科学通报 | 少施肥还能多打粮？钼和硼这对 "黄金搭档" 如何帮作物固氮

近日，中国科学院亚热带农业生态研究所赵杰、王克林研究团队在豆科作物减肥增效研究领域取得重要进展。相关研究成果以“钼硼协同增效：调控生物固氮促进减肥高产”为题，发表于《科学通报》。该研究系统揭示了在氮肥减施条件下，微量元素钼（Mo）和硼（B）如何通过协同调控生物固氮与土壤氮素转化过程，来维持并提升大豆产量与土壤质量的内在机制，为我国正在推进的化肥减量增效行动提供了关键的科技支撑。文章为“亚热带农业高质量发展”专辑稿件。

我国是全球氮肥单位面积投入量最高的国家，过量施用氮肥导致了土壤酸化、水体富营养化等一系列生态环境问题。因此，国家正大力推行化肥减量政策，但如何在减少化学氮肥用量的同时保障作物产量，是农业可持续发展面临的重大挑战。生物固氮，特别是豆科植物与根瘤菌的共生固氮，被视为替代化学氮肥的重要自然过程。然而，这一过程高度依赖于土壤中某些关键的微量元素。作为固氮酶核心组分（钼）和根瘤发育必需元素（硼），钼和硼的供应状况直接影响着生物固氮的效率。但在不同氮肥施用水平下，补充这两种元素能发挥多大作用，其背后的土壤生物学机制尚不清楚，这制约了减肥增效精准管理技术的研发。

针对这一关键科学问题，研究团队选择我国南方典型喀斯特农田，开展了减施氮肥配施钼硼微量元素对土壤氮转化和大豆生长影响的控制实验。实验设置了常规施氮、减施20%氮肥及不施氮肥三个水平，并分别配施钼肥、硼肥及钼硼混合肥。经过系统的观测与分析，研究取得了一系列重要发现。

研究发现，在常规施氮基础上减施20%氮肥，虽会降低土壤硝态氮含量和硝化速率，但并未对大豆生物量和产量造成明显影响，这表明当地现行的施氮量仍有下调空间。更为关键的是，钼与硼的添加产生了显著的协同增效作用。在减氮20%的条件下同时添加钼硼，对土壤和作物的正面影响最为突出，能同时实现增产和土壤固碳（图1）。与常规施氮且不施微量元素的处理相比，该组合处理使大豆产量提升了33.3%，土壤有机碳含量提升了37.8%，成功实现了“减肥、增产、增碳”的多重目标。

图1 钼硼协同促进减施氮肥条件下土壤有机碳含量和大豆生物量及产量

研究团队进一步揭示了其内在机制，形成了一个完整的“生物固氮-土壤氮转化-作物利用”证据链（图2）。首先，钼和硼的添加显著提升了大豆根瘤鲜重和土壤自生固氮速率，直接强化了生物固氮这一“天然氮肥工厂”。其次，微量元素的投入显著提高了土壤微生物量碳氮和氮转化相关酶活性，促进了土壤有机氮的矿化、氨化与硝化过程，使土壤中可直接被作物吸收的铵态氮和硝态氮含量显著增加。最后，土壤有效氮供应的提升，直接促进了大豆对氮素的吸收，增加了植株的氮磷养分积累量，最终表现为生物量和产量的显著提升。

图2 氮肥减施条件下施用钼硼微肥的生态效应机制图

值得注意的是，钼和硼的作用存在差异且互补：钼在促进土壤氮转化和地下生物量方面效果更强，而硼在提升地上部生物量和促进根系磷吸收方面表现更优，二者配施实现了功能上的协同增效。研究认为，钼硼协同增效的核心机制在于：钼增强了生物固氮及土壤氮转化利用，而硼则同时促进固氮并调控根际磷的活化，二者共同提升了土壤氮素的可利用性，进而形成“植物生长-土壤反馈”的正向循环。

综上，该研究不仅从理论上阐明了钼硼协同增效的生物学机制，更在实践上为豆科作物农田的绿色减氮与土壤健康管理提供了切实可行的新方案。研究结果表明，在推进化肥减量的政策框架下，科学配施钼、硼等微量元素肥料，是保障作物产量、提升土壤质量、实现农业绿色可持续发展的一条有效路径。

本文第一作者为中国科学院亚热带农业生态研究所赵杰研究员，通讯作者为赵杰研究员与王克林研究员。研究团队长期致力于喀斯特生物地球化学循环、豆科植物-土壤反馈机制与农业可持续管理研究。研究得到了国家重点研发计划（2022YFF1300704）、国家自然科学基金（42377284）和河池市科技计划（河科AB240715）等项目的资助与支持。

文章信息

赵杰, 王思祺, 廖雄辉, 等. 钼硼协同增效: 调控生物固氮促进减肥高产. 科学通报, 2026. DOI: 10.1360/CSB-2026-0253.

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