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《东北地理所在Nature Communications发文解析野生稻根际微生物如何助力黑土地绿色农业》

  • 来源专题：耕地与绿色发展
  • 编译者： 张毅
  • 发布时间：2025-03-12

  • 在全球粮食生产大幅提升的今天，农业对化肥和农药的依赖性也在不断增加。水稻作为全球最重要的粮食作物之一，其驯化过程虽然提高了产量和品质，但也可能带来了未曾预料的环境影响。近年来，黑土地正面临“量减质退”与粮食产能协同提升的双重挑战，解析作物驯化对根际微生物组的调控机制，既是破解“高投入-低效率-高排放”农业困局的关键突破口，更是实现“藏粮于地、藏粮于技”国家战略的迫切需求。

    针对以上问题和需求，东北地理所土壤微生物与养分循环学科组田春杰团队服务于黑土地土壤生物定向培育目标，聚焦水稻驯化过程，探讨了根际微生物氮循环功能特征的变化及其应用潜力，攻克了黑土微生物健康定向培育协同产能提升的关键技术瓶颈。

    通过宏基因组学和实时PCR技术，分析了野生稻与栽培稻根际微生物群的功能差异。研究发现，野生稻根际微生物组固氮基因丰度显著高于栽培稻。为进一步验证，将野生稻和栽培稻的根际微生物悬液移植到土壤中，发现无论种植野生稻还是栽培稻，野生稻根际微生物悬液培育的土壤固氮酶活性都是最高的，揭示了野生稻根际微生物能够高效利用空气中氮气的潜力，减少对化肥的依赖。

    图1 野生稻与栽培稻根际微生物组氮循环功能解析模型

    栽培稻的根际微生物组中与氧化亚氮(N?O)生成相关基因数量显著增加。通过田间测量N?O排放量发现，栽培稻土壤中的N?O排放量显著高于野生稻。为解析水稻驯化对根际氮循环微生物组的调控机制，研究人员系统比较野生稻和栽培稻根系代谢组，发现野生稻根系分泌物与微生物固氮基因丰度呈正相关。进一步实验表明，向黑土中添加野生稻根系代谢物，可以显著增加土壤微生物固氮基因丰度和固氮酶活性。

    图2 野生稻与栽培稻根系分泌物驱动土壤固氮功能重塑 的动态调控

    本研究系统揭示了水稻驯化对根际微生物群功能和环境影响的深远意义。研究发现，栽培稻不仅减少了固氮微生物的数量，还增加了温室气体N?O的排放。这一发现强调了作物驯化过程中存在的环境代价，为未来农业可持续发展提供了重要的科学依据。通过阐明作物驯化对微生物群的影响，我们可以设计更环保的农业实践，减少对化肥的依赖，从而降低农业活动对气候变化的负面影响。这些研究结果为高效挖掘野生稻微生物资源，实现化肥替代并降低温室气体排放提供了有效解决方案，突破了传统“以肥养地”模式，提出了“微生物调控黑土自肥”的理论体系，为保障国家粮食安全提供重要科学依据。

    研究成果近期在线发表于国际顶级期刊Nature Communications(影响因子14.7)。研究由常晶晶(第一作者)、田春杰研究员(通讯作者)联合荷兰生态研究所Eiko E. Kuramae教授等共同完成。相关研究受国家重点研发计划项目(2024YFD1501003)国家自然科学基金项目(U22A20593. 41920104008. 32401436. 32371734)、中国科学院战略重点研究计划项目(XDA28020400)、中国江西省重大科技研发项目(20213AAF01001)的共同资助。该项研究得到了江西农科院、复旦大学、南昌大学、吉林农业大学以及荷兰生态研究所的合作支持。

    论文信息：Chang,J.,Costa,O.Y.A.,Sun,Y. et al. Domesticated rice alters the rhizosphere microbiome,reducing nitrogen fixation and increasing nitrous oxide emissions. Nature Communications 16. 2038 (2025).

