水稻田是地球上最大的人工湿地，而微量元素钼（Mo）作为固氮酶的核心活性元素，是固氮微生物不可替代的关键因子。本研究通过40年定位试验发现，长期施肥显著增加了土壤微生物残体碳与弱晶型矿物含量，为钼的络合固定提供了更多“锚点”，有效减少流失，从而提升固氮微生物的丰度与活性。研究揭示了水稻田中“以碳稳钼、以钼促氮”的新机制，为构建低氮投入、高固氮效率的绿色稻作体系提供了关键技术方向。

中文标题：一个微量元素，撬动水稻土固氮大循环：钼的力量超乎想象！

英文原题：Key role of microbial necromass and iron minerals in retaining micronutrients and facilitating biological nitrogen fixation in paddy soils

通讯作者：

余光辉，天津大学

关键词：微生物残体；功能基因；施肥；同步辐射；微量元素

背景介绍

生物固氮是大气氮进入生物圈的主要途径，每年贡献约2亿吨氮，为陆生植物提供超过75%的氮素来源，与光合作用一道构成地球生命活动的基石。在农业生态系统中，提高生物固氮能力，不仅能够减少化肥使用、降低农业成本，更是实现绿色减排和生态可持续的重要路径。

作为全球最大的人工湿地，水稻田长期处在淹水、排水交替的特殊环境中，容易因径流和淋洗导致微量元素流失，从而削弱固氮微生物的活性。钼（Mo）是固氮酶不可缺少的核心元素，也是限制水稻土生物固氮的关键因子。然而，水稻生态系统中生物固氮受什么驱动、微量元素如何保持有效性，至今仍缺乏清晰认识。

研究成果

天津大学余光辉教授团队联合福建省农业科学院、福建农林大学及德国哥廷根大学，基于福建闽侯 40 年定位试验，利用宏基因组、分子标志物、高通量 qPCR、同步辐射显微成像等先进技术，揭示了长期施肥对水稻土“碳-矿物-微量元素-固氮”过程的深刻影响。研究发现，微生物残体大量累积，成为钼的重要载体。长期施肥使水稻土中的微生物残体碳增加 20%–43%。这些残体富含多种含氧或含氮官能团，可与钼形成稳定络合物（图1）。同时，非晶态矿物增多，促进有机碳与钼的稳定结合。同步辐射红外成像清晰展示了亚微米尺度上“矿物—有机碳—微量元素”三者之间的紧密耦联（图1）。最后，微生物残体和矿物联合作用提升关键固氮菌丰度。

研究团队提出了水稻土微量元素截留及生物固氮促进的概念模型（图3），揭示了土壤 “以碳固钼、以钼促氮” 的新机制。

未来展望

我国农业氮素高度依赖化肥。该研究揭示：长期有机肥施用明显提高土壤微量元素有效性；显著提升水稻土的生物固氮能力；有助于减少化肥依赖、改善土壤质量与生态安全。我国每年产生约 3 亿吨畜禽粪便，如果有效转化为有机肥并回田，将极大提升农田固氮能力，是落实国家“双减”政策（减肥、减排）和农业绿色转型的重要实践路径。

引用本文

Li-Xin Xu, Fei Wang, Yao Yao, et al. Key role of microbial necromass and iron minerals in retaining micronutrients and facilitating biological nitrogen fixation in paddy soils. Fundamental Research. 5(6) (2025) 2612-2621.

原文链接（复制到浏览器中查看）：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667325824001018

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