土壤碳汇是削减碳排放，实现碳中和，缓解全球气候变化的重要路径。在全球碳循环中，土壤碳库是森林和其他植被碳库的5倍，是大气碳库的3倍。土壤碳库中60%的碳以有机质的形式存在于土壤之中，巨大的土壤碳贮存量对大气CO2的水平产生重要的影响。因此降低农田生态系统温室气体排放，提升土壤有机质是实现“碳中和”目标的重要措施。
在农田固碳与中低产改良增效方面，江苏省土壤学会理事、省农业科学院农业资源与环境研究所汪吉东团队聚焦将土壤有机质提升实现中低产田改良与土壤固碳减排以及净生态经济效益的最大化，以江苏中低产田集中分布区—黄河故道典型土壤为对象，通过连续的田间定位试验研究，分析了不同有机物料类型及施用水平下该地区土壤的增产情况以及固碳特征，评估了人工及机械施用有机物料情景下的净生态经济效益。结果表明，机械施用菌渣24吨/公顷/年可作为提升该地区净生态经济效益的最优方案（图1）；将该方案在江苏黄河故道区域内推行可每年提升土壤有机碳储量404万吨（以CO2当量计），增加作物产量705万吨，相当于中和了92%的农田温室气体排放，并增加了1800万人口的口粮供给。研究可为黄河故道区农业的可持续发展提供理论依据。相关研究近期发表在环境科学与生态学领域top期刊Journal of Environmental Management 和中文核心期刊《土壤》上，团队成员徐聪博士为第一作者，团队首席汪吉东研究员为通讯作者。
图1 不同有机物料施用措施下的土壤固碳效率及净生态经济效益
在固碳减排机理方面，汪吉东团队与南京农业大学合作，对前期发现施用生物质炭能够显著降低酸性土壤温室气体N2O排放，进而通过选择性抑制剂结合底物诱导呼吸、荧光定量PCR以及扩增子测序等方法，探究生物质炭土壤N2O的减排机制。研究表明，生物质炭通过促进细菌驱动的N2O还原过程以及抑制真菌对N2O排放的贡献而降低土壤N2O排放（图2）。该研究在生物质炭调控土壤微生物介导的N2O产生过程方面提出了相对全面的见解。相关结果近期发表在农业环境与生态领域top期刊Agriculture, Ecosystems & Environment 上，团队成员纪程博士为第一作者。
图2 生物炭施用下土壤的N2O减排机制
在提升固碳速率方面，汪吉东团队和南京工业大学合作，探明长期秸秆还田可通过提高潜在秸秆降解真菌类群丰度促进秸秆降解（图3），相关结果发表在《农业环境科学学报》上，团队成员纪程博士为第一作者，南京工业大学谷益安博士及汪吉东研究员为通讯作者。
图3 秸秆还田对土壤真菌群落门水平组成的影响(a)；秸秆还田对土壤真菌群落属水平组成的影响 (b)
上述研究得到了江苏省重点研发计划（BE2019378, BE2021378）、国家自然科学基金（41907069, 42007088）等和院探索性颠覆性创新计划项目（ZX(21)1223）以及院国际合作基金引智专项的支持。同时得到西澳大学陈应龙教授、本团队张永春研究员及艾玉春研究员等的指导和帮助。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.114129
https://doi.org/10.1016/j.agee.2021.107784