    论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-57213-x

  • 原文来源：http://www.iga.ac.cn/news/research/202503/t20250304_7545991.html
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  • 《农业农村部关于加快农业发展全面绿色转型促进乡村生态振兴的指导意见》
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    • 编译者：张毅
    • 发布时间：2025-02-14
    • 加快农业发展全面绿色转型，促进资源利用高效集约、产业模式低碳循环、乡村环境生态宜居，推动乡村生态振兴，是推进乡村全面振兴、加快建设农业强国的重要任务，是促进人与自然和谐共生的客观要求。为贯彻落实《中共中央 国务院关于加快经济社会发展全面绿色转型的意见》和中央关于乡村全面振兴的各项部署要求，推进农业发展全面绿色转型、促进乡村生态振兴，制定本意见。 一、总体要求 坚持以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，全面贯彻落实党的二十大和二十届二中、三中全会精神，深入贯彻落实习近平生态文明思想和习近平总书记关于“三农”工作的重要论述，锚定建设农业强国目标，牢固树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，以农业资源环境承载力为基准，以加强农业资源集约利用、投入品减量增效、废弃物资源化利用、产业绿色低碳转型为重点，强化科技集成创新，健全激励约束机制，健全生态产品价值实现机制，健全农业生态环境高水平保护机制，提升农业绿色发展水平，加快推进农村生态文明建设，为推进乡村全面振兴、加快建设农业强国提供坚实的资源环境保障。 坚持生产生态协调。优化农业生产结构和区域布局，合理开发和保护利用资源，把绿色发展理念贯穿农业生产全过程，发展资源节约型、环境友好型农业，实现增加供给、提高收入、保护生态的有机统一。 坚持增产增效并重。在推进农业稳产增产的基础上，增加绿色优质农产品供给，降低水土资源过度消耗，提高资源利用率和土地产出率，推进产业生态化和生态产业化，把生态价值转化为经济价值。 坚持科技创新引领。把创新作为发展的第一动力，培育农业新质生产力，加快促进农业绿色发展模式创新、集成技术创新和体制机制创新，增强绿色发展动能，攻克突出问题短板，因地制宜探索适合不同区域、不同生态类型农业绿色发展模式。 坚持政府市场协同。发挥政府在规划编制、市场监管、政策扶持等方面作用，充分发挥市场在资源配置中的决定性作用，调动生产者、经营者、消费者等积极性，实现目标同向、力量共聚、措施协同。 到2030年，农业绿色发展水平明显提高，农业资源利用效率稳步提高，废弃物资源化利用水平明显提升，农业产地环境保护水平持续增强，绿色低碳循环的农业产业体系初步构建，农业发展全面绿色转型取得积极进展，农村生态环境显著改善，乡村生态振兴有效推进。到2035年，农业绿色发展水平显著提高，绿色生产方式基本形成，农业资源利用效率达到国际先进水平，农业产地环境得到全面改善，农业产业发展循环畅通，生产生活生态协调发展，绿色低碳循环的农业产业体系更加完善，乡村生态振兴迈上新台阶，生态宜居的美丽乡村基本实现。 二、促进资源节约和投入品减量使用 （一）加强耕地资源保护利用。加强耕地管理。推动健全耕地数量、质量、生态“三位一体”保护制度体系，落实耕地保护和粮食安全责任制考核。提升耕地质量。推进耕地有机质提升，综合采取秸秆还田、畜禽粪肥还田、种植绿肥还田等措施，提高耕地地力和产出能力。深入实施国家黑土地保护工程和东北黑土地保护性耕作行动计划，分区分类开展农田基础设施建设、土壤侵蚀防治、肥沃耕作层培育。开展盐碱地综合利用试点，推进“以种适地”同“以地适种”相结合，探索不同类型盐碱地治理利用模式和技术路径。