中國農(nóng)大新聞網(wǎng)訊 1月3日，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院曾昭海/臧華棟課題組在《細(xì)胞》（Cell）雜志的旗艦子刊《一個地球》（One Earth）在線發(fā)表了題為《全球豆科作物-水稻輪作增加水稻產(chǎn)量和固碳潛力分析》（Legume-rice rotations increase rice yields and carbon sequestration potential globally）的研究成果。該研究揭示了豆科作物與水稻輪作能夠協(xié)同提升作物產(chǎn)量與土壤固碳潛力，并闡明了其主要調(diào)控因子與驅(qū)動機制，為水稻增產(chǎn)、稻田土壤質(zhì)量提升和碳中和提供了新的理論依據(jù)，也為農(nóng)業(yè)應(yīng)對氣候變化和保障全球糧食安全提供了重要技術(shù)路徑。
全球一半以上的人口將水稻作為主糧，但水稻生產(chǎn)上面臨著單產(chǎn)提升停滯和生態(tài)成本增加的多重挑戰(zhàn)。盡管基于豆科作物的多樣化種植體系在旱地作物增產(chǎn)增效與降低環(huán)境代價等方面做出了重要貢獻(xiàn)，但由于稻田與旱地在水分管理、土壤立地條件和養(yǎng)分循環(huán)動態(tài)等方面存在顯著差異，水稻與豆科作物輪作在全球稻田耕作制度中的效應(yīng)一直缺乏系統(tǒng)研究。此外，實現(xiàn)產(chǎn)量與氣候韌性的平衡，還需要深入探索作物增產(chǎn)與土壤固碳之間的潛在協(xié)同關(guān)系。
本研究基于覆蓋全球17個主要稻作國家的1,483組數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析與機器學(xué)習(xí)算法相結(jié)合，系統(tǒng)評估了豆科輪作對水稻產(chǎn)量和土壤固碳的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，豆科輪作平均使后茬水稻產(chǎn)量提高了15.7%，其中在保護(hù)性耕作條件下，水稻的增產(chǎn)效益可以高達(dá)58.4%。然而，這些豆科輪作帶來的效益會隨著施氮量、種植系統(tǒng)的作物多樣性和當(dāng)前水稻產(chǎn)量水平的增加而有所下降。
進(jìn)一步分析揭示，在65.8%的案例中，豆科輪作能夠?qū)崿F(xiàn)水稻增產(chǎn)與土壤固碳的雙贏。這表明，定向設(shè)計豆科作物與水稻輪作的種植制度不僅有助于提高水稻產(chǎn)量，還能增強稻田土壤的固碳能力，從而在保障糧食安全的同時協(xié)同提升稻田土壤的碳匯能力，為應(yīng)對氣候變化提供潛在解決方案。
總體而言，本研究為推動全球稻作系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展提供了重要實踐依據(jù)與路徑選擇，為構(gòu)建兼顧生產(chǎn)和生態(tài)效益的綠色農(nóng)業(yè)管理模式奠定了理論基礎(chǔ)。
本研究由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院種植制度與農(nóng)田生態(tài)團(tuán)隊完成，臧華棟教授為論文通訊作者，曾昭海教授為共同通訊作者，在讀博士生姚偉為論文第一作者。農(nóng)學(xué)院楊亞東副教授、已出站博士后趙杰（現(xiàn)華中農(nóng)業(yè)大學(xué)副教授）、已出站博士后周杰（現(xiàn)南京農(nóng)業(yè)大學(xué)副教授）、法國農(nóng)業(yè)國際合作研究發(fā)展中心Damien Beillouin研究員、奧胡斯大學(xué)J?rgen E. Olesen教授、英國阿伯丁大學(xué)Pete Smith教授、澳大利亞西澳大學(xué)Hans Lambers教授、德國柏林自由大學(xué)Matthias C. Rillig教授、西湖大學(xué)Thomas C. Wanger教授等參與了研究。相關(guān)工作得到了國家自然科學(xué)基金（32101850, 32172125）、國家自然科學(xué)基金聯(lián)合項目（U21A20218）、國家重點研發(fā)計劃項目（2022YED1901100）、海南省自然基金（320LH041）等的資助。
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