南湖新闻网讯(通讯员 马世浩) 我校资源与环境学院作物养分管理团队采用数据整合分析、田间定位试验、分子光谱与同位素示踪技术等相结合的方法，针对稻田土壤固碳及其调控机制开展了系统研究，并取得系列进展。

耕地是粮食生产的基础。我国现有耕地19.4亿亩，其中水田4.7亿亩，但约60%属于中低产田，土壤有机碳含量低且稳定性差是主要障碍因素之一。提升中低产稻田固碳能力，对实现“双碳”战略、保障粮食安全、提升耕地质量具有重大意义。

外源添加粪肥、生物炭等有机物料是快速、有效补充稻田土壤有机碳的重要途径。通过整合分析249篇文献中4293组数据，团队系统评估了有机物料施用对土壤团聚体形成及有机碳分布的影响（图1）。结果显示，与单施化肥相比，有机物料显著促进了大团聚体的形成、团聚体稳定性、提升了各粒级团聚体有机碳含量。农艺措施（有机物料类型、C/N比）与土壤性质（初始有机碳、pH、质地）是调控响应的关键因子（Ma, et al., Catena, 2024）。

图1 土壤团聚体中有机碳分布对有机物料的响应及其调控因素

进一步研究发现，有机物料施用显著改变了土壤有机质的分子结构：芳香碳含量平均提升11%，烷基碳和羧基碳则分别下降3%和6%，表明土壤有机质向更稳定方向演化。其中，生物炭使土壤芳香碳增幅达56%，而粪肥在增加芳香碳同时促进烷基碳积累。证实了有机物料可提升有机碳的“内在稳定性”（Ma, et al., Geoderma, 2026）。团聚体尺度对比研究表明（图2），生物炭通过直接输入芳香碳和优化大团聚体结构实现碳的物理化学稳定；而粪肥则通过促进微生物将活性碳转化为更稳定的烷基碳优化碳周转。¹³C分馏分析揭示了矿质肥料、粪肥和生物炭介导碳流动的差异机制（Ma, et al., Soil & Tillage Research, 2026）。

图2 不同有机物料处理土壤团聚体¹³C分馏作用的机制

在团聚体尺度整合酶活性、铁结合态有机碳、铁氧化物及微生物群落分析，发现粪肥和生物炭通过截然不同的路径稳定土壤有机碳（图3）。粪肥主要通过激活微生物介导的“铁门”机制，刺激铁氧化菌丰度及铁氧化基因表达，增加铁结合态有机碳，将碳“锁定”在矿物表面。生物炭则通过物理化学驱动的“酶锁”效应，利用多孔结构吸附/钝化胞外酶（如酚氧化酶），直接抑制有机质分解，降低碳矿化（Ma, et al., Communications Earth & Environment, 2026）。

图3 粪肥和生物炭对土壤团聚体有机碳稳定的差异化路径

有机物料在提升土壤有机碳的同时，也协同促进无机碳库的形成。进一步对土壤中与碳固存相关的关键酶分析后发现（图4），有机质通过稳定脲酶与碳酸酐酶结构，协同驱动无机碳酸盐沉淀的形成。同时土壤有机碳通过其羧基、酚羟基等官能团与形成的无机碳酸盐颗粒结合，随晶相转化被包埋于矿物内部，实现有机-无机碳协同固定，并促进土壤团聚结构形成（Fan, et al., Environmental Science & Technology, 2025）。

图4 双酶驱动土壤无机和有机碳协同固定的过程及机制

该系列成果揭示了稻田土壤碳固存的关键机制与影响因素，为科学施用有机物料、提高土壤碳汇能力、协同实现土壤健康和“双碳”目标提供了理论依据。

资源与环境学院博士研究生马世浩（2022级）、范宇科（2021级，已毕业）为论文第一作者，李小坤教授、张文君副教授分别为通讯作者。作物养分管理课题组鲁剑巍教授、任涛教授、朱俊副教授、丛日环副教授、陆志峰副教授，博士研究生曹玉东、贾崇昊，硕士研究生张苑；德国哥廷根大学Yakov Kuzyakov教授、明斯特大学矿物学研究所Christine V. Putnis教授；法国农业国际合作研究发展中心Damien Beillouin研究员等参与了上述工作。本研究得到国家重点研发计划（2022YFD1901603）、湖北省重点研发计划（2022BBA0048）和中央高校基本科研业务费专项（2662025YJ023）等项目资助。

审核人：李小坤

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s43247-026-03512-0

https://doi.org/10.1021/acs.est.5c08337

https://doi.org/10.1016/j.still.2025.106868

https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2026.117762

https://doi.org/10.1016/j.catena.2023.107774