持续推进受污染耕地安全利用。加快重点区域酸化耕地治理。提高耕地利用效率。根据不同区域资源条件，合理安排种养模式和耕作制度。在长江流域推行稻油、稻稻油轮作种植，开发冬闲田扩种油菜，在东北地区推行粮豆轮作，在黄淮海、西北地区推广小麦、玉米、大豆等作物间作套种。因地制宜发展日光温室、植物工厂、鱼菜共生等立体高效种养模式。盘活利用撂荒地。 （二）促进农业用水节约高效。推进农艺节水。深入推进农业节水增产增效，水浇地大面积推广水肥一体化等高效节水技术，旱耕地组装配套蓄水保墒、集雨节灌、探墒播种等技术措施，提高降水利用效率，选育推广一批节水抗旱新品种。推进工程节水。加强高标准农田建设，完善田间灌排设施，统筹发展高效节水灌溉，2025—2030年新增高效节水灌溉面积6000万亩左右。推进管理节水。落实水资源刚性约束制度，发展节水产业，加强非常规水源利用。加快推进农业水价综合改革，引导社会化服务主体开展节水灌溉服务，带动小农户节约农业用水。推进农业节水监测，开展土壤墒情与旱情预测预报、测墒灌溉指导和用水节水效率科学评价。 （三）推进农业投入品减量化。推进化肥控量增效。实施科学施肥增效行动，持续推进测土配方施肥，探索主要农作物氮肥施用定额管理，分区分类型制定施肥指导意见，推广侧深施肥、种肥同播、无人机追肥等高效施肥模式和装备。到2030年，全国三大粮食作物化肥利用率达到43%以上。推进农药减施增效。实施科学用药增效行动，加快集成推广一批经济实用、简便有效、农民乐于接受的绿色防控、农药减量增效技术模式，扶持发展一批装备精良、管理规范、服务优质的专业化防治组织，大力推进统防统治，并将生物防治、理化诱控、高效低风险农药等绿色防控措施纳入统防统治服务内容，促进绿色防控与统防统治融合发展。到2030年，主要农作物绿色防控覆盖率达到60%以上，三大粮食作物统防统治覆盖率达到50%以上。推进地膜科学使用。联合有关部门加强地膜生产销售使用回收等环节监管，在适宜区域、适宜作物上推进地膜科学使用，指导地方因地制宜建立健全废旧地膜资源化利用和无害化处置体系。开展高收净率残膜回收机械应用。推进饲料兽药使用减量增效。深入实施养殖业节粮行动，大力推广低蛋白日粮技术，研发应用绿色高效饲料添加剂，促进饲料粮节约降耗。以生猪、蛋鸡、肉鸡、肉牛等畜禽品种为重点，实施兽用抗菌药使用减量化行动，推广替代产品，严格遵守处方药和休药期制度。到2030年，规模养殖场实施养殖“减抗”行动比例达到65%以上。强化水产苗种疫病监测，开展无规定水生动物疫病苗种场建设，加强水产养殖规范用药科普宣传，推进水产养殖用药减量。 三、促进废弃物资源化利用 （一）加强畜禽粪肥还田利用。推进源头减量。优化饲料配比、堆肥方式，推广干清粪等实用技术，降低畜禽粪污养分损失。推动就地就近科学还田。实施畜禽粪污资源化利用整县推进工程，支持畜禽养殖场（户）建设和改造提升粪污处理设施设备，配套完善田间贮存池、输送管网等，集成推广畜禽粪肥还田利用技术模式。深入开展绿色种养循环农业试点，培育一批开展粪肥还田等服务的社会化服务主体，以县为单位构建粪肥还田组织运行模式，形成发展绿色种养循环农业的技术模式、组织方式和长效机制。到2030年，畜禽粪污综合利用率达到85%以上。 （二）加强秸秆综合利用。推进秸秆还田利用。分区域、分作物推广翻埋、碎混、堆沤腐熟等秸秆还田技术模式，建设一批秸秆科学还田样板，加大秸秆生物菌剂、酶制剂等配套产品开发应用。推动秸秆离田利用。强化秸秆收集、储运、加工、利用等全产业链开发，发展成型燃料、食用菌基质、人造板材等产业，培育一批秸秆收储和利用主体。加快推进秸秆饲料化利用，鼓励专业化生产服务组织收储加工生产饲料产品，提升饲用价值和利用率。提升管理水平。指导各地建立秸秆资源台账，进一步摸清资源底数。到2030年，秸秆综合利用率保持在88%以上。 （三）加快农村生活有机废弃物综合利用。推进就地消纳。稳步推进农村改厕，协同推进农村生活垃圾污水治理，推动建立生活有机废弃物回收利用体系，鼓励将易腐垃圾同农村厕所粪污协同处理与资源化利用。推进多元处置。