中國農大新聞網訊 1月3日，中國農業(yè)大學農學院曾昭海/臧華棟課題組在《細胞》（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)同提升作物產量與土壤固碳潛力，并闡明了其主要調控因子與驅動機制，為水稻增產、稻田土壤質量提升和碳中和提供了新的理論依據，也為農業(yè)應對氣候變化和保障全球糧食安全提供了重要技術路徑。

 

　　全球一半以上的人口將水稻作為主糧，但水稻生產上面臨著單產提升停滯和生態(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增效與降低環(huán)境代價等方面做出了重要貢獻，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一直缺乏系統(tǒng)研究。此外，實現產量與氣候韌性的平衡，還需要深入探索作物增產與土壤固碳之間的潛在協(xié)同關系。

 

　　本研究基于覆蓋全球17個主要稻作國家的1,483組數據，通過大數據分析與機器學習算法相結合，系統(tǒng)評估了豆科輪作對水稻產量和土壤固碳的影響。結果發(fā)現，豆科輪作平均使后茬水稻產量提高了15.7%，其中在保護性耕作條件下，水稻的增產效益可以高達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)的作物多樣性和當前水稻產量水平的增加而有所下降。

 

　　進一步分析揭示，在65.8%的案例中，豆科輪作能夠實現水稻增產與土壤固碳的雙贏。這表明，定向設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與路徑選擇，為構建兼顧生產和生態(tài)效益的綠色農業(yè)管理模式奠定了理論基礎。

 

　　本研究由中國農業(yè)大學農學院種植制度與農田生態(tài)團隊完成，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。農學院楊亞東副教授、已出站博士后趙杰（現華中農業(yè)大學副教授）、已出站博士后周杰（現南京農業(yè)大學副教授）、法國農業(yè)國際合作研究發(fā)展中心Damien Beillouin研究員、奧胡斯大學J?rgen E. Olesen教授、英國阿伯丁大學Pete Smith教授、澳大利亞西澳大學Hans Lambers教授、德國柏林自由大學Matthias C. Rillig教授、西湖大學Thomas C. Wanger教授等參與了研究。相關工作得到了國家自然科學基金（32101850, 32172125）、國家自然科學基金聯(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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