98堂

（通讯员 方娅婷 任涛）资环学院作物养分管理团队锚定耕地地力和作物产能提升的双重目标，聚焦油菜纳入轮作对后季作物的增产效应及土壤培肥机制，依托98堂-91直播 沙洋实验站长期定位试验平台，采用大田观测、培养实验与仪器测试相结合的方法，融合荟萃分析、核磁光谱、微生物组学等多元技术手段，系统揭示了油菜轮作实现“粮油兼丰、用养结合”的作用机制，为油菜扩种及稻油轮作推广应用提供坚实理论依据。系列研究成果相继发表于Soil & Tillage Research、Agriculture, Ecosystems and Environment、Field Crops Research、European Journal of Agronomy、Journal of Integrative Agriculture、Journal of Experimental Botany、Plant and Soil等农林科学领域国际权威期刊。

为了从宏观尺度明确油菜的增产培肥效应，研究团队首先聚焦于以油菜-水稻和小麦-水稻为主的水旱轮作系统中的养分管理策略。一项覆盖141项研究的荟萃分析结果显示，与平衡施肥相比，不施肥和失衡施肥均使得土壤关键养分指标显著下降，但油稻轮作的下降幅度低于麦稻轮作（Fang et al., Journal of Integrative Agriculture, 2026）。在此基础上，另一项覆盖全球2312组田间试验数据的荟萃分析进一步将研究视野拓展至更广泛的种植制度，发现将油菜作为轮作、间作、覆盖或绿肥作物种植，可促使其他作物显著增产3.9%~18.5%，同时土壤有机质、全氮含量及大团聚体稳定性等均得到明显提升，这些效益在低肥力土壤上尤为突出（Fang et al., European Journal of Agronomy, 2026）。两项研究共同印证了种植油菜在增产培肥方面的综合优势。

图1 油菜纳入多样化种植体系增产培肥效果分析和机制总结图

全球尺度的荟萃分析明确了油菜轮作的培肥增产潜力，但背后的机制仍需系统探究。为此，团队依托98堂-91直播 沙洋实验站长期定位试验平台，从碳、氮、磷各维度逐一解析了内在机理。研究发现，油稻轮作的土壤有机碳储量、有机碳矿化量与固碳速率均显著高于麦稻轮作，油菜轮作能更有效地将有机碳包裹在稳定团聚体中，且土壤有机质具有更高的芳香碳丰度和更复杂的分子结构（Zhang et al., Agriculture, Ecosystems & Environment, 2024; Yang, et al., Plant and Soil, 2024）。对活性有机质的研究同样证实，油稻轮作易氧化有机碳和颗粒有机碳的提升幅度显著高于麦稻轮作，且溶解性有机质腐殖化程度更高、芳香性更强（Zhang et al., Plant and Soil, 2025）。

碳氮耦合作用是油稻轮作固碳优势的重要支撑。该团队研究进一步发现，油稻轮作的土壤供氮能力高于麦稻轮作。对土壤有机氮固存量的量化结果表明，油稻轮作土壤有机氮固存量高于麦稻轮作，活性有机氮是导致差异的主要氮库（Zhao et al., Agriculture, Ecosystems & Environment, 2025）。宏基因组分析显示，油稻轮作参与有机氮代谢、硝化和反硝化的关键功能基因丰度显著更高，且与土壤供氮能力呈显著正相关（Zhao et al., Plant and Soil, 2026）。微生物层面的研究揭示了油稻轮作显著提高稀有细菌类群的丰度和多样性，通过调控稀有细菌类群和活性微生物生物量，使土壤多养分循环指数大幅提升（Zhao et al., Soil and Tillage Research, 2026）。这说明，油菜轮作不仅优化氮素的数量供给，还通过重塑微生物群落结构功能提升养分循环效率。

图2 油稻和麦稻轮作土壤有机氮积累及转化的差异机制总结图

磷素的供应能力是水旱轮作系统中限制作物产量的关键因子。该团队研究发现，在相同施磷水平下，油稻轮作的水稻产量和磷素吸收量均显著高于麦稻轮作。土壤磷库分析表明，油菜纳入轮作能显著促进土壤中等活性无机磷的积累，该形态磷是后茬水稻吸收利用的主要来源（Sheng et al., Field Crops Research, 2025）。可见，油菜轮作不仅在碳氮维度上表现优异，还通过活化特定磷库为后茬作物提供了持续的磷素支撑。

图3 油稻和麦稻轮作磷肥施用对作物产量、磷吸收量及土壤无机磷库影响的概念模型

在厘清轮作制度宏观优势的同时，研究团队也积极探索从植物生理层面探究油菜轮作提升作物养分效率的新路径。团队通过对比油菜和小麦根系分泌物，发现油菜根系分泌物中黄酮类物质明显高于小麦。在此基础上，研究发现外源施加黄酮类化合物儿茶素可显著提升水稻氮素利用效率，其主要通过上调铵转运蛋白基因表达增强吸收能力，同时激活硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶等关键酶活性提升同化效率（Du et al., Journal of Experimental Botany, 2026）。这一发现为进一步挖掘油菜根系分泌物，开发绿色智能肥料提供新的思路。

图4 儿茶素调控水稻氮素利用效率机制概念图

上述系列成果从宏观效应到微观机制、从土壤碳氮磷循环到作物生理调控，形成了较为完整的证据链条。目前，团队正在进一步挖掘和验证油菜特有根系分泌物及植株代谢物在培肥增效中的关键作用，并围绕轮作系统土壤物理、化学与生物过程的耦合调控机理开展深入研究，以期为水旱轮作系统的地力提升和养分高效管理提供更为系统的理论指导。以上成果为长江流域及全球类似生态区的种植制度优化与养分管理提供了坚实的科学依据，也为实现“藏粮于地、藏粮于技”的农业可持续发展目标贡献了中国智慧，相关研究成果还为国家油菜扩种及油菜轮作政府补贴项目的实施提供了直接依据。

98堂 博士后方娅婷，博士研究生赵剑（2022级）、盛倩男（2023级）、杜思垚（2024级），已毕业博士生张顺涛、杨昕等为论文第一作者，鲁剑巍教授、任涛教授、朱俊副教授和张文君副教授分别为通讯作者。作物养分管理课题组李小坤教授、丛日环副教授、陆志峰副教授，博士研究生李涛，硕士研究生龚欣瑶、许晶等参与了上述工作。本研究得到国家重点研发计划项目（2023YFD1901100）、国家油菜产业技术体系（CARS-12）、湖北省油菜产业技术体系（2023HBSTX4-03）、国家自然科学基金（32172678、32372817、32502836）、中央高校基本科研业务费专项（2662021ZH001）等项目资助。

论文链接：

//doi.org/10.1016/j.eja.2026.128222

//doi.org/10.1016/j.still.2025.106888

//doi.org/10.1007/s11104-026-08352-7

//doi.org/10.1016/j.agee.2024.109445

//doi.org/10.1007/s11104-025-07517-0

//doi.org/10.1016/j.agee.2024.108960

//doi.org/10.1007/s11104-024-07082-y

//doi.org/10.1016/j.fcr.2025.110017

//doi.org/10.1016/j.jia.2026.01.020