近日，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院、亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室唐湘如教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際知名期刊Agriculture, Ecosystems and Environment（中科院一區(qū)Top，影響因子 6.0）、 Science of the Total Environment（中科院一區(qū)Top，影響因子8.2）和Journal of Integrative Agriculture（中科院一區(qū)Top，影響因子4.6）上發(fā)表了等系列研究成果。

 

　　在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域國(guó)際著名期刊Agriculture, Ecosystems and Environment發(fā)表了題為“Bacterial functions are main driving factors on paddy soil organic carbon in both surface soil and subsoil”的研究論文，揭示了土壤細(xì)菌和真菌功能對(duì)土壤有機(jī)碳變化的影響。文章第一作者為2022級(jí)碩士研究生黃湘雯，通訊作者為唐湘如教授、潘圣剛副教授和祁劍英副教授。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金（32201921）、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究（2023A1515010738）和廣州市基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究（2023A04J0111）的資助。

 

　　稻田土壤在全球碳循環(huán)中扮演著重要角色，其碳固持能力對(duì)緩解氣候變化和提升農(nóng)業(yè)可持續(xù)性具有重要意義。土壤微生物作為SOC分解與轉(zhuǎn)化的主要驅(qū)動(dòng)者，對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的循環(huán)、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化及土壤健康起到關(guān)鍵作用。然而，不同土壤深度的微生物功能在SOC動(dòng)態(tài)中的具體貢獻(xiàn)仍未完全明晰。該研究基于中國(guó)南方雙季稻田，通過(guò)對(duì)不同耕作管理模式（常規(guī)耕作、減少耕作和免耕）下各土壤深度的SOC及微生物功能進(jìn)行監(jiān)測(cè)，利用宏基因組測(cè)序技術(shù)，揭示了微生物功能與SOC變化之間的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌的合成和降解功能在表層土壤中對(duì)SOC積累有負(fù)面影響，而在深層土壤中則有正面影響；真菌的降解功能則在表層土壤中對(duì)SOC積累有顯著正面作用。宏基因組數(shù)據(jù)進(jìn)一步表明，關(guān)鍵功能基因如纖維素降解和還原三羧酸循環(huán)在不同土層對(duì)SOC變化起重要作用。這些發(fā)現(xiàn)不僅深化了對(duì)稻田土壤碳固持機(jī)制的理解，為未來(lái)的土壤碳循環(huán)模型提供了新視角，還為優(yōu)化農(nóng)業(yè)耕作管理以提升土壤碳固持能力提供了科學(xué)依據(jù)，對(duì)全球氣候變化的緩解及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

 

　　在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域國(guó)際著名期刊Science of the Total Environment發(fā)表了題為“Effects of 3-year organic farming management on soil antibiotic resistant genes and virulence factors in a double rice cropping system”的研究論文，揭示了有機(jī)栽培模式對(duì)土壤抗生素抗性基因和毒力因子的影響。文章第一作者為阮少藝博士，通訊作者為唐湘如教授和祁劍英副教授。

 

