3）揭示了土壤中参与固碳和氮素转化的关键微生物种群与土壤肥力的关系，明确了施肥尤其是施用有机肥导致碳氮循环功能微生物数量显著增加，激发出新的优势微生物种群，而功能微生物多样性受土壤肥力变化的影响较小。
4）率先证实土壤光合微生物具备可观的同化大气CO2能力，并量化了8个农田土壤的光合微生物固碳速率，探讨了土壤微生物固碳的分子机理，明确了主要光合微生物的种群结构，揭示了农田土壤微生物固碳速率与土壤理化性质、固碳功能菌群落及其活性的内在关系，发现水稻土微生物的同化能力强于旱土。
5）探讨了稻田生态系统对雨水和灌溉水氮磷的消纳作用。
6）揭示了水稻高产群体构建的关键驱动机制，探明湘北地区高产群体构建的限制性因素；对稻田水肥资源高效利用的关键技术进行了集成，建立了稻田生态系统持续的适宜移栽密度、施肥、水分管理等优化模式，并构建了“资源高效型群体及其水肥调控”技术，累计示范应用面积50万亩。