城镇周边的村庄，可就近纳入城乡一体生活垃圾处置体系。人口居住集中的村庄，可通过建设反应器堆沤等设施综合处理。常住人口少、居住分散的村庄，可建设小型堆沤设施，经过无害化处理后就地就近资源化利用。完善运行机制。引导村集体、农民合作社等参与农村生活有机废弃物综合处置设施运行管理，运用积分制、回收兑换等方式调动农民参与积极性，提高农村生活有机废弃物分类处置和回收能力，推动提升村容村貌。 四、推进农业生态系统稳定多样 （一）推进重点流域生态保护修复。推动长江流域农业生态修复。坚定不移推进长江十年禁渔，全面落实退捕渔民安置保障政策，加强动态监测，强化就业帮扶和兜底保障。持续开展常态化联合执法监管，及时清理涉渔“三无”船舶等风险隐患，严厉打击各类非法捕捞行为。实施长江生物多样性保护工程，开展禁渔效果评估和水生生物完整性指数评价，落实以长江流域为重点的珍稀濒危物种拯救行动计划，加快修复水生生物重要栖息地。加强黄河流域农业生态保护。推动黄河流域生态保护和高质量发展，严格落实以水定地、以水定产，统筹开展地下水超采综合治理，推进黄河流域深度节水控水。改造提升黄土高原淤地坝建设，推进水土流失治理模式创新。落实黄河休禁渔制度，加强黄河流域水生生物资源养护。 （二）提升农业生态价值。推动农业节能降碳，研发种养业生产过程温室气体减排技术，开发工厂化农业、新能源农机、农产品初加工及储存运输节能设备，创新农业废弃物资源化、能源化利用技术体系，提升农业生产适应气候变化能力。发展沼气、生物天然气，推进秸秆、畜禽粪污等农业废弃物高值化利用。稳妥推进农村清洁能源替代，推广农村生物质能、太阳能等绿色用能模式。构建以旗舰物种为重点的保护管理体系，全面加强水生野生动植物保护管理工作。完善农业外来入侵物种监测预警体系，严控外来物种入侵风险。 五、促进全产业链绿色低碳转型 （一）推行绿色循环。推进绿色循环技术采用。加大农业绿色发展相关知识培训力度，引导农户、农民合作社、家庭农场、农业企业等经营主体树立绿色发展理念，推广应用节水灌溉、科学施肥用药等绿色技术，自觉培肥地力、使用绿色生产资料、清洁产地环境，促进绿色生产方式广泛应用。推进种养结合。指导各地参照畜禽粪污土地承载力测算技术指南，优化调整畜牧业发展布局，科学测算养殖规模，引导畜禽养殖场（户）配套完善粪肥消纳用地，建设一批种养结合型生态农场，促进农牧循环、实现废弃物就地转化。实施农业社会化服务扩面提质行动，支持有条件的服务主体建设农事服务中心，开展绿色生产服务。推进粮草兼顾。在巩固提升粮食产能基础上，稳定棉油糖和“菜篮子”产品生产，因地制宜推进粮改饲，发展青贮玉米、苜蓿等优质饲草，支持在盐碱地、北方农牧交错带、南方草山草坡区建设稳产高产饲草基地，促进粮食、经济作物、饲草料协调发展。推进稻渔综合种养。在长江中下游地区重点发展稻鱼、稻虾等生产，西南、华南地区重点发展稻鱼、稻螺等生产，东北、西北、华北地区重点发展稻蟹、稻鱼等生产。推广稻鱼鸭、鱼菜等复合种养模式，提高水稻和水产综合生产能力。到2030年，稻渔综合种养面积稳定在5000万亩左右。推进生产生活有机联结循环。推动绿色加工物流、废弃物回收利用等业态集聚发展，加速农业与二三产业循环畅通，加快产业联结互促、循环增值。统筹推进产业发展、农民生活和生态建设，形成种养加销一体、农林牧渔结合、一二三产业联动发展的现代复合型循环经济产业体系，建设产业和生态融合的宜居宜业和美乡村，促进生产生活生态有机统一。 （二）发展绿色低碳农业产业链。促进加工减损增值。统筹布局农产品加工原料生产、初加工和精深加工产能，推动绿色加工、废弃物回收利用等产业集聚发展，促进加工减损节本、资源高效利用。促进流通降本增效。实施农产品仓储保鲜冷链物流设施建设工程，建设一批产地冷藏保鲜设施、产地冷链集配中心，提高流通效率，降低流通环节成本。促进质量安全水平提升。制修订农业高质量发展急需的智慧化、绿色化、优质化发展标准，加快发展绿色低碳导向的新产业、新业态、新模式，推动建立与质量安全承载力相适应的种养密度规范，以标准提升引领传统产业优化升级。