Arable soil nitrogen dynamics reflect organic inputs via the extended composite phenotype

环境科学 耕地 土壤碳 土壤有机质 土壤水分 有机质 氮气循环 营养物 农学 土壤科学 氮气 生态学 化学 农业 生物 有机化学
作者
Andrew L. Neal,Harry A. Barrat,Aurélie Bacq-Lebreuil,Yuwei Qin,Xiaoxian Zhang,Taro Takahashi,Valentina Rubio,David Hughes,Ian M. Clark,L. M. Cardenas,Laura‐Jayne Gardiner,Ritesh Krishna,M. J. Glendining,Karl Ritz,Sacha J. Mooney,John W. Crawford
出处
期刊:Nature food [Nature Portfolio]
卷期号:4 (1): 51-60 被引量:12
标识
DOI:10.1038/s43016-022-00671-z
摘要

Achieving food security requires resilient agricultural systems with improved nutrient-use efficiency, optimized water and nutrient storage in soils, and reduced gaseous emissions. Success relies on understanding coupled nitrogen and carbon metabolism in soils, their associated influences on soil structure and the processes controlling nitrogen transformations at scales relevant to microbial activity. Here we show that the influence of organic matter on arable soil nitrogen transformations can be decoded by integrating metagenomic data with soil structural parameters. Our approach provides a mechanistic explanation of why organic matter is effective in reducing nitrous oxide losses while supporting system resilience. The relationship between organic carbon, soil-connected porosity and flow rates at scales relevant to microbes suggests that important increases in nutrient-use efficiency could be achieved at lower organic carbon stocks than currently envisaged. This study uses arable soils subjected to consistent management for over 160 years to understand the influence of organic matter on arable soil nitrogen metabolism. The nonlinear and systems-level approach shows that important increases in nutrient-use efficiency can be achieved to improve soil organic carbon stocks and reduce N2O emissions.
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