我们是谁？

我们是一支雄心勃勃的科研小组，致力于全球粮食安全和环境保护，成员包括1名老师（丁凡），博士生3人（吉德昌/李诗彤/常艺），硕士生4人（陶招/戴吉照/孙瑛明/于浩然），本科生6人。

丁凡简介：沈阳农业大学博士生导师，副教授、主讲农业资源与环境本科专业精品课《地质与地貌学》，主持2项国家自然基金和1项中英等六国参与的全球挑战研究基金，在National Science Review, GCB、SBB、EJSS、EP、Geoderma等杂志发表论文40余篇， 其中第一（或通讯）作者SCI论文15篇，中文7篇，担任Science of the Total Environment和Soil Ecology Letters客座编委，Carbon Research青年编委，植物营养与肥料学报客座编委。

我们在研究什么？

本课题组基于沈阳农业大学长期覆膜和施肥定位试验（建于1987年）、塑料和可降解地膜农田试验（建于2018年），地上和地下凋落物输入草地试验（建于2018年）等野外试验平台，结合室内培养实验与大数据挖掘与分析等研究手段，围绕土壤碳循环的过程、以及土壤有机质的形成与稳定机制，开展生物地球化学循环、土壤生态学、生态化学计量学、农田生态与环境、土壤肥力与养分循环等领域的研究。为农业可持续发展、黑土地保护及“碳中和碳达峰”的土壤应对策略提供科学依据。具体研究方向和代表性成果如下：

     一. 土壤碳循环过程与有机质形成与稳定机制：首次评估了土壤不同粒级组分中温室气体（CO₂、N₂O）排放/吸收对温度变化的响应，发现有机质分解的温度敏感性表现为：砂粒级<粉粒级<黏粒级，意味着粘质土壤有机碳分解对气候变暖比砂质土壤更敏感（Ding et al., PLoS ONE 2014; European Journal of Soil Science, 2018; Science of the Total Environment, 2019）；发现草地开垦后30~100 cm土层有机碳的丧失是0~30 cm土层有机碳丧失的35%，表明可以利用表层土壤有机碳的变化推断出深层有机碳的变化，为IPCC评估土地利用变化报告提供参考（Ding et al. Plant Soil, 2013）；秸秆分解和养分释放受到氮肥、地膜覆盖和残体类型的独立影响；相比于不施氮，低氮处理延缓了秸秆的分解，高氮处理不影响秸秆的分解，而两者均减缓了秸秆的氮释放，但没有改变磷的释放（Ji et al., European Journal of Agronomy, 2022)；长期（28年）施氮肥只在覆膜条件下能增加土壤有机质，在不覆膜条件下甚至会减少有机质（Ding et al., Science of the Total Environment, 2022a）。

图1. 施氮-覆膜管理模式通过增加玉米根系生物量增加土壤有机碳

（Ding et al., Science of the Total Environment, 2022）

     二. 地膜覆盖和微塑料的生态和环境效应：证实了地膜产生的微塑料通过土壤剖面可以迁移到深层土壤，地膜对0-100 cm剖面中微塑料总量的贡献为33%-56%（Li et al., Environment Pollution, 2022），该结果被搜狐等媒体报道；综述了地膜覆盖的生态与环境效应（Ding et al., Science of the Total Environment, 2022b; 丁凡等，湖南生态科学学报, 2021）；揭示了地膜覆盖对玉米植株对N和P的吸收机制（Ding et al. Journal of Plant Ecology, 2019）；呼吁黑土地保护中要注意地膜残留与污染的问题（丁凡等, 土壤通报, 2022），该论文被腾讯网媒体报道。

图2. 证实了地膜产生的微塑料通过土壤剖面可以迁移到深层土壤

（Li et al., Environmental Pollution, 2022）

     三. 生物降解地膜的在农业上的应用和评价：提出关注可降解地膜本身参与的碳循环过程及其固碳效应的新视角（Ding et al. Resources, Conservation & Recycling, 2021）；比较了生物降解地膜与塑料地膜的农学效应，发现在提高土壤温度和玉米产量方面，生物降解地膜能达到塑料地膜相似的效果，在玉米品质方面生物降解地膜胜过塑料地膜（Wang et al., Science of the Total Environment, 2021）；评价了覆盖两年的生物降解地膜对酶活性、微生物量、微生物群落结构的影响，发现生物降解地膜覆盖条件下土壤微生物活性有增强的趋势（李铭轩等, 农科环境科学学报, 2022），该结果被网易等媒体转载。

图3 提出了关注生物降解地膜本身参与的碳循环过程以及其固碳效应的新视角

（Ding et al. Resources, Conservation & Recycling, 2021）。

什么是土壤碳循环？

土壤是有生命的，里面包含了原生动物，真菌，细菌，病毒等数以百万计的微生物。这些生物体吃什么呢？ 答案是土壤中的有机物质。动植物残体是土壤中有机物质的主要来源。土壤中具有适宜的温度和湿度，动植物残体在较短的时间内会被分解殆尽。为了长期生存，土壤微生物会把动植物残体转化为  土壤有机质（腐殖质），长期保存在土壤中，然后再缓慢释放，供微生物使用，并等待下一次动植物残体的到来。因此对土壤微生物来说，土壤有机质就是被保护起来的粮库，只能逐步放粮。这个过程中，碳元素从动植物残体到土壤有机质再到被分解成CO₂，也就是土壤碳循环的过程 。   

为什么要研究地膜？                                                                                        

  20世纪50年代日本科学家发明了地膜覆盖技术，60年代初塑料地膜即被商业化应用于蔬菜生产。如今，塑料地膜广泛应用于世界各地的大田和温室种植环境中。地膜覆盖是维持许多缺水或寒冷地区农业生产不可缺少的技术，为粮食安全作出了巨大的贡献。例如，在黄土高原地区，年均温较低、降雨量少，塑料地膜覆盖技术是该地区农业系统可持续发展的基础。然而，塑料地膜的使用可能导致严重的塑料污染。因为传统的聚乙烯地膜的降解非常缓慢，会在土壤中留下大量的塑料残片。塑料残留物可分为大塑料、微塑料和纳米塑料。这些塑料可能对土壤动物、微生物以及作物生长产生不利影响。比如，植物可能从土壤中吸收纳米塑料，从而可能危及粮食安全。并且，土壤变暖效应和集约化栽培可能会加剧土壤温室气体排放（CO₂、N₂O、CH₄），并大量消耗土壤有机碳和养分，特别是在长期覆盖地膜后。此外，覆盖农业生态系统中的残膜可通过风或地表径流运输到空气、河流和其他淡水水体中，对周围环境产生潜在影响。生物可降解地膜有望在源头上解决塑料地膜农业应用所带来的环境污染问题，但目前其对土壤生态环境的影响情况尚不明确，一定程度上限制了生物可降解地膜在农业上的应用和推广。

 学术报告视频

丁凡，“全生物降解地膜：微塑料与土壤碳平衡 ”，第二届地膜管理与污染防控研讨会 ，2022年12月6日，报告回放：https://www.bilibili.com/video/BV1k8411V7vD/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click