中国农业大学博士生第一作者在Cell子刊（IF=15.1）发表研究成果，实现水稻增产与土壤固碳的双赢
学术
2025-01-03 12:55
江苏
1月3日，中国农业大学农学院曾昭海/臧华栋课题组在《细胞》（Cell）杂志的旗舰子刊《一个地球》（One Earth）在线发表了题为《全球豆科作物-水稻轮作增加水稻产量和固碳潜力分析》（Legume-rice rotations increase rice yields and carbon sequestration potential globally）的研究成果。这项研究展示了将豆科植物与水稻进行轮作可以同时增加粮食产出并提升土壤的碳储存能力，并详细解析了影响这一过程的关键因素及背后的驱动机制。这不仅为提高水稻产量、改善稻田土壤质量以及实现碳中和提供了理论支持，还为农业领域应对气候变化和确保全球粮食安全提出了重要的实践方向。超过全球半数人口依赖水稻作为主要食物来源，然而，水稻生产正面临单产增长放缓和生态环境成本上升的挑战。虽然豆科作物的多样化种植体系在提升旱地作物产量、效率以及减少环境影响方面取得了显著成就，但鉴于稻田与旱地在水分管理、土壤特性及养分循环上的明显差异，关于豆科作物与水稻轮作对稻田耕作系统的影响一直缺乏深入的研究。此外，为了平衡作物产量与气候变化适应性，还需要进一步探讨作物增产与土壤固碳之间的潜在协同效应。本研究利用了来自17个主要水稻生产国的1,483组数据，结合大数据分析和机器学习技术，全面评估了豆科作物轮作对水稻产量和土壤碳储存能力的影响。研究表明，豆科作物轮作平均提高了后续水稻作物15.7%的产量，而在保护性农业实践中，这一增产效果可高达58.4%。不过，随着氮肥使用量的增加、作物多样性水平的提高以及当前水稻产量的提升，豆科作物轮作所带来的增益可能会相应减少。更深入的分析指出，在大约65.8%的情况下，豆科作物轮作实现了水稻增产与土壤固碳的双重效益。这意味着，合理规划豆科作物与水稻的轮作模式不仅可以促进粮食生产，还能加强稻田土壤的碳储存功能，从而在保证粮食供给的同时，有助于增强农田的气候适应能力和碳汇性能，提供一种对抗气候变化的可能方案。豆科作物轮作对水稻产量的提升效果随着水稻单产水平的提高而降低（图A），轮作制度优化可实现水稻增产和土壤固碳双赢（图B）总的来说，该研究为推动全球水稻生产系统的可持续发展提供了宝贵的实证依据和策略指导，为建立既重视生产力又兼顾生态保护的绿色农业管理体系打下了坚实的理论基础。本研究由中国农业大学农学院种植制度与农田生态团队完成，臧华栋教授为论文通讯作者，曾昭海教授为共同通讯作者，在读博士生姚伟为论文第一作者。农学院杨亚东副教授、已出站博士后赵杰（现华中农业大学副教授）、已出站博士后周杰（现南京农业大学副教授）、法国农业国际合作研究发展中心Damien Beillouin研究员、奥胡斯大学Jørgen E. Olesen教授、英国阿伯丁大学Pete Smith教授、澳大利亚西澳大学Hans Lambers教授、德国柏林自由大学Matthias C. Rillig教授、西湖大学Thomas C. Wanger教授等参与了研究。相关工作得到了国家自然科学基金（32101850, 32172125）、国家自然科学基金联合项目（U21A20218）、国家重点研发计划项目（2022YED1901100）、海南省自然基金（320LH041）等的资助。
