近日，院土壤研究中心在国际知名期刊《Communications Earth & Environment》（中科院1区Top，IF：10.4）上发表研究类论文“Diversified cropping rotation increases soil carbon sequestration via fungal-mediated necromass production and mineral association”。

维持适宜的农田土壤有机质含量（有机碳含量× 1.724）是作物高产稳产的重要保证。农田轮作多样化通常有利于提高土壤有机碳（SOC），但增加的碳究竟更多保留为植物源化合物，还是先经微生物转化、再与矿物结合，尤其在亚表层如何变化，仍缺少贯通碳来源与转化过程的证据。研究依托43年长期定位试验（始于1981年），对比常规小麦—水稻轮作（ConCrop）与由水稻/小麦、棉花/大麦、玉米/蚕豆构成的多样化轮作（DivCrop），沿0–50 cm土层解析SOC的来源、组分及形成途径。

多样化轮作提高SOC并重塑其分子组成。固态¹³C-NMR显示DivCrop表层土壤烷基碳比例上升，0–30 cm O/N-烷基碳下降，表明DivCrop使植物源木质素标志物的保存量下降、氧化转化增强，暗示SOC升高并不意味着木质素必然同步积累。DivCrop使微生物残体积累与矿物结合潜力同步增强。酶向量、底物利用谱及葡萄糖和氮磷补加试验显示，传统轮作的微生物更易受资源供应约束，而多样化轮作提高了生长投入及碳利用效率（CUE）。

多样化轮作提高0–30 cm土层的总PLFA、腐生真菌及细菌丰度，表层真菌/细菌PLFA比值提高48%，原核生物丰富度与有效多样性也上升，表明微生物群落重组及其遗留效应影响CUE。

PLS路径模型显示，养分与DOC供给分别正向关联微生物生物量；生物量与CUE、CUE与MNC、MNC与SOC均表现为显著正路径。随机森林进一步将总PLFA、微生物生长和CUE识别为MNC的重要预测因素，为资源供给—微生物加工—碳积累提供关联证据。

研究结果表明：（1）长期轮作增碳的关键不只是投入更多植物残体，而可能是改变碳的转化与保存方式。传统观点强调难分解木质素的直接保存，但本研究观察到木质素酚减少、微生物残体和MAOC（矿物结合态碳）同时增加，提示微生物同化及矿物结合可能是重要碳积累路径；（2）必须重视土壤剖面与矿物背景，而非仅比较土壤表层SOC浓度。亚表层30–50 cm 土壤SOC浓度未见显著提高，MAOC却有增加，提示碳库内部重分配可能先于总碳显著变化；比较不同深度的固碳效应，应结合等质量土壤的SOC储量和具体矿物组分。

未来可用配对¹³C-残体与¹³C-MAOC示踪、分时点周转测定和多地点因子试验验证碳流向。多样化轮作的增碳潜力不仅取决于植物碳输入量，还与微生物生长及其产物能否进入矿物保护库有关；但较高CUE—更多残体—更多MAOC的完整因果链及其长期稳定性，仍需同位素归趋和长期动态证据检验。

资环所土壤研究中心纪程副研究员为论文第一作者，汪吉东研究员、南京农业大学周杰副教授为通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金项目(42377338, 42577374, 42577335)的资助

原文链接：https://doi.org/10.1038/s43247-026-04177-5