1 月 9 日，《自然》杂志旗下的《自然 - 通讯》期刊在线发表了论文。该论文由中国农业大学资源与环境学院、国家农业绿色发展研究院的张福锁院士团队的田静副教授完成，题目为《全球变暖下保护性耕作土壤有机碳持久性微生物驱动机制》（ soil by -long ）。该研究依托华北平原十余年的长期增温田间试验平台，从时间维度进行了研究。它揭示了长期变暖和农业管理相互作用对土壤有机碳（SOC）积累及持久性的影响，还揭示了微生物群落和代谢的驱动机制。这为土壤固碳、耕地质量提升和碳中和提供了理论支撑与长期经验证据。论文接受后的次日，收到了集团的邀请，邀请在“the”栏目发表并分享该论文的研究经历。

土壤固碳对粮食安全和减缓气候变化意义重大。耕作是致使历史上土壤 SOC 损失的主要因素，每年平均约 0.3 至 1.0 Pg C。利用植物吸收大气中的 CO2 并将其固定在土壤中，以此重建土壤中的 SOC，被视为缓解气候变化并确保粮食安全的关键自然解决办法。当下全球 9%至 15%的耕地已采用保护性农业管理。然而，全球气候变暖容易致使土壤中的 SOC 出现损失，尤其是对于那些 SOC 含量比较高的土壤。这就表明，全球气候变暖有可能会对管理并重建土壤 SOC 的能力构成威胁。过去有大量的研究发现，土壤微生物呼吸是能够解释因增温而引发碳损失的一个重要驱动机制。不过，除了微生物在碳分解过程中所起的作用之外，近期的研究开始着重强调微生物合成过程在 SOC 的形成以及持久性方面所具有的关键作用。土壤微生物碳利用效率（CUE）对碳代谢中用于生长和呼吸的碳的分配进行了描述，能够表征 SOC 积累和损失之间的双重微生物控制作用。然而，目前有关微生物 CUE 与 SOC 形成和持久性之间复杂关系的研究还非常有限，特别是在不同时间尺度上，增温和农业管理的交互作用如何介导这一作用方面更是缺乏相关研究。

本研究依托一个定位试验，此试验包含两种管理措施，即保护农业与传统农业，还包含两种不同增温水平，即增温与自然环境，且该试验长达 10 余年。研究发现，加热促使了保护性农业下土壤 SOC 增加，然而在传统农业中却没有这种情况。同时，通过对加热效应的分析可以得知，随着时间的不断延长，加热效应在保护性农业中导致的 SOC 增加呈现出线性增加的态势，这表明这种增加是可持续性的。进一步研究发现，在保护性农业中，加热会导致微生物 CUE 和生长有所增加。为了能进一步对保护性和传统农业下微生物 CUE 对于加热持续时间的响应方向以及幅度进行评估，研究被分成了早期（2010 - 2015 年）和后期（2016 - 2020 年）。结果显示，微生物 CUE 和生长会随着时间的推移而线性增加，并且在增温 5 年后会产生更高的效应（图 1）。

图1 加热和农业管理对微生物CUE, 生长和残体的时间影响

对细菌和真菌群落的时间-衰变关系进行分析后发现，变暖使得保护性农业下真菌群落的时间周转加快了，这样就使得微生物残体对 SOC 的贡献增加了，尤其明显的是真菌残体的贡献从 28%提升到了 53%。经过进一步的驱动因子分析可以得知，保护性农业的加热处理促进了地上作物以及地下作物的生长，包括根系生物量和根系分泌物。作物碳输入增加，这使得真菌群落周转和演替加快，微生物的生长效率得以提高，从而导致在 10 年尺度上微生物来源碳对 SOC 形成和累积的贡献逐渐增加，如（图 2）所示。

图 2 展示了气候变暖对保护性农业中土壤有机碳形成以及积累的微生物驱动机制的模式图。

本研究发现，农业管理与气候因素相互作用，能够改变微生物群落的组成以及微生物的碳代谢。这种改变进而对农田 SOC 的形成和积累产生了影响。研究还指出，在未来气候变暖的情况下，气候变暖和土壤 C 损失之间的正反馈，可能会受到农业管理的介导。并且，长期的保护性农业具有减缓气候变化的潜力。

资环学院的田静副教授担任论文的第一作者以及共同通讯作者。中国农业大学的张福锁院士，美国科罗拉多州立大学的 M 教授，还有美国俄克拉荷马大学的 Zhou 教授均为共同通讯作者。该研究工作得到了中国农业大学 2115 人才发展计划的资助。

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