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为解决农业集约化导致的土壤有机质（SOM）耗竭问题，研究人员开展了碎枝落叶（RCW）结合甜薯轮作提升土壤质量的研究。发现高剂量 RCW 显著增加土壤有机碳（C）和氮（N）储量，提升作物产量，为可持续农业提供新策略。
农业生产中，土壤有机质（SOM）耗竭已成为全球农业可持续发展的重大挑战。过度耕作和化肥依赖不仅导致土壤结构破坏、肥力下降，还削弱了土壤应对气候变化的能力，如碳固存和养分循环功能。如何快速提升土壤有机质、优化养分供应，同时维持作物产量，成为现代农业亟待解决的关键问题。在此背景下，西班牙巴塞罗那 Masia Cal Notari 有机园艺农场的研究人员开展了一项开创性研究，探究碎枝落叶（Ramial Chipped Wood, RCW）与甜薯（Ipomoea batatas）轮作模式对土壤碳氮动态及作物表现的影响，相关成果发表在《Agriculture, Ecosystems》。
研究团队采用田间试验方法，设置四种处理：未改良对照（Control）、堆肥处理（Compost，1.28 kg/m2）、低剂量 RCW（RCW-LD，7.5 kg/m2）和高剂量 RCW（RCW-HD，15 kg/m2），结合甜薯 - 菠菜 / 蚕豆 - 番茄轮作体系，监测土壤有机碳（SOC）、氮（N）储量、作物产量及生物固氮等指标。研究涉及土壤化学分析（如碳氮含量测定）、作物表型评估（如产量、植被指数）及稳定同位素技术（如 δ1?N 自然丰度法测定生物固氮）。
3.1 土壤物理性质变化
RCW 处理显著影响土壤容重。施用后 2 个月，RCW-HD 组土壤容重（1.07 g/cm3）显著低于对照（1.25 g/cm3）和堆肥组（1.28 g/cm3），表明 RCW 可改善土壤结构，减少压实。尽管 14 个月后容重略有回升，但 RCW 处理组仍维持较低水平，显示其对土壤物理性质的持续改善作用。
3.2 土壤碳氮动态
短期来看，RCW-HD 处理在 2 个月时即显著提升细土 fraction 有机碳含量，而堆肥组碳含量最低。14 个月后，仅 RCW-HD 组维持较高有机碳储量，碳保留率达 22%，其中 5% 以 > 2 mm 有机碎屑形式存在。氮素方面，RCW 处理组氮保留率接近 100%，且高剂量 RCW 促进氮从有机碎屑快速转移至细土 fraction，表明 RCW 可高效促进氮素循环与固存。
3.3 作物产量与养分利用
甜薯产量在 RCW-HD 组最高（51.66 t/ha），较对照组提升约 21%。菠菜产量在 RCW-HD 组达 5.09 t/ha，显著高于其他处理。番茄产量在各组间无显著差异，但 RCW-HD 组植被指数（如绿色面积 GA、绿度 GGA）表现更优，衰老指数（CSI）更低，显示其促进作物生长的潜力。生物固氮方面，甜薯在 RCW-HD 组的氮素大气来源比例（% Ndfa）达 14.91%，显著高于对照，而蚕豆的固氮率因土壤氮素增加而略有下降，但整体氮素吸收未受影响。
4.1 RCW 对土壤特性的综合影响
RCW 通过增加土壤有机质输入，不仅改善物理结构（如降低容重），还通过促进微生物活动加速养分循环。高剂量 RCW 处理中，木质素含量较高的有机碎屑可能刺激腐生真菌活性，长期维持土壤肥力。
4.2 碳氮固存机制
尽管大部分输入碳通过呼吸作用损失，但 RCW-HD 仍实现显著碳固存，这与木质素的抗分解性有关。氮素则因微生物快速同化而高效保留，打破了 “高 C:N 比材料导致氮素固定” 的传统认知，表明 RCW 可通过促进微生物周转实现氮素高效利用。
4.3 作物表现与养分平衡
RCW 处理未导致作物氮素缺乏，反而通过提升土壤氮储量和生物固氮，满足了高氮需求作物（如菠菜）的养分需求。甜薯作为非豆科固氮作物，其固氮能力与土壤碳氮储量呈正相关，进一步凸显了 RCW - 甜薯体系的协同效应。
5. 结论与意义
本研究首次证实，高剂量 RCW（15 kg/m2）结合甜薯轮作可快速提升土壤有机碳（22% 保留率）和氮储量，同时维持或提高作物产量。该模式通过促进碳固存、优化氮素循环、减少耕作干扰，为退化土壤修复提供了高效、可持续的解决方案，同时通过利用修剪废弃物推动循环经济。研究结果为全球农业向低碳、高生产力模式转型提供了重要科学依据，尤其适用于地中海气候区及类似生态系统。未来需进一步探索不同 RCW 类型、施用时机及作物组合的优化，以最大化其环境与经济效益。
