原名 : Conservation agriculture raises crop nitrogen acquisition by amplifying plant-microbe synergy under climate warming译名:保护性农业通过在气候变暖下放大植物-微生物协同作用来提高作物氮获取期刊: Nature Communications通讯作者: Jing Tian (tianj@igsnrr.ac.cn; tianj@cau.edu.cn)第一单位 : State Key Laboratory of Nutrient Use and Management, College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing, PR China文章亮点 (Highlights)
与传统农业相比，在保护性农业下，气候变暖使小麦硝酸盐吸收的正向效应放大了25%，同时缓解了微生物对氮的竞争。
在气候变暖条件下，保护性农业使土壤总氮矿化率和硝化率分别提高了191%和159%，而微生物固定化率则降低了24%。
这些变化是由根系初级和次级代谢产物的改变驱动的，这重塑了氮循环微生物的功能生态位，并优化了多种微生物的氮过程。
这种重构提高了碳氮交换效率，使小麦能够在与土壤微生物的氮竞争中胜出。
文章摘要：
01 研究背景：在气候变暖的情况下，可持续的作物生产需要土地管理策略来支持植物-土壤-微生物的相互作用，以优化氮（N）的有效性。全球变暖对可持续农业提出了巨大挑战。集约化农业系统越来越依赖矿物氮肥来维持作物产量，这往往导致氮流失增加，并带来不良的经济和环境后果。通过有益的植物-土壤-微生物相互作用促进充足的土壤氮供应的可持续田间管理策略，不仅可能减少对外部氮投入的依赖，而且在支持作物生长和增强对包括气候变暖在内的环境胁迫的适应力方面具有巨大潜力。
02 研究方案：研究人员基于一项为期10年的田间试验，探讨了实验性变暖和农业管理（保护性农业与传统农业）对小麦氮获取的交互影响。 该研究主要利用了原位 15N 标记技术、根系代谢组学以及微生物宏基因组学等手段进行深入分析。
03 研究结果：研究发现，与传统农业相比，气候变暖使保护性农业中小麦硝酸盐吸收的正向效应放大了25%，同时缓解了微生物对氮的竞争。此外，在保护性农业中，变暖使土壤总氮矿化率和硝化率分别提高了191%和159%，但使微生物固定化率降低了24%。 与此同时，在保护性农业伴随变暖的条件下，用于矿化和硝化的微生物基因被富集，而用于氮固定和硝酸盐还原的基因则减少。这些转变是由根系初级和次级代谢产物的改变所驱动的。 这些代谢产物的变化重塑了参与氮循环的微生物功能生态位，并优化了不仅限于单纯有机氮开采的多种微生物氮过程。
04 研究结论：这种重构提高了碳氮交换的效率，从而使得小麦能够在竞争氮源时击败土壤微生物。总而言之，该研究结果表明，在气候变化背景下，保护性农业通过强化植物-土壤-微生物的相互作用来提高植物的氮获取，为未来的粮食安全提供了一种可持续的策略。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-65999-z
