中國農大新聞網訊 1月3日，中國農業大學農學院曾昭海/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成本增加的多重挑戰。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、土壤立地條件和養分循環動態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，系統評估了豆科輪作對水稻產量和土壤固碳的影響。結果發現，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可持續發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效益的綠色農業管理模式奠定了理論基礎。
本研究由中國農業大學農學院種植制度與農田生態團隊完成，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（現華中農業大學副教授）、已出站博士后周杰（現南京農業大學副教授）、法國農業國際合作研究發展中心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合項目（U21A20218）、國家重點研發計劃項目（2022YED1901100）、海南省自然基金（320LH041）等的資助。
點擊閱讀全文：https://authors.elsevier.com/sd/article/S2590-3322（24）00600-6
日期：2025-02-03
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成本增加的多重挑戰。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、土壤立地條件和養分循環動態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，系統評估了豆科輪作對水稻產量和土壤固碳的影響。結果發現，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可持續發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效益的綠色農業管理模式奠定了理論基礎。
本研究由中國農業大學農學院種植制度與農田生態團隊完成，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（現華中農業大學副教授）、已出站博士后周杰（現南京農業大學副教授）、法國農業國際合作研究發展中心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合項目（U21A20218）、國家重點研發計劃項目（2022YED1901100）、海南省自然基金（320LH041）等的資助。
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日期：2025-02-03
