有机肥连续替代缓解稻田转菜地生态系统的净碳损失机制研究

针对稻田转菜地导致的土壤碳库损失问题，研究人员通过两年田间试验，探究猪粪与市政污泥有机肥替代化学氮肥（25%和50%）对净生态系统碳预算（NECB）的影响。结果表明，50%有机替代通过提升净初级生产力（NPP）和直接碳输入实现碳汇效应，同时驱动微生物群落向高产策略菌群（如Proteobacteria）转变，为农业碳中和提供关键调控策略。

　　

论文解读

稻田转菜地的土地用途变更在全球范围内持续加速，这种转变背后是经济驱动和城市化进程的推动。然而，这种转变带来的土壤扰动会导致显著的碳损失。据统计，仅中国东部地区稻田转为旱地就可能造成504 Tg CO₂-eq的碳损失。与传统稻田相比，蔬菜种植系统由于频繁耕作、高量化肥投入和生物量移除，碳输入减少而输出增加，进一步加剧了土壤碳库的衰减。如何通过优化管理措施缓解这一生态问题，成为农业可持续发展的重要课题。

针对这一挑战，中国的研究团队在浙江宁波开展了一项为期两年的田间试验，系统评估了猪粪和市政污泥有机肥替代化学氮肥（25%和50%）对新转换菜地碳平衡的影响。研究发现，传统施肥（ConN）导致净生态系统碳预算（NECB）为负值（-2137 kg C ha^?1 yr^?1），而50%有机替代通过双重机制实现碳汇：一是直接增加有机碳输入（如猪粪含易分解碳组分），二是提升净初级生产力（NPP）间接增强根系碳沉积。尤为关键的是，微生物群落分析揭示，有机肥驱动了细菌群落向高产策略菌群（Y-strategists，如Proteobacteria和Bacteroidetes）转变，这些菌群通过快速同化碳源形成微生物残体，促进稳定碳库积累。该成果发表于《Applied Soil Ecology》，为土地转换系统的碳中性管理提供了理论和实践依据。

关键技术方法
研究采用动态箱法监测生态系统呼吸（CO₂），结合生物量收割法量化碳输入输出；通过高通量测序分析微生物群落结构，并运用生命史策略框架（Y/A-strategists）解析功能特征；利用静态箱-气相色谱法测定CH₄和N₂O排放以计算全球增温潜势（GWP）。

研究结果

1. 土壤碳输入输出组分：有机替代处理使碳输出增加21%-32%（主要来自激发效应），但50%猪粪替代组的碳输入增幅达108%，最终NECB转为正值（735 kg C ha^?1 yr^?1）。
2. 微生物群落重构：市政污泥处理显著增加Gemmatimonadetes相对丰度（+15.7%），这些Y-strategists与NECB改善呈显著正相关（R²=0.62）。
3. 碳-微生物关联机制：结构方程模型显示，微生物策略转变直接解释34%的NECB变异，其作用强度超过有机碳输入的直接效应（β=0.41 vs 0.29）。

结论与意义
该研究首次阐明有机肥替代在稻田转菜地系统中的双通道调控机制：既通过 biogeochemical 途径（碳输入输出再平衡）提升碳汇能力，又经由微生物代谢策略优化（Y-strategists富集）强化碳封存。这一发现为设计"基于自然的解决方案"（Nature-based Solutions, NbS）提供了新思路——通过精准调控有机肥类型与比例（如50%猪粪替代），可在保障蔬菜产量的同时实现NetZero目标。研究团队进一步指出，未来需关注长期有机替代下微生物残体碳（如氨基糖标志物）的积累动态，以完善碳周转模型。这些成果对全球耕地转型区域的碳中和实践具有重要指导价值。