2024年1月3日，《自然》杂志旗下期刊《自然-通讯》 （Nature Communications, IF=16.6）在线发表了海南大学热带农林学院巨晓棠教授为通讯作者之一的，题为“Diversifying crop rotation increases food production, reduces net greenhouse gas emissions and improves soil health”的研究论文。研究团队基于在华北平原进行的一项为期六年的田间试验，揭示了将传统单一谷物（小麦-玉米）与经济作物（甘薯）和豆类（花生和大豆）多样化种植的优势，为全球粮食增产和环境可持续性的平衡提供了范例。

在华北平原，传统的小麦-玉米轮作需要大量的水肥投入，导致温室气体排放和土壤健康问题。相比之下，以经济作物和豆类作物多样化的轮作模式可在保持作物产量的同时，减少温室气体排放和增加农民收入，因为豆科作物生物固氮取代了部分化肥氮的输入。包括豆科植物在内的轮作还可以通过刺激土壤微生物多样性、增加土壤固碳和增强土壤健康。作物多样化在减少温室气体排放方面具有显著优势，并对生物量和蛋白质产量、土壤健康和微生物群落生物多样性具有协同效应。

该研究发现，多样化轮作模式使产量提高了38%，N2O排放量减少了39%，净温室气体减排88%。在轮作中种植豆类可以刺激土壤微生物活性，增加8%的土壤有机碳储量，并提高45%的土壤健康指数。华北平原大规模采用多样化种植模式可以使谷物产量增加32%，农民收入增加20%，同时有利于环境。该研究提供了一个可持续粮食生产案例，强调了作物多样化对长期农业恢复力和土壤健康的重要性。

中国农业大学水利与土木工程学院杨晓琳副教授为论文第一兼共同通讯作者，中国农业大学水利与土木工程学院杜太生教授、海南大学热带农林学院巨晓棠教授与温州大学生命与环境科学学院甘延太教授（加拿大皇家科学院院士）为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（32071975，52239002，41830751），河北省重点研发计划（20326411D-1）和可持续农业未来研究先锋中心（Land-CRAFT）（DNRF资助号P2）等资助。

巨晓棠教授团队长期从事（1）农田生态系统碳氮转化、去向、损失途径及可持续管理，（2）主要土壤-作物体系氧化亚氮的产生过程、控制因素及微生物分子机制，（3）农业面源污染发生机制及阻控措施。该研究成果是巨晓棠教授自2020年10月引进海南大学以来，其团队在Nature Food, Nature Communications, Global Change Biology, Microbiome, Soil Biology & Biochemistry等国际Top期刊上发表的第40篇SCI论文。巨晓棠教授团队在“碳氮循环、温室气体、面源污染”方面的研究成果，在全球被广泛引用，他已连续9年（2014-2022）进入爱思唯尔中国高被引学者榜单。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-44464-9