土壤肥力是粮食稳产增产的重要基础,也是农业应对气候变化的重要“支点”。
在土壤有机碳长期固存过程中,一类由丛枝菌根真菌产生的球囊霉素相关蛋白,被认为对增强土壤团聚体稳定、改善结构、降低侵蚀风险具有关键作用,同时有助于提升土壤碳汇能力。
但在生产实践中,一个长期存在的难题是:多年连续施肥究竟如何影响这类功能蛋白的积累?
在气候差异显著的区域,施肥策略如何因地制宜,既培肥地力又促进固碳?
这些问题关乎耕地质量提升路径的科学性与可操作性。
针对上述问题,中国农业科学院农业资源与农业区划研究所土壤培肥与改良团队开展系统研究,综合我国东部农区14个长期定位试验站点的数据,从跨区域尺度梳理施肥方式、气候条件与土壤生物过程之间的关系,明确长期施肥对球囊霉素相关蛋白积累的调控规律,并进一步解析不同气候带的主导驱动因素。
相关成果发表于国际期刊《土壤与耕作研究》。
研究显示,从总体效果看,长期施用有机肥对提升球囊霉素相关蛋白含量表现突出,相较不施肥处理,含量平均提高约46%。
这一结果从土壤生物学角度为有机肥提升耕地质量提供了新的证据链:有机投入不仅补充养分和有机质,还可能通过改善微生境、促进菌根共生体系运行,进而带动结构稳定与碳固存过程。
更值得关注的是,有机肥的增效并非“处处同强”,而是呈现明显的气候带特征。
在亚热带地区,有机肥对该蛋白的提升作用最为显著;在中温带地区相对偏弱。
这一差异提示,长期施肥的效果不仅取决于投入量与投入方式,还与温度、降水等气候背景及其所塑造的土壤理化环境密切相关。
湿热条件下有机质分解与微生物活动更为活跃,可能使有机投入对土壤结构与生物过程的带动效应更易显现;而在较冷或生长期较短地区,土壤生物过程受温度限制,施肥促进效应的表达路径和关键约束因素可能不同。
进一步分析表明,不同气候带驱动球囊霉素相关蛋白积累的“主控因子”存在差别:在中温带地区,磷投入量是最主要的影响因素;在暖温带地区,菌根真菌活性成为核心驱动;在亚热带地区,土壤团聚体稳定性起主导作用。
其逻辑在于,球囊霉素相关蛋白的形成与积累既涉及养分供给,也依赖菌根体系的有效运转,还与土壤结构状态相互反馈。
气候差异通过影响作物生长、微生物群落、矿物结合与团聚体形成等过程,改变了“限制因子”的排序,从而决定同一种施肥措施的边际效应。
上述发现对农业生产的影响在于,为区域化、精细化施肥提供了更具针对性的科学依据。
长期以来,一些地区施肥管理存在“一套方案走天下”的惯性,容易导致部分地块养分结构失衡、土壤结构退化,或在增产的同时带来环境压力。
此次研究将施肥与气候带差异、关键生物过程联系起来,有助于把“施多少、怎么施”从经验判断提升到机制驱动的决策框架,为提升肥料利用效率与生态效益提供支撑。
基于研究结论,团队提出分区施策建议:在湿热的亚热带地区,应突出提升土壤团聚体稳定性的管理目标,发挥有机肥对球囊霉素相关蛋白的促进作用,可结合秸秆还田、覆盖保墒、减少扰动等综合措施,持续改善结构、增强抗侵蚀能力;在中高纬度的中温带地区,应更加注重优化磷肥与有机肥的配施比例,通过合理补充磷元素缓解限制效应,促进相关蛋白积累与土壤结构改善;在暖温带地区,则应关注维护菌根真菌活性,避免不合理投入或管理措施抑制菌根共生体系,使有机投入更好转化为土壤生物过程优势。
从更长远看,土壤固碳与耕地质量提升是保障粮食安全、推进农业绿色转型的重要抓手。
当前我国正在推动化肥减量增效、耕地质量建设与农业面源污染治理协同发力。
该研究以长期定位试验为基础,从跨区域视角解析“施肥—气候—土壤生物功能”耦合机制,为构建因地制宜的培肥与固碳技术体系提供了可落地的理论支撑,也为不同气候区制定更精细的养分管理方案提供参考。
土壤健康关乎农业未来。
这项研究通过揭示施肥与气候条件对土壤微生物功能的协同调控规律,不仅深化了我们对土壤生态过程的认识,更为农业生产实践提供了科学指引。
在新发展理念指导下,通过推行精准施肥、科学培肥,我们有能力在保证粮食产量的同时,提升土壤质量、增强固碳能力,实现农业与生态的良性互动,为建设农业强国和应对气候变化做出更大贡献。