实施重点问题品种药残治理，加强农产品质量安全监测评估，推广应用胶体金等新型速测技术，落实承诺达标合格证制度，构建产地准出分类监管制度。开展农兽药跨领域残留风险评估，加强重点农产品、品牌农产品质量安全追溯管理，推动优质农产品产地建设，实施农产品品质提升行动，完善农产品品质评价和质量分级规则，加强农垦农产品全面质量管理。加强绿色、有机、名特优新和地理标志农产品培育发展，建立地理标志农产品原产地识别和培育体系。开展优质农产品消费促进活动，引导城乡居民采购绿色优质农产品。 六、强化组织实施 （一）加强统筹协同。强化工作统筹。建立加快农业发展全面绿色转型促进乡村生态振兴工作推进机制，组织制定工作台账，明确责任分工，定期跟踪调度、逐项推动落实。强化上下联动。各级农业农村部门要结合实际明确重点工作，细化工作举措，强化部门协同，加强资金统筹，明确“路线图”“时间表”，有力有序推进农业发展全面绿色转型、促进乡村生态振兴。 （二）加强监测评价。完善标准体系。聚焦投入品管控、加工储运等环节，加快制定一批资源节约型、环境友好型农业标准，健全覆盖全产业链的农业绿色发展标准体系，鼓励地方探索制修订一批相关标准。构建监测体系。加快数字化绿色化协同转型发展，探索建立农业环境污染和气象灾害高效监测、主动预警、科学分析、智能决策系统。开展新一轮农业资源区划前期研究，鼓励有条件的地区开展农业资源区划调查。健全重要农业资源台账制度，完善全国农业资源数据共享平台，建设一批农业绿色发展监测站点。健全农业生态环境监测体系，优化监测点位布局，开展农产品产地环境等监测。开展农业绿色发展水平监测评价，推动提高农业绿色发展相关指标在地方党委和政府推进乡村振兴战略实绩考核中的权重。加强技术指导。聚焦关键领域和薄弱环节，加快绿色技术集成创新，支持龙头企业与科研单位开展联合攻关。依托事业单位、科研院所和大专院校，发挥政策、资源、技术、人才等优势条件，开展政策咨询、技术指导等服务，协助解决农业绿色发展难点问题。组织农业绿色发展领域专家开展技术服务，推广先进技术适用装备。 （三）强化政策引导。财政倾斜支持。统筹利用农业面源污染综合治理、畜禽粪污资源化利用整县推进、秸秆综合利用、绿色种养循环农业试点等项目，向实施农业绿色发展、促进乡村生态振兴的重点区域倾斜。金融社会投资支持。鼓励将符合条件的农业绿色发展、农村人居环境整治等项目纳入农业农村基础设施融资项目库。深化融资对接服务，引导金融机构创设专属绿色信贷产品和耕地质量相关保险产品，发挥好各级乡村振兴基金作用，支持农业发展全面绿色转型、促进乡村生态振兴。强化监管约束。推动农业绿色发展相关法律法规规章制修订工作，加大破坏资源环境违法行为查处和问责力度。指导各地加强农村土地经营权流转合同管理，引导经营主体加强流转土地保护利用，对土地和土地生态环境造成的损害依法予以赔偿。 （四）推进价值转化。推进减排固碳。实施农业农村减排固碳行动，强化农田、土壤固碳功能。完善农业生态产品确权、量化、评估方法，推动建立农业生态产品价值实现机制，探索绿色优质农产品生态价值实现路径。探索开展茶园、果园、沼气、农田、畜禽养殖等农业碳交易，探索开展农产品碳足迹管理。发展生态服务产业。发展商品有机肥和微生物肥料生产、农膜变塑、天然色素提取等产业，提高再生利用产品附加值。深入发掘生态涵养、农事体验、健康养老等多种功能，加快发展林下经济、森林旅游等新业态。 （五）强化总结推介。总结经验模式。及时总结各地推进农业发展全面绿色转型促进乡村生态振兴的好经验好做法，推介一批先进适用的农业农村绿色生产技术装备，总结一批不同地区、不同生态类型推进路径和典型模式，提炼一批行之有效的长效机制，形成示范带动作用。加强宣传推介。加强农民资源节约、绿色发展理念引导与技能培训。综合利用传统媒体和新媒体，开展模式发布、范例交流、现场观摩等活动，讲好农业发展全面绿色转型、促进乡村生态振兴故事，营造全民参与、共建共享的良好社会氛围。 农业农村部 2024年12月26日
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  • 《东北地理所在黑土有机培肥耕地质量保育与面源污染防控方面取得进展》
