北京
在亚热带农业区，长期“重氮轻碳”的管理模式导致土壤有机碳持续亏空、化学氮肥利用率低下，碳氮循环的系统性解耦已成为制约农业可持续发展的关键瓶颈。近日，云南大学植被结构功能与建造全国重点实验室程晓莉教授团队在《科学通报》发表题为“森林到农田：基于凋落物调控的亚热带农田碳氮耦合重构管理”的评述文章，系统梳理了森林凋落物调控碳氮耦合的核心生态学机制，并提出了面向亚热带农田的“林田融合”碳氮协同管理框架，为农业绿色转型提供了理论支撑与实践路径。
森林生态系统中，凋落物（枯枝落叶）的持续输入通过四条关键路径维系着碳氮循环的长期稳定：持续稳定的有机碳补给、碳氮化学计量约束、根系与凋落物的功能协同，以及微生物群落的定向塑造。研究表明，凋落物贡献了森林土壤有机碳输入的50%~70%，其C/N比（通常为25:1~35:1）通过调控微生物的氮固持与矿化节律，有效抑制了氮素流失。同时，菌根真菌网络与根际沉积过程进一步强化了碳氮在矿物结合态有机质中的协同固持。相比之下，我国亚热带农田在长期高强度耕作与单一投入导向下，作物秸秆大量移出、有机肥施用比例偏低、化学氮肥过量施用，导致土壤C/N比普遍低于15:1，碳氮循环出现系统性解耦——“碳源缺”与“氮过剩”并存，氮肥利用率长期维持在30%~40%的低水平，并加剧了面源污染与温室气体排放。
研究团队指出，森林凋落物调控碳氮耦合的机制并非森林生态系统所独有，其本质是生态系统物质循环的普遍规律，因而具备向农田管理转化的理论可行性。在农田系统中，“凋落物”可广义理解为作物秸秆、绿肥、堆肥、畜禽粪肥等有机物料。通过多元化碳输入、碳氮配比精准优化及根际-微生物过程调控，可在农田中重构类似于森林的“底物多样性-微生物调节-碳氮耦合”过程。
基于上述原理，该研究提出了一个涵盖田块、景观与区域三个尺度的“林田融合”协同管理框架。
（1）田块尺度：精准匹配碳氮计量，优化微环境
核心策略为“秸秆全量还田+有机-无机精准配施”。当土壤C/N比低于10时，宜补充高C/N比秸秆（60~80）并配合少量速效氮肥；当C/N比高于20时，则配施低碳氮比的绿肥或腐熟粪肥（10~20），替代20%~40%的化肥氮。同时配套秸秆覆盖与少免耕技术，模拟森林凋落物层的保水保温与抗侵蚀功能，促进真菌群落发育与土壤团聚体形成。
（2）景观尺度：构建“源-汇”平衡的农业生态格局
借鉴森林异质斑块间的物质循环与截留机制，通过作物轮作、间作套种（如甘蔗+豆科绿肥）、种养结合（养殖废弃物→有机肥→农田）以及农田-水系界面的植被缓冲带与生态沟渠，实现有机养分在景观内部的循环利用与截留。
（3）区域尺度：政策激励与协同治理保障
建立“地力提升+生态绩效”挂钩的补贴机制，将资金与秸秆还田、精准配施等行为直接挂钩；培育有机废弃物资源化利用市场，健全收储运体系；探索农田土壤碳汇纳入区域碳交易试点，使农户从固碳中获益。例如，可以依托湖南红壤站、江西进贤站等国家长期定位观测网络，为不同区域提供标准化的“凋落物管理技术包”与动态调控依据。
最后，研究团队指出，当前该框架的推广仍面临若干关键科学问题：不同有机物料输入下微生物残体碳与有机氮的协同稳定路径尚不明确；根际碳输入与地表凋落物的功能分工及交互阈值有待系统解析；微生物分解通道（真菌主导与细菌主导）的调控临界点及其对碳氮固持节律的影响仍需深入探索。未来，需要依托多情景长期定位试验，系统评估不同气候与耕作制度下凋落物管理的生态效应，并推动“监测-评估-反馈”动态管理体系建设，融合数字农业技术，实现碳氮精准调控。该研究为从生态系统过程视角重构农田养分管理模式、推动农业绿色转型提供了重要的科学依据。
云南大学程晓莉教授为本文的通讯作者，门修贤博士为本文的第一作者，在读博士研究生郑之灿和黄宝山为论文构思、写作与校对提供了帮助。该工作得到了云南省基础研究专项重大项目（202601BC070004）、国家重点研发计划（2024YFF1306700）、国家自然科学基金重点项目（32130069）、云南大学研究生科研创新项目（KC-252511736）的资助。
文章信息
门修贤, 郑之灿, 黄宝山, 等. 森林到农田: 基于凋落物调控的亚热带农田碳氮耦合重构管理. 科学通报, 2026. DOI: 10.1360/CSB-2026-0251.
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