10月10日，《自然》雜志旗下期刊《自然·通訊》（Nature Communications）在線發(fā)表了中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院、國家農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展研究院張福鎖院士團(tuán)隊田靜副教授研究論文《保護(hù)性農(nóng)業(yè)在長期增溫背景下提升土壤健康和維持作物產(chǎn)量》（Conservation agriculture improves soil health and sustains crop yields after long-term warming）。該研究基于華北平原長達(dá)十余年的長期增溫田間試驗(yàn)平臺，揭示了長期變暖和農(nóng)業(yè)管理交互作用對土壤健康和作物產(chǎn)量的影響以及微生物驅(qū)動機(jī)制，為土壤健康保育支撐產(chǎn)能提升提供理論支撐與長期經(jīng)驗(yàn)證據(jù)。該研究是繼田靜副教授在Nature Communications上發(fā)表和認(rèn)識 （Microbially mediated mechanisms underlie soil carbon accrual by conservation agriculture under decade-long warming）基礎(chǔ)上，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了全球變暖下保護(hù)性農(nóng)業(yè)可作為適應(yīng)氣候變化的改善土壤健康和維持生產(chǎn)力的自然解決方案。

氣候變暖和全球人口持續(xù)增長嚴(yán)重威脅著糧食安全，促使農(nóng)業(yè)系統(tǒng)采用同時提高生產(chǎn)力和適應(yīng)氣候變化的可持續(xù)土地管理措施。保護(hù)性農(nóng)業(yè)已被廣泛提議作為維持糧食生產(chǎn)、同時促進(jìn)土壤健康的可持續(xù)策略。目前全球12.5%的土地已采用保護(hù)性農(nóng)業(yè)。然而，保護(hù)性農(nóng)業(yè)可能存在造成作物產(chǎn)量損失的風(fēng)險。在全球尺度上，保護(hù)性農(nóng)業(yè)的作物產(chǎn)量估計比傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)低2.5%。另外，氣候變暖可能導(dǎo)致干旱、擾亂作物生長周期、增加植物病害，最終導(dǎo)致作物產(chǎn)量減少。因此，關(guān)于保護(hù)性農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力對長期氣候變暖響應(yīng)方面的研究顯得尤為重要且亟待探索，但目前相關(guān)研究極為缺乏。

土壤健康是作物產(chǎn)量維持及提升的基礎(chǔ)，同時也能增強(qiáng)作物系統(tǒng)對氣候變化的韌性。保護(hù)性農(nóng)業(yè)對土壤健康的提升已經(jīng)被廣泛報道。但是氣候變暖下可能加速微生物分解和氮素礦化，引起土壤有機(jī)碳和氮素流失，危害土壤健康。此外，土壤微生物組是可持續(xù)農(nóng)業(yè)的主要貢獻(xiàn)者，影響土壤健康和作物產(chǎn)量。保護(hù)性農(nóng)業(yè)通常促進(jìn)土壤微生物的多樣性、活性和有益功能菌群，但變暖可能會產(chǎn)生相反的效果。由于氣候變暖和土壤管理對土壤屬性的復(fù)雜相互作用，很難預(yù)測氣候變暖背景下保護(hù)性農(nóng)業(yè)土壤健康變化的長期變化，以及進(jìn)一步引起的作物生產(chǎn)力改變。

本研究依托包含兩種管理措施（保護(hù)性農(nóng)業(yè)與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)）和兩種不同增溫水平（增溫與自然溫度）的長期定位試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)增溫提高了保護(hù)性農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的小麥產(chǎn)量，且隨著時間的推移，增產(chǎn)效益不斷增加（圖1）。利用康奈爾土壤健康評估方法（Cornell Soil Health Assessment）評估了增溫和管理措施對17項土壤健康指標(biāo)的影響，發(fā)現(xiàn)增溫導(dǎo)致的核心土壤健康指標(biāo)——土壤有機(jī)碳和微生物生物量碳的提升隨時間呈線性增加，并導(dǎo)致了增溫后保護(hù)性農(nóng)業(yè)土壤健康的提升（圖2）。通過進(jìn)一步的驅(qū)動因子分析發(fā)現(xiàn)，增溫引起的土壤健康提升和真菌分解者多樣性的變化共同提升了作物產(chǎn)量。最終，在長期增溫后，與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)相比，保護(hù)性農(nóng)業(yè)使土壤健康提高了21%，同時維持相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)量。這項研究為保護(hù)性農(nóng)業(yè)在長期可持續(xù)糧食生產(chǎn)中的潛在效益提供了實(shí)證依據(jù)。長期增溫背景下，保護(hù)性農(nóng)業(yè)改善了土壤健康，包括增強(qiáng)土壤的滲透性和保水性、碳和養(yǎng)分循環(huán)以及微生物活動，提升了作物產(chǎn)量（圖3）。

圖1 增溫和管理措施對作物產(chǎn)量的影響

圖2 增溫和管理措施對土壤健康的影響

圖3 氣候變暖對保護(hù)性農(nóng)業(yè)土壤健康、微生物多樣性和作物產(chǎn)量影響的模式圖

資環(huán)學(xué)院博士后滕嘉玲為論文第一作者，中國科學(xué)院地理科學(xué)與自然資源研究所侯瑞星副研究員為論文的共同第一作者。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)田靜副教授、崔振嶺教授和西班牙塞維利亞自然資源和農(nóng)業(yè)生物學(xué)研究所Manuel Delgado-Baquerizo教授為共同通訊作者。張福鎖院士全程參與并指導(dǎo)了該研究工作的具體設(shè)計。英國?？巳卮髮W(xué)Jennifer A. J. Dungait教授，西班牙塞維利亞自然資源和農(nóng)業(yè)生物學(xué)研究所研究員周貴堯，德國哥廷根大學(xué)Yakov Kuzyakov教授和中國農(nóng)業(yè)大學(xué)張敬波教授參與指導(dǎo)了具體工作。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金（U23A20158、32071629）、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃（2023YFD1901500）、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)2115人才發(fā)展計劃和中國博士后科學(xué)基金（2022M71339）資助。

https://www.nature.com/articles/s41467-024-53169-6

來源：中國農(nóng)大新聞網(wǎng)

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