    • 来源专题：耕地与绿色发展
    • 编译者：张毅
    • 发布时间：2024-10-16
    • 黑土地是保障国家粮食安全的“压舱石”和“稳压器”。传统施肥导致黑土地“变薄”“变瘦”“变硬”的问题日益突出。有机肥养分全面、肥效持久、碳源丰富，采用有机-无机肥混施是缓解黑土地“量减质退”趋势的核心措施之一。然而，土壤有机培肥存在氮、磷的遗留性面源污染隐患。坚持农田生态系统优先绿色发展，全面、系统地解析有机培肥黑土生态系统中氮、磷流失的发生过程与机制，是关系到耕地质量保育与水环境安全的重要科学问题。 聚焦黑土有机培肥耕地质量保育与面源污染防控关键科学问题，东北地理所水环境污染与防治团队依托吉林省杏木国家水土保持科技示范园，基于10年有机-无机肥混施非控制野外试验研究（混施质量比：0%、30%、60%和100%），探明了化肥减量配施有机肥土壤中碳、氮、磷的积累效应，以及地表径流中氮、磷的输出特征与污染负荷。结果表明，化肥减量配施有机肥提高了土壤微团聚体的黏连效应及其对土壤有机质的物理保护作用。同时，化肥减量配施有机肥提高了土壤微生物的丰度和功能酶的活性，促进了矿物结合态氮、磷的溶解，以及有机态氮、磷的矿化。基于黑土培肥地力与污染防控相协同的目标，化肥减量30%配施有机肥是适于东北黑土区的最佳有机-无机肥配施比例。与对照组（有机肥配施比0%）相比较，该处理组土壤有机碳（SOC）、氨氮（NH4+-N）、硝氮（NO3--N）和速效磷（AP）的含量分别提高了18%、30%、570%和163%，地表径流中总磷（TP）浓度降低了55%。但是，化肥减量配施有机肥在一定程度上提高了地表径流中总氮（TN）的浓度，特别是化肥减量60%条件下，需重点关注氮素随地表径流流失的风险。 图 1 试验区概况图 图 2 化肥减量配施有机肥土壤有机碳、氮和磷的含量变化 图 3 化肥减量配施有机肥地表径流中氮和磷的浓度变化 相关成果发表在《Journal of Environmental Management》和《Applied Soil Ecology》上，由崔虎特别研究助理（第一作者）、欧洋副研究员（通讯作者）和祝惠研究员（通讯作者）等人共同完成。该研究得到国家自然科学基金青年科学基金项目（42307085）、中国科学院创新交叉团队项目（JCTD-2020-14）、中国科学院青年创新促进会（Y2021068）和中国科学院东北地理与农业生态研究所青年科学家小组项目（2023QNXZ04）的共同资助。 论文信息及链接如下： Cui,H.,Zhu,H*.,Shutes,B.,Rousseau,A.N.,Feng,W.D.,Hou,S.N.,Ou,Y*.,Yan,B.X.,2023. Soil aggregate-driven changes in nutrient redistribution and microbial communities after 10-year organic fertilization. Journal of Environmental Management,348,119306. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.119306. Cui,H.,Shutes,B.,Hou,S.N.,Wang,X.Y.,Zhu H*.,2024. Long-term organic fertilization increases phosphorus content but reduces its release in soil aggregates. Applied Soil Ecology,203,105684. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2024.105684.
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