硝化作用是农田氮素转化的主要途径，与氮素损失和利用有非常密切的关系。维持氮素以NH4+ 的形式存在是提高作物氮素利用率的关键之一。由于合成硝化抑制剂价格昂贵，在不同土壤类型中性能不稳定，而且存在生态环境和食品的安全隐患等，开发植物源的生物硝化抑制剂（BNIs）显得十分必要。迄今为止，BNIs只从Brachiaria humidicola和高粱中报道过。
南京土壤研究所施卫明课题组利用自我创制的根系分泌物原位收集系统和GC-MS分离鉴定技术，通过测定19个籼稻、粳稻品种的根系分泌物活性，首次从重要粮食作物水稻中鉴定到一种新型的BNIs——1,9-癸二醇，发现其主要通过抑制氨单加氧酶（AMO）过程来抑制硝化作用，并明确了1,9-癸二醇是水稻根系分泌的天然物质，对潮灰土的硝化作用有显著抑制效应，抑制效应显著大于目前农牧业生产中普遍使用的双氰胺（DCD）。进一步通过19个水稻品种15N同位素标记实验，揭示了生物硝化抑制效应、1,9癸二醇含量与水稻品种氮吸收利用效率之间有密切的联系。
上述研究成果发表于植物学TOP期刊New Phytologist （Sun et al., 2016, 212: 646–656），得到了国际同行的高度评价，认为这一工作对水稻遗传/育种和稻田氮肥管理提供了新的思路和切入点（原文：…This is a very nice and well written paper that provides novel insight into a new biological nitrification inhibitor (BNI) obtained from rice varieties and should have a substantial impact on rice genetics/breeding and management options for rice paddies…）。该研究对于深化植物-微生物互作调控土壤氮素转化，提高作物氮素利用率、减少氮素流失和温室气体排放，指导氮肥减施增效，实现化肥氮零增长的国家战略，具有重要的理论意义和应用价值。研究成果也得到了超过100家国内外媒体和机构（美国科学促进会AAAS、《印度时报》、《经济时报》等）的广泛关注和报道。
首次利用稀土元素和13C双向标记研究团聚体动态变化
团粒结构是肥沃土壤的物质基础，有机质是形成团粒结构的重要胶结剂。如何提高土壤有机碳，促进团粒结构形成一直为土壤学研究热点。团聚体形成稳定与有机质周转密切相关，目前已形成共识认为团聚体物理保护是土壤有机质周转的关键机制。但是我们不知道有机质腐解过程中团聚体是由哪些小团聚体形成的，有机质矿化过程中大团聚体又破碎成哪些小团聚体，也不清楚有机质如何进入团聚体。其关键原因是我们缺乏类似于13C/14C示踪有机质周转的方法来示踪团聚体周转路径，也导致团聚体动态模型模拟研究难以取得突破。
最近，南京土壤研究所彭新华研究员团队发现干湿交替显著提高了稀土元素氧化物与土壤颗粒的结合能力，湿筛后回收率接近100%，加上稀土元素氧化物对微生物活性影响弱，氧化物颗粒小，易测定等特点，提出了稀土元素标记团聚体的方法（图左），即每一粒级团聚体用一种稀土元素标记，然后组合成土壤。根据稀土元素在不同粒级团聚体的重新分布，提出了团聚体周转路径与速率计算方法（图右）。发现团聚体向相邻粒级的周转比重较大，大团聚体周转速率要快于小团聚体。添加外源有机质显著提高了周转速率，团聚体周转速率与13C累积含量呈线性关系。
这一成果近期发表于土壤学TOP期刊SBB（Peng et al., 2017，109: 81-94），得到国际同行的高度评价，认为这是首次利用稀土元素和13C双向标记研究团聚体动态变化（原文：…To my knowledge, this is the first combined use of physical (REO) and biological (13C) tracers to examine these dynamics...），这篇文章最重要的贡献是提出了计算团聚体周转速率（原文:…Overall, the manuscript is well written, the experimental design is sound,... the most important contribution is the addition of new estimates for physical aggregate turnover rates…），这一工作真正代表了团聚体研究的领先水平（原文:…they are truly the “state of the art” at this point）。稀土元素示踪团聚体周转研究方法将为揭示土壤有机碳物理固碳机制，构建团聚体周转模型等提供强有力的手段。
