当农民抱怨“土地越种越瘦”时，土壤里的微生物可能正在“挨饿”。我国宁波大学、中国科学院团队最新研究显示，通过蚕豆（Vicia faba）与 cereal作物轮作，可显著提升土壤肥力和微生物多样性，其中土壤有机碳（SOC）含量增加61.6%，总氮提升55.9%，水分含量提高29.1%，为农业可持续发展提供“生态良方”。相关成果近日发表于《Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering》。

连作土壤“肥力透支”，轮作豆科作物成新选择

土壤是农业的“命根子”，但长期连作（如单一水稻、小麦种植）会导致养分耗竭、有机质流失，就像“只取不存的银行账户”。数据显示，我国耕地退化面积占比达40%，每年因土壤肥力不足导致粮食减产约10%。豆科作物（如蚕豆、大豆）因能与根瘤菌共生固氮，被视为改良土壤的“天然肥库”，但不同豆科作物的改良效果差异显著。

“传统轮作多聚焦大豆、绿豆，却忽略了蚕豆的潜力。”研究团队解释，蚕豆根系发达，根瘤菌固氮能力强，且残茬易分解，能为土壤“补充营养”。但此前缺乏对不同豆科轮作效果的系统比较，如同“不知道哪种豆科作物是‘最佳肥力管家’”。

蚕豆轮作：土壤的“营养餐”，微生物的“游乐场”

团队在全国范围内采集229份土壤样本，对比蚕豆、大豆、绿豆等8种豆科作物与 cereal轮作的效果，发现蚕豆轮作表现最优：

• 肥力指标全面提升：土壤总碳（TC）增加40.9%，总磷（TP）提升18.9%， microbial biomass碳（MBC）提高77.1%，相当于“给土壤施了一次‘全营养肥’”；
• 水分与结构改善：土壤含水量（SWC）增加29.1%，容重（BD）降低5.1%，土壤更疏松，就像“从板结的黏土变成透气的海绵”；
• 微生物群落“焕新”：脱硫杆菌门（Desulfobacterota）和浮霉菌门（Planctomycetota）显著富集，这两类微生物如同“土壤的生态工程师”，前者分解有机质释放养分，后者促进氮磷循环，提升养分利用率。

微生物“协作网络”是关键，蚕豆轮作塑造“高效团队”

传统轮作仅关注作物本身，而该研究揭示，蚕豆通过重塑根际微生物网络发挥作用。通过共现网络分析发现，蚕豆轮作下的微生物群落形成更复杂的“协作关系”：

• 关键物种领航：脱硫杆菌门成为“核心物种”，与其他微生物形成紧密关联，促进碳硫循环；浮霉菌门则像“氮磷转运站”，提升养分有效性；
• 抗干扰能力增强：微生物多样性提高，群落稳定性提升，面对环境变化（如干旱、施肥）时，仍能保持功能稳定，如同“一个成员多样的团队更能应对挑战”。

从实验室到田间：蚕豆轮作或成“减肥增效”新方案

实验验证显示，蚕豆轮作不仅提升土壤肥力，还能间接提高后茬作物产量。在浙江宁波的田间试验中，蚕豆-水稻轮作后，水稻产量增加15%，化肥使用量减少20%。研究还发现，区域和气候因素会影响效果——在长江流域，蚕豆轮作的土壤有机碳提升幅度比北方旱区高12%，说明“因地制宜推广更重要”。

团队指出，未来可结合不同区域土壤特性，优化蚕豆轮作周期（如“蚕豆-小麦-玉米”三年轮作模式），并通过微生物接种技术强化脱硫杆菌门等关键菌群，进一步提升效果。论文通讯作者朱振科表示：“蚕豆轮作成本低、易操作，为小农经济提供了可持续的土壤管理方案。”

来源: 农业科学与工程前沿