湖南农业大学黎娟教授团队在碳氮循环功能微生物介导长期耕作农田温室气体减排及作物增产方面取得新进展

碳、氮为生物地球化学循环中的重要元素，碳氮循环是碳中和战略关注的核心内容。在集约化农业耕作模式下，明确长期耕作农田生态系统中碳氮循环功能微生物介导的温室气体减排及作物增产机制是实现经济效益与生态效益的双赢策略。

近日，湖南农业大学农学院黎娟教授团队在碳氮循环功能微生物介导的长期耕作农田温室气体减排及作物增产方面取得新进展。分别于国际环境科学期刊《Journal of Cleaner Production》(影响因子IF=11.1，中科院1区)及国际土壤学期刊《Applied Soil Ecology》(影响因子IF=4.8，JCR 1区)在线发表研究论文“Reduction of soil methane emissions from croplands with 20-40 years of cultivation mediated by methane-metabolizing microorganisms”及“Different rotation years change the structure and diversity of microorganisms in the nitrogen cycle, affecting crop yield”。

研究发现烟稻轮作20-40年显著增加农田土壤有机碳固存及铵态氮、硝态氮含量，农田甲烷排放量降低，烟稻产量显著提高。超过40年农田土壤甲烷排放量再次上升，作物增产效应减弱。变形菌门、放线菌门和厚壁菌是对土壤硝态氮有显著贡献的重要氮循环微生物门类，其中硝螺菌属是重要的氨氧化细菌。铵态氮对水稻产量有显著预测作用，硝态氮对烟草产量有显著预测作用(图1)。

图1氮循环微生物对铵态氮、硝态氮及作物产量的重要贡献预测

种植20-40年农田土壤甲烷代谢微生物互作网络中，更多的甲烷氧化菌参与到甲烷循环中。在产甲烷菌多样性降低，功能特性减弱的同时土壤甲烷氧化能力增强。同时，具有更强甲烷氧化能力的Methylocystis为其主导菌属，综上甲烷排放减少(图2)。该研究为农业生态系统管理策略和碳中和作用做出贡献，同时为土壤氮素的高效转化利用和粮食增产奠定了理论基础。

图2 甲烷代谢微生物介导的农田甲烷排放

湖南农业大学农学院硕士研究生秦天、马婷婷，湖南省烟科所刘勇军、杨坤，为论文第一作者，湖南农业大学农学院黎娟教授为论文通讯作者。该研究得到了湖南省烟草公司(HN2021KJ05、HN2023KJ03)、湖湘青年英才(2020RC3073)、常德市烟草公司(CD2023KJ03)、湖南中烟工业有限责任公司(202043000934133)项目的资助。

原文链接：

1、https://authors.elsevier.com/sd/article/S0959-6526(23)04647-4

2、https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2023.105123

通讯员：胡蝶