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资环所土壤肥力与植物营养创新团队在农田固碳减排方面取得系列进展

实现农田土壤固碳(有机质的提升)与温室气体减排是提升土壤肥力、确保粮食安全及绿色生产的重要内容。农田不仅是氧化亚氮(N2O)的重要排放源,也是唯一可在较短时间尺度上通过合理利用进行调节的碳库。资环所汪吉东研究员团队面向国家和江苏省农业绿色低碳发展的重大需求,在分析土壤本底N2O产生机制及土壤有机碳演变特征的基础上,开展有机物料定量靶向施用、内含除草剂包膜肥研发、秸秆还田配施腐熟剂等固碳减排技术研究,取得了系列新进展。

一、通过建立不同类型有机物料施用量与土壤固碳量间的定量关系,评估不同施用处理的净生态经济效益,提出了中低产田地区应采取适宜的有机物料及最佳施用量成本策略,以实现提高作物生产力、增强有机碳固碳和确保农民收入的可持续生产方案。论文第一作者为徐聪副研究员,通讯作者为汪吉东研究员。(Xu et al., 2022, Journal of Environmental Management;中科院1区,影响因子8.7)。

图1 不同有机物料类型下碳投入量与固碳量间的函数关系;各有机物料施用措施下的净生态经济效益

二、通过综合运用15N稳定性同位素技术和qPCR等现代分子生物学手段,从底物产生和微生物驱动角度系统阐释外源氮肥激发土壤本底N2O排放的产生机制,为氮肥施用的减排策略制定提供重要理论支撑。论文第一作者为徐聪副研究员,通讯作者为汪吉东研究员(Xu et al., 2023, Soil Biology and Biochemistry;中科院1区,影响因子9.7)。

图2 外源氮肥激发土壤本底N2O排放机制的概念模型

三、通过研发内含氰氟草酯的包膜肥实现除草剂和肥料的联合简化施用,此肥料的氮素释放明显延迟,导致N2O累计排放量减少和水稻产量提高。论文第一作者为研究生张泽旺,通讯作者为汪吉东研究员和马洪波副研究员(Zhang et al., 2024, Science of the Total Environment;中科院1区,影响因子9.8)。

图3 内含氰氟草酯包膜肥减少N2O排放的概念模型

四、基于两年田间原位观测,核算了秸秆还田配施腐熟剂条件下麦田生态系统净碳收支及碳足迹,明确了秸秆与腐熟剂联合应用能够实现土壤碳储量提升、作物生产力提高和温室气体减排的双赢。论文第一作者为纪程博士,通讯作者为汪吉东研究员(Ji et al., 2024, Science of the Total Environment;中科院1区,影响因子9.8)。


图4 秸秆还田配施腐熟剂对农田净碳收支及碳足迹的影响

五、通过运用qPCR和扩增子高通量测序等分子生物学手段,揭示秸秆与腐熟剂减少土壤N2O排放的加和效应机制。论文第一作者为纪程博士,通讯作者为汪吉东研究员(Ji et al., 2024, European Journal of Soil Science;中科院2区,IF=4.2)。

图5 秸秆与腐熟减少土壤N2O排放加和效应的概念模型

以上研究均以江苏省农业科学院为论文第一署名单位,并得到国家自然科学基金面上及青年项目(42377338,41907069,42007088);江苏省优秀青年基金(BK20230076);及江苏省农业科技自主创新资金(CX(21)1009)等资助。

文章链接:

1. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301479721021915?via%3Dihub

2. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071723000238?via%3Dihub

3. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S004896972306120X?via%3Dihub

4. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969724015602?via%3Dihub

5. https://bsssjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/ejss.13494