💡这项突破是什么?
近日，中国农业大学资源与环境学院范明生教授团队在《自然-通讯》（Nature Communications）发表了题为“土壤固碳对全球粮食增产效应的研究”（Soil carbon sequestration for global food production）的研究论文，该研究首次在全球尺度上揭示了土壤固碳对粮食增产的效应，并提出了土壤有机碳最优阈值水平。
土壤有机碳是土壤肥力的核心指标，对作物产量具有重要影响。然而，土壤有机碳对作物产量的影响机制及其在全球尺度上的增产效应尚不清楚。该研究基于全球土壤有机碳与作物产量的大数据，构建了土壤有机碳与作物产量的关系模型，并量化了土壤有机碳对全球主要作物系统（小麦、玉米、水稻）产量的影响。研究发现，土壤有机碳每增加1吨/公顷，全球小麦、玉米和水稻产量分别平均增加2.4%、1.9%和1.5%。进一步分析表明，土壤有机碳存在一个最优阈值水平，当土壤有机碳达到该阈值时，作物产量可达到最大潜力。当前全球约50%的耕地土壤有机碳低于最优阈值，通过土壤固碳措施（如有机肥施用、秸秆还田等）提升土壤有机碳至最优阈值，可显著提高全球粮食产量。
图1 土壤有机碳与作物产量的关系模型
研究团队还评估了土壤固碳对全球粮食增产的空间分布特征（图2）。结果显示，土壤固碳的增产效应在不同区域存在显著差异，其中非洲、南亚和东南亚地区的增产潜力最大。该研究为全球粮食增产和土壤可持续管理提供了科学依据，强调了土壤固碳在保障全球粮食安全和应对气候变化中的重要作用。
图2 全球主要作物系统土壤固碳的产能提升效应空间分布
其中a,c,e 指当前技术潜力，b,d,f 指土壤有机碳达到最优阈值水平时的增产潜力，即土壤有机碳产量差
中国农业大学为该研究的第一完成单位，资源与环境学院范明生教授与美国康奈尔大学教授美国科学院院士Johannes Lehmann为本论文的共同通信作者，本校博士研究生马煜卿与美国康奈尔大学Dominic Woolf博士为本论文的第一作者，农业农村部耕地质量监测保护中心的李荣研究员，中国农业科学院农业农业资源与农业区划研究所的乔磊博士参加了该项研究。该研究得到国家重点研发计划项目(2017YFD0200108)、国家重点基础研究发展计划（973）项目（2015CB150403）、国家自然科学基金项目(31972520)以及国家留学基金委项目的资助。
范明生教授团队近年来在碳氮调控与土壤生产力、智慧养分管理的研究与应用方面取得重要进展；2022年6月在《自然-气候变化》（Nature Climate Change ）发表文章“土壤质量提高产量和作物生产的气候适应性”（Soil quality both increases crop production and improves resilience to climate change），首次系统性揭示了土壤质量对提高作物适应气候变化能力、实现增产稳产和保障粮食安全的重要作用； 2023年3月 与中国科学院南京土壤研究所等合作，在《自然》（Nature）发表文章“中国水稻可持续生产的最优施氮量策略”（Optimal nitrogen rate strategy for sustainable rice production in China），通过新的区域特定模型建立了一种兼顾农学、经济和环境效应的我国水稻体系的施氮量方法；该研究是上述工作的深入和延续。
