碳（MAOC）增加。本研究深化了农田氮肥施用调控土壤碳库积累的理解，也为高效的农田碳氮管理提供了重要的理论支撑和实践指导，有助于提升耕地质量和生产力，促进农业绿色可持续发展。

氮肥是作物生长发育的重要限制性因子，作为农业生产的重要投入，对提高作物产量和保障粮食供应具有重要意义。通过提升土壤SOC含量，进而促进耕地质量，也是促进生产力提升的重要途径。因此协同土壤SOC提升与优化氮肥管理对粮食生产和耕地质量提升具有重要意义。目前大量研究表明土壤固碳对氮肥施用的响应存在较大差异，这可能归因于土壤碳库（POC和MAOC）对氮肥的差异响应，导致碳库的积累与稳定性呈现不同变化趋势。氮肥对不同功能碳库组分受到初始SOC含量调控，这一过程涉及土壤碳的“来源-转化-稳定”三重机制。但是氮诱导的土壤碳“来源-转化-稳定”过程在不同土壤肥力条件下可能存在差异，尚缺乏系统性研究。

图1 四个点位试验POC和MAOC对氮肥的响应

图2 氮肥对不同肥力土壤碳库组分的来源-转化-稳定的影响模式图

本研究通过位于中国玉米主产区的四个长期氮肥联网试验研究发现，氮肥在低肥力土壤中促进更多的POC积累；在高肥力的土壤中倾向MAOC的增加（图1）。进一步分析表明，低肥力土壤中，氮肥加强微生物化学计量不平衡，表现为碳和养分限制加剧，微生物分解代谢加强，不利于微生物残体的积累。因此，更多的植物源碳得以保留，并且在团聚体保护增强作用下稳定，从而促进POC的积累。然而，在高肥力土壤中，氮肥缓解微生物的化学计量不平衡，促进微生物合成代谢及残体的积累。此外高肥力土壤矿物保护的增强，进一步稳定残体，从而促进MAOC的增加（图2）。

全球的整合分析进一步表明初始SOC介导氮肥对功能碳库影响的具体阈值：POC 为14.8 g C kg-1；MAOC为13.2 g C kg-1（图3）。与四个长期定位研究结果相同，在全球旱地农田土壤中，氮肥促进低肥力土壤中POC 积累，而在高肥力土壤中更有利于 MAOC积累。利用机器学习将结果扩展至全球尺度（图4），预测表明在过去十年，相较于未施肥，氮肥使 POC 和 MAOC 分别增加 26% 和 8.3%。具体而言，氮肥促进低肥力土壤中 POC 增加 26%，高肥力土壤增加 22%。然而，施肥诱导的MAOC增长幅度较小，在低肥力土壤中增加 7%，而在高肥力土壤中增加 8%。

图3 全球耕地土壤初始有机碳介导的氮肥对POC和MAOC积累的影响

图4 氮肥对全球尺度旱地农田的POC和MAOC积累的预测

资环学院农业绿色发展科学与工程专业博士生凌俊为论文第一作者。中国农业大学田静副教授，西南大学陈新平教授为论文共同通讯作者。张福锁院士全程参与并指导了该研究工作的具体设计。中国农业大学崔振岭教授，英国埃克塞特大学Jennifer A. J. Dungait教授，西班牙塞维利亚自然资源和农业生物学研究所Manuel Delgado-Baquerizo研究员，德国哥廷根大学Yakov Kuzyakov教授，吉林农业大学高强教授，西南大学张务帅副教授，四川农业大学陈远学教授，山西农业大学岳善超副教授参与指导了具体工作。该研究得到国家自然科学基金（U32071629）、国家重点科技发展计划（2023YFD1901500, 2022YFD1901300）、中国农业大学2115人才发展计划和北京高精尖学科项目支持。

来源：涵馥虞