北京时间2026年1月7日，《Nature Plants》在线发表了南京农业大学关于作物冠层结构新作用的研究成果，阐明了冠层均衡作物群体的增产减排潜力及其生态机制。

在全球粮食安全与气候变化双重压力日益加剧的背景下，如何在提高粮食产量的同时降低农业温室气体排放，成为国际社会面临的重大挑战。近日，由南京农业大学牵头、联合国内外科研机构完成的一项研究发现，优化作物群体的冠层结构这一长期被忽视的关键性状，或可成为破解这一难题的重要突破口。研究表明，具有均衡冠层的作物群体，能够在显著提高产量的同时，大幅减少N2O排放。

水稻、小麦、玉米和大豆是全球最重要的四大粮食作物，占据了全球一半以上的耕地面积。然而，为了提高产量，人类长期依赖高强度氮肥投入，使农业成为全球N2O排放的最大来源之一。N2O是一种强效温室气体，其单位增温潜势远高于二氧化碳。传统的农业减排措施多集中于施肥管理、灌溉方式和品种改良，忽视了作物冠层结构的调控作用。该研究从全新视角出发，系统评估了聚集度指数（CI）这一反映叶片空间分布特征的指标，在调控产量和N2O排放中的作用。研究团队整合了高分辨率卫星遥感数据、全球作物产量数据以及农业N2O排放数据，对2001-2016年间全球四大粮食作物进行了系统分析，并结合随机森林模型、过程模拟与田间试验进行多重验证。

结果显示，冠层结构对作物表现具有决定性影响。总体而言，冠层越聚集（CI值越小），作物产量越高，而N2O排放越低。当CI处于0.5-0.6这一“适度聚集”区间时，作物冠层垂直方向的均衡程度最高，四大作物普遍实现了产量最大化与排放最小化的协同优化。生态机制分析表明，均衡冠层结构能够改善冠层内部的光分布，使更多光能穿透至下层叶片，显著提升群体光合作用效率和总初级生产力。同时，更高的光合水平增加了作物对氮素的需求，提高了氮肥利用效率，使更多氮被作物吸收利用，而非以N2O形式从土壤中释放。若将高CI地区的作物冠层结构调整至全球中位水平，全球粮食年产量可增加接近15%；同时，农业N2O排放量有望大幅减少，带来显著的气候效益。

与高投入的农业管理措施相比，优化冠层结构具有现实可行性。不同作物品种在冠层结构上本身存在显著差异，农民可通过选择适宜品种实现初步优化；同时，冠层结构受遗传因素显著控制，为定向育种提供了清晰目标。未来，通过筛选和培育冠层结构更合理的作物品种，有望在不增加资源消耗的前提下，实现“增产又减排”的双赢。

南京农业大学为该项成果的第一和通讯单位。南京农业大学王松寒教授、丁艳锋教授和浙江大学谷保静教授为该论文的通讯作者，南京农业大学博士研究生鄢煜力、青年研究员党超亚和中国科学院地湖所刘磊研究员为论文的第一作者。研究也得到了巴塞罗那自治大学Josep Peñuelas教授、哥廷根大学Yakov Kuzyakov教授、多伦多大学Jing M. Chen教授、北京大学周丰教授和金哲侬教授、波士顿学院Hanqin Tian教授和南京农业大学江瑜教授等合作者的指导和帮助。研究得到了国家自然科学基金（青B和面上）、江苏省杰出青年基金和中央高校基本业务费前沿与交叉创新团队等项目的支持。（来源：科学网）

相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s41477-025-02172-w