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食用菌復合生態(tài)栽培助力農(nóng)業(yè)綠色低碳生產(chǎn)與土壤持續(xù)利用 —昆明植物所提出新型農(nóng)業(yè)微生物固碳模式

發(fā)布時間:2024-09-06

大型真菌種質(zhì)資源與綠色發(fā)展專題攻關(guān)組聚焦珍稀腐生型食用菌生態(tài)栽培底層關(guān)鍵技術(shù)(如綠色發(fā)酵)和科學問題(如微生物互作、碳氮循環(huán))研究,系統(tǒng)解析了常見“農(nóng)林牧”生物質(zhì)廢棄物(秸稈、鋸末、畜禽糞便等)發(fā)酵中主要因素的變化規(guī)律和相關(guān)性,明確了發(fā)酵過程中的優(yōu)勢微生物類群(JEM,2022)。在此基礎(chǔ)上,團隊創(chuàng)新應(yīng)用SBI復合菌劑進行堆肥發(fā)酵,在有效縮短腐熟周期的情況,顯著減少氨氣排放(畜禽糞便主要臭味氣體)、增強肥效,大大提高了有機質(zhì)轉(zhuǎn)換和腐殖質(zhì)形成效率(JEM,2024);同時,深入分析發(fā)現(xiàn):SBI接種可顯著促進有害生物污染物(如病原菌、病毒、抗生素抗性基因等)的消減,是阻隔其進入環(huán)境的有效技術(shù)方法(JHM,2024)。以上研究制備生產(chǎn)的基質(zhì),是腐生型食用菌栽培的優(yōu)良清潔原料,可用于大棚、農(nóng)田和林下的食用菌復合生態(tài)栽培(圖1),團隊前期林下大球蓋菇栽培研究表明:該模式可顯著增加土壤孔隙度、提高可溶性元素含量,增強生物酶活性、微生物多樣性及其代謝,重構(gòu)土壤生態(tài)功能,在土壤修復和作物持續(xù)生產(chǎn)中顯示出良好的潛力(JoF,2021)。

人口增長、高強度農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和全球氣候?qū)τ袡C碳的影響復雜,農(nóng)業(yè)土壤有機碳的恢復和提升困難重重。近十年來,團隊系統(tǒng)研發(fā)推廣的珍稀食用菌復合生態(tài)栽培模式(圖1),在區(qū)域脫貧攻堅和鄉(xiāng)村振興工作中做出了積極貢獻,成為中國科學院農(nóng)業(yè)科技幫扶的典型案例之一(中國科學院院刊,2020),然而該模式的固碳效應(yīng)還知之甚少。

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圖1?珍稀食用菌復合生態(tài)栽培模式

基于此,團隊啟動食用菌生態(tài)栽培模式下的微生物固碳研究,首先對涵蓋三大洲的873個觀測數(shù)據(jù)進行薈萃分析,然后結(jié)合結(jié)構(gòu)方程模型,綜合評估促進真菌殘體碳和土壤有機碳提升的保護措施與因素(圖2)。(1)分析結(jié)果表明,真菌殘體碳對全球農(nóng)業(yè)土壤有機碳的平均貢獻超過四分之一,凸顯了其在增強碳固存方面的關(guān)鍵作用;(2)結(jié)構(gòu)方程模型顯示,微生物生物量碳、土壤pH值和黏土含量對真菌殘體積累具有積極作用,土壤碳氮比、氣候因素對真菌殘體碳積累的影響相對微弱;(3)真菌殘體碳的主要驅(qū)動因素為微生物生物量碳,其主要受研究區(qū)域的土壤全氮和地理因素制約;(4)農(nóng)田管理措施對真菌殘體碳具有顯著效應(yīng)(p?< 0.05),其中秸稈還田模式下的土壤真菌殘體碳含量最高(26%)。

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圖2?全球農(nóng)業(yè)土壤真菌殘體含量的驅(qū)動因素和保護措施

食用菌栽培大量利用秸稈等生物有機質(zhì)(比如大球蓋菇畝均栽培用料4-5噸/畝),而復合生態(tài)栽培模式在進行食用菌生產(chǎn)的同時,同步實現(xiàn)秸稈等有機質(zhì)的還田;經(jīng)食用菌菌絲分解后的有機質(zhì)中存留大量真菌和其他微生物殘體,其細胞壁中幾丁質(zhì)等成分難以降解,可在土壤中長期留存,與礦物質(zhì)互作形成穩(wěn)定的復合物,在改善土壤結(jié)構(gòu)、增加和穩(wěn)定土壤有機碳中發(fā)揮關(guān)鍵作用(圖3)。相關(guān)深入研究在進行中。該模式可顯著減少化學肥料使用,提高作物產(chǎn)量與品質(zhì),加之良好的經(jīng)濟與社會效益,具有較好的應(yīng)用推廣前景,有潛力成為新型農(nóng)業(yè)微生物固碳模式,服務(wù)鄉(xiāng)村振興、農(nóng)業(yè)綠色低碳發(fā)展和土壤持續(xù)利用。

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圖3?真菌細胞壁組成及提升真菌殘體含量的主要措施

最新成果以Fungal necromass contribution to carbon sequestration in global croplands: a meta-analysis of driving factors and conservation practices為題,發(fā)表在環(huán)境科學國際期刊Science of the Total Environment上。劉棟副研究員為論文第一作者、于富強正高級工程師為論文通訊作者,合作者包括美國密歇根州立大學Gregory Bonito副教授、英國班戈大學Davey L. Jones教授、墨西哥研究生院Jesus Perez-Moreno院士、西北農(nóng)林科技大學安韶山研究員、中國科學院昆明植物研究所Shahid Iqbal博士。

以上研究得到中國科學院A類戰(zhàn)略性先導科技專項(XDA26050302)、國家重點研發(fā)計劃項目(2021YFD1600404)、國家管理實踐自然科學基金(42077072)、中國科學院科技扶貧項目(KFJ-FP-201905)、中國科學院STS項目(KFJ-STS-QYZD-039)、云南省重大科技專項計劃(202402AE090030)、云南省對外科技合作專項(202003AD150005)、云南省興滇英才計劃“青年人才”(YNQR-QNRC-2019-025)等項目的支持。

來源:中國科學院昆明植物研究所

 


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