2024年10月，《自然》杂志旗下期刊《自然·通讯》（Nature Communications）在线发表了中国农业大学资源与环境学院、国家农业绿色发展研究院张福锁院士团队田静副教授的研究成果，题为《保护性农业在长期增温背景下提升土壤健康和维持作物产量》（Conservation agriculture improves soil health and sustains crop yields after long-term warming）的研究论文。这项研究基于华北平原长达十余年的长期增温田间试验，探讨了长期变暖和农业管理交互作用对土壤健康和作物产量的影响，以及背后的微生物驱动机制，为土壤健康保育支撑产能提升提供理论支撑与长期经验证据。该研究是继田静副教授2024年1月在Nature Communications上发表和认识 （Microbially mediated mechanisms underlie soil carbon accrual by conservation agriculture under decade-long warming）基础上，再次强调在全球变暖背景下，保护性农业作为适应气候变化、改善土壤健康并保持生产力的一种自然解决方案的重要性。
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中国农业大学张福锁院士团队在Nature杂志旗下期刊（IF=16.6）发表最新研究成果
气候变化与全球人口的增长对粮食安全构成了严峻挑战，这要求农业生产体系不仅要提高产出效率，还要具备应对气候变化的能力，以实施可持续的土地管理实践。保护性农业作为一种旨在保持和提升土壤质量的同时确保粮食生产的可持续方法，已受到广泛关注。据统计，全球已有约12.5%的土地面积采纳了保护性农业技术。尽管如此，这种方法也可能带来作物减产的问题，在全球范围内，保护性农业下的作物产量平均比传统耕作方式低约2.5%。加之气候变化带来的负面影响，如更频繁的干旱、作物生长周期的紊乱及植物疾病增多等，这些因素都可能进一步削弱作物的产量。因此，深入研究保护性农业在长期气候变暖条件下的表现及其对作物生产力的影响至关重要，但此类研究相对匮乏。
土壤健康对于保障和提升作物产量至关重要，同时也是增强作物系统抵抗气候变化能力的基础。虽然有大量文献支持保护性农业能够改善土壤健康，但在气候变暖的情况下，可能会加快土壤中微生物的分解速度和氮的矿化过程，从而导致土壤有机碳和氮的流失，进而损害土壤健康。此外，土壤微生物群落对可持续农业有着重要贡献，它们影响着土壤健康和作物产量。保护性农业一般能促进土壤微生物的多样性、活力及有益微生物群体的发展，但气候变暖可能会逆转这种积极效应。鉴于气候变暖与土壤管理措施之间复杂的交互作用，预测长期气候变暖条件下保护性农业对土壤健康的影响及其对作物生产力的潜在影响变得十分困难。
本研究基于一个长期的田间实验，该实验包含了两种管理模式（即保护性农业与传统农业）和两种不同的温度条件（即升温与自然温度），结果显示，气温升高有助于提高保护性农业系统的冬小麦产量，并且这种增产效果随着年限的增长而逐渐增强（图1）。通过康奈尔大学的土壤健康评估方法对17个土壤健康指标进行了评估，发现温度上升促进了关键土壤健康指标——如土壤有机碳和微生物生物量碳——的线性增长，从而在升温条件下提升了保护性农业下的土壤健康状况（图2）。进一步的分析表明，温度升高所引发的土壤健康改善和真菌分解者多样性变化共同作用于作物产量的提升。最终结果表明，相较于传统农业，在长期升温条件下，保护性农业不仅将土壤健康的水平提高了21%，而且保持了相似的作物产量。这一发现为保护性农业在实现长期可持续粮食生产方面提供的潜在益处提供了有力证据。长期升温条件下，保护性农业不仅优化了土壤结构，增强了土壤的渗透性和水分保持能力，还促进了碳和营养物质的循环及微生物活动，有效提升了作物的产量（图3）。
图1 增温和管理措施对作物产量的影响
图2 增温和管理措施对土壤健康的影响
图3 气候变暖对保护性农业土壤健康、微生物多样性和作物产量影响的模式图
中国农业大学博士后滕嘉玲为论文第一作者，中国科学院地理科学与自然资源研究所侯瑞星副研究员为论文的共同第一作者。中国农业大学田静副教授、崔振岭教授和西班牙塞维利亚自然资源和农业生物学研究所Manuel Delgado-Baquerizo教授为共同通讯作者。张福锁院士全程参与并指导了该研究工作的具体设计。英国埃克塞特大学Jennifer A. J. Dungait教授，西班牙塞维利亚自然资源和农业生物学研究所研究员周贵尧，德国哥廷根大学Yakov Kuzyakov教授和中国农业大学张敬波教授参与指导了具体工作。该研究工作得到了国家自然科学基金（U23A20158、32071629）、国家重点研发计划（2023YFD1901500）、中国农业大学2115人才发展计划和中国博士后科学基金（2022M71339）资助。
