共接种调控根际细菌多样性维持菜豆产量并降低N2O排放：基于富碳黏性铁铝土的研究

巴西农民习惯依赖尿素等矿物氮源种植菜豆(Phaseolus vulgaris)，导致环境经济成本增加。本研究在20年历史的作物-畜牧复合系统(ICLS)中，通过Rhizobium spp.与Azospirillum brasilense共接种(+I-N)，发现其可使N2O-N通量降低至43.8±16.0 μg/m2/h，维持约3000 kg/ha产量，同时改变根际微生物群落。该成果为热带农业减排增效提供了实践方案。

　　

在巴西农业实践中，菜豆(Phaseolus vulgaris)作为固氮豆科作物却长期依赖尿素施肥，这不仅增加生产成本，更导致温室气体N₂O排放——其百年增温潜势是CO₂的273倍。尽管生物固氮(BNF)技术理论上可替代化学氮肥，但农民对共接种微生物的接受度低，且在富碳黏性铁铝土(Ferralsol)这类特殊土壤中，微生物群落与N₂O排放的调控机制尚不明确。

中国农业科学院团队在《Soil Advances》发表的研究，通过20年历史的作物-畜牧复合系统(ICLS)田间试验，揭示了Rhizobium spp.与Azospirillum brasilense共接种对菜豆产量、N₂O排放及根际菌群的综合影响。研究采用静态箱法监测N₂O-N通量，结合16S rRNA测序分析花期根际微生物组，并测定土壤理化指标与植株生长参数。

3.1 土壤化学性质与氮动态
研究发现ICLS系统土壤有机质(SOM)含量(约4%)与原生塞拉多(Cerrado)植被相当，证实长期有机管理成效。共接种处理(+I-N)使N₂O-N通量(43.8±16.0 μg/m2/h)显著低于单施尿素处理(108.3±30.3 μg/m2/h)，且排放因子(0.1-0.4%)低于IPCC默认值1%。

3.2 菜豆生长与结瘤
共接种使结瘤数增加3倍(+I-N:55个/株 vs -I-N:9个/株)，但尿素处理(+N)显著抑制结瘤。值得注意的是，所有处理产量均维持在3000 kg/ha左右，证明共接种可完全替代化学氮肥。

3.3 根际微生物组特征
LEfSe分析显示，尿素处理富集Rhizobiaceae菌科(含Allorhizobium等4属)，而+I-N处理特异性富集Bradyrhizobium。FAPROTAX功能预测表明，-N处理中反硝化功能基因丰度更高，这与湿润年份(Y2)较高的N₂O排放相吻合。

该研究证实，在富碳铁铝土中，微生物共接种通过调控根际菌群结构——特别是Bradyrhizobium与Rhizobiaceae的平衡，既能维持作物产量，又可降低51%的N₂O排放强度。这一发现为巴西"ABC+ 2030"气候政策提供了关键技术支撑，证明ICLS系统结合微生物接种可实现"4‰倡议"的土壤固碳目标。研究还创新性地提出，在WFPS(孔隙水填充度)27%的临界点以下，土壤水分管理可有效调控硝化/反硝化进程，这对热带农业温室气体减排具有普适性指导价值。