碳达峰、碳中和目标下,农业扮演着至关重要的角色。如何走生态农业之路,推动我国农业绿色发展是一个广阔的研究领域,农田生物固碳减排和改善土壤微生物学特性是全球农田生态系统研究的前沿热点问题。近年来,我校农业生态学团队师生围绕稻田轮作和旱地间作的固碳减排效应进行了系统的研究,在稻田温室气体排放的机理以及红壤旱地间作体系的微生物调控机制方面取得了一系列新进展。
1. 大田试验研究发现,通过稻田水旱轮作、种植绿肥增加土壤渗透性和降低土壤C/N比,可以减少土壤中甲烷菌的数量,使CH4排放降低了32.95%-63.22%,区域尺度的全球增温潜势和温室气体排放强度分别降低19.01%-50.69% 和5.38%-35.77%。该成果以“Paddy-upland rotation with Chinese milk vetch incorporation reduced the global warming potential and greenhouse gas emissions intensity of double rice cropping system”为题,近期在《Environmental Pollution》(中科院二区,IF=9.988)上发表,江西农业大学为第一单位,农学院硕士研究生钟川为第一作者,农学院黄国勤教授为通讯作者。(https://doi.org/10.1016/j.envpol.2021.116696)
图1 冬季、早稻和晚稻的农田CH4和N2O的季节性排放通量
2.通过监测稻草生物炭对酸性土壤N2O排放的反应,发现2%生物炭的应用可使土壤的pH值从5.48增加到6.11,并引发氮的转化,提高nosZ和nirK基因的丰度,从而有效减少土壤中的N2O排放。该成果以“Biochar mitigates the N2O emissions from acidic soil by increasing the nosZ and nirK gene abundance and soil pH”为题,近期在《Journal of Environmental Management》(中科院二区,IF=8.91)上发表,江西农业大学为第一单位,农学院博士研究生Muhammad Aamer为第一作者,农学院黄国勤教授为通讯作者。(https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.109891)
图2 生物炭对pH值、N2O排放以及nosZ、nirK基因丰度的影响
3. 通过对土壤施加不同水平的稻草生物炭和水分管理,发现生物炭可以通过触发土壤pH值、土壤C和N库以及提高nosZ和nirK基因的丰度,从而减少土壤N2O的排放。该成果以“N2O emissions mitigation in acidic soil following biochar application under different moisture regimes”为题,近期发表在《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》(中科院二区,IF=3.61)上,江西农业大学为第一单位,农学院博士研究生Muhammad Aamer为第一作者,农学院黄国勤教授为通讯作者。(https://doi.org/10.1007/s42729-020-00311-0)
图3 生物炭和水分管理对pH值、N2O排放以及nosZ、nirK基因丰度的影响
4. 通过不同施肥水平下绿肥和秸秆还田研究发现,秸秆还田条件下减施氮肥有助于水稻增产并缓解稻田温室气体排放。该成果以“Rice yield and greenhouse gas emissions affected by Chinese milk vetch and rice straw retention with reduced nitrogen fertilization”为题,近期发表在《Agronomy Journal》(中科院三区,IF=2.65)上,江西农业大学为第一单位,农学院已毕业博士研究生刘英为第一作者,农学院黄国勤教授为通讯作者。(https://doi:10.2134/agronj2019.03.0145)
图4 不同施肥水平下绿肥和秸秆还田的CH4和N2O排放通量
5. 通过多年稻田轮作休耕的系统研究,发现随着耕作年限的增加,不同的轮作休耕制度可以通过促进土壤养分的吸收和增加稻田中细菌的相对丰度来提高水稻产量。该成果以“Impacts of rotation-fallow practices on bacterial community structure in paddy fields”为题,近期发表在《Microbiology Spectrum》(中科院二区,IF=9.043)上,江西农业大学为第一单位,农学院硕士研究生李娜为第一作者,农学院黄国勤教授和徐慧芳博士为共同通讯作者。(https://doi.org/10.1128/spectrum.00227-22)
图5 不同轮作休耕模式下土壤细菌群落结构与土壤养分之间的关系
6. 通过多年红壤旱地间作系统研究,发现紫云英油菜间作不仅可以提高土壤氮含量,而且可以改变土壤微生物群落的多样性。在旱地红壤中,紫云英油菜间作对土壤水分和氮素的影响是促成土壤微生物群落变化的关键因素。该成果以“Soil microbial community driven by soil moisture and nitrogen in milk vetch (Astragalus sinicus L.)–rapeseed (Brassica napus L.) intercropping”为题,近期发表在《Agriculture》(中科院二区,IF=3.408)上,江西农业大学为第一单位,农学院硕士研究生刘泽琴为第一作者,农学院黄国勤教授和周泉博士为共同通讯作者。(https://doi.org/10.3390/agriculture12101538)
图6 紫云英油菜间作下的土壤化学特征及其与微生物的关系
供稿:周泉 审核:李向楠