研究揭示種植固氮植物可增加土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量

固氮植物因其具有固定大氣氮的能力，在全球造林和農(nóng)業(yè)種植中被廣泛應(yīng)用。這一固氮能力使得固氮植物在提高土壤氮濃度、緩解生態(tài)系統(tǒng)氮限制、增加植被生產(chǎn)力等方面發(fā)揮著重要作用。然而，種植固氮植物對(duì)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的影響仍存在很大的不確定性。鑒于土壤碳庫(kù)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的最大碳庫(kù)，研究固氮植物種植對(duì)全球土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的影響對(duì)于減緩氣候變化至關(guān)重要。

基于此，本研究通過(guò)整合了全球136項(xiàng)研究中的385個(gè)配對(duì)觀察值（圖1），系統(tǒng)比較了在固氮植物與非固氮植物種植條件下土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的差異。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與非固氮植物相比，種植固氮植物使土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量增加了16%（圖2a）。土壤有機(jī)碳的增加與土壤氮儲(chǔ)量的增加密切相關(guān)(圖2b-c)：平均每增加1克土壤氮伴隨著7.8克土壤有機(jī)碳的累積（圖2d）。氣候能夠調(diào)節(jié)固氮植物種植對(duì)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的效應(yīng)。在較干旱和較溫暖的區(qū)域（圖3：MAT為正相關(guān)、MAP為負(fù)相關(guān)），特別是熱帶區(qū)域（圖5d-e），種植固氮植物對(duì)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的促進(jìn)作用更顯著。此外，種植策略也會(huì)影響固氮植物對(duì)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的效應(yīng)（圖4）。相比于種植固氮作物，種植固氮樹(shù)對(duì)土壤有機(jī)碳的促進(jìn)作用更明顯。長(zhǎng)期種植固氮植物對(duì)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的提升效果優(yōu)于短期種植。最后基于全球預(yù)測(cè)，本研究估算通過(guò)在植樹(shù)造林實(shí)踐、農(nóng)業(yè)種植及邊際土壤的恢復(fù)中種植固氮植物，可使全球土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量每年額外增加0.29-0.75 Pg C（圖5）。

綜上，該研究從提高土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的角度回答了四個(gè)問(wèn)題：固氮植物是否可以種？在哪里種？該怎么種？種植潛力如何？本研究的結(jié)果強(qiáng)調(diào)可將固氮植物種植作為基于自然的氣候緩解的重要策略。

研究結(jié)果于2025年9月19日以“Meta-analysis shows that planting nitrogen-fixing species increases soil organic carbon stock”為題在線發(fā)表在生態(tài)學(xué)權(quán)威期刊Nature Ecology & Evolution上。中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所陳驥研究員和中山大學(xué)生態(tài)學(xué)院陳浩副教授為共同通訊作者。孫錫斌博士為論文的第一作者。該研究受到了廣東省面上項(xiàng)目、深圳市面上項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

https://www.nature.com/articles/s41559-025-02861-x

圖1?本整合分析中所納入研究的全球分布

圖2?種植固氮植物對(duì)土壤有機(jī)碳（SOC）儲(chǔ)量的影響及其關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子

圖3?混合效應(yīng)Meta回歸結(jié)果：氣候、土壤性質(zhì)和種植策略對(duì)固氮植物種植下土壤有機(jī)碳變化的影響（Estimate正/負(fù)分別表示正/負(fù)相關(guān)）

圖4?種植策略調(diào)節(jié)固氮植物對(duì)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的效應(yīng)

圖5?種植固氮植物對(duì)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量效應(yīng)的全球預(yù)測(cè)