　　隨著全球?qū)沙掷m(xù)農(nóng)業(yè)的關(guān)注增加，有機(jī)栽培作為一種可持續(xù)的農(nóng)業(yè)實(shí)踐，逐漸受到重視。有機(jī)栽培強(qiáng)調(diào)減少或消除化學(xué)農(nóng)藥和合成肥料的使用，轉(zhuǎn)而使用有機(jī)物料，如動(dòng)物糞便和植物殘留物，以改善土壤質(zhì)量和增強(qiáng)作物生長(zhǎng)，這種栽培方式可能對(duì)土壤中的抗生素抗性基因（ARGs）產(chǎn)生不同尋常的影響。研究顯示，雖然有機(jī)栽培可能通過(guò)減少化學(xué)抗生素的使用降低了一些ARGs的水平，但使用動(dòng)物糞便作為肥料可能會(huì)引入新的ARGs，因?yàn)閯?dòng)物消化道和糞便是這些基因的重要儲(chǔ)庫(kù)。ARGs在環(huán)境中的存在和傳播是全球公共衛(wèi)生的重大問(wèn)題，因?yàn)樗鼈兡軌蛲ㄟ^(guò)水平基因轉(zhuǎn)移增強(qiáng)細(xì)菌對(duì)現(xiàn)有抗生素的抵抗力。當(dāng)這些抗性基因在人類(lèi)、動(dòng)物和環(huán)境之間傳播時(shí)，就會(huì)增加醫(yī)療治療的復(fù)雜性和成本，使常規(guī)的抗生素治療可能不再有效。有機(jī)栽培環(huán)境中ARGs的動(dòng)態(tài)也值得關(guān)注，因?yàn)橥寥雷鳛槲⑸锘顒?dòng)的場(chǎng)所，可能會(huì)通過(guò)增強(qiáng)微生物之間的交互作用，促進(jìn)ARGs的擴(kuò)散。為了全面理解和管理與有機(jī)栽培相關(guān)的ARGs傳播風(fēng)險(xiǎn)，需要進(jìn)一步的研究來(lái)探索有機(jī)栽培模式如何影響土壤微生物群落及其抗性基因的動(dòng)態(tài)。此外，掌握有機(jī)栽培系統(tǒng)中ARGs的行為將有助于設(shè)計(jì)更安全的農(nóng)田管理方式，以減少ARGs對(duì)環(huán)境和公共衛(wèi)生的潛在威脅。

 

　　基于上述內(nèi)容，該研究主要探討了華南地區(qū)雙季稻田采用有機(jī)農(nóng)業(yè)與常規(guī)農(nóng)業(yè)管理方式下，土壤中抗生素抗性基因（ARGs）和毒力因子（VFs）的動(dòng)態(tài)變化。結(jié)果表明，在有機(jī)農(nóng)業(yè)中，與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)相比，多藥耐藥（Multidrug）相關(guān)的ARGs有所增加，而與利福霉素和磷霉素相關(guān)的ARGs有所減少（多藥耐藥基因允許微生物同時(shí)抵抗多種抗生素，這些基因在環(huán)境中的存在和擴(kuò)散可能導(dǎo)致環(huán)境污染和生態(tài)平衡的破壞；利福霉素是一種重要的抗結(jié)核藥物，磷霉素則廣泛用于治療細(xì)菌感染。土壤中這些基因的存在可能反映了這些重要抗生素的環(huán)境殘留和抗性問(wèn)題）。在VFs方面，有機(jī)種植實(shí)踐導(dǎo)致攻擊性毒力因子的增加，而非特異性VFs和與毒力相關(guān)基因的調(diào)控則有所減少。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)于制定未來(lái)的農(nóng)業(yè)政策，推廣可持續(xù)的農(nóng)業(yè)實(shí)踐，提高土壤健康和生物多樣性，從而提高作物產(chǎn)量和環(huán)境可持續(xù)性具有一定意義。

 

　　完成的題為“Assessing the yield difference of double-cropping rice in South China driven by radiation use efficiency” 的研究在Journal of Integrative Agriculture，2024年11期正式發(fā)表。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)絲苗香米科技創(chuàng)新中心唐湘如教授和段美洋實(shí)驗(yàn)師為該文章的通訊作者，陸鍵博士為該文章第一作者。

 

　　該研究解析了華南早、晚季稻不同生育階段輻射利用率和截獲輻射量對(duì)產(chǎn)量形成和生物量積累的影響。揭示了早稻的產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)主要源于較高的輻射利用率，促進(jìn)了每穗粒數(shù)和生物量的形成，從而提高產(chǎn)量。晚稻的產(chǎn)量則更多的依賴(lài)花前的截獲光合有效輻射量。該研究為華南雙季稻單產(chǎn)攻關(guān)相關(guān)栽培技術(shù)提供理論依據(jù)。

 

　　團(tuán)隊(duì)評(píng)估了截獲光合有效輻射量和輻射利用率對(duì)華南雙季稻4個(gè)代表性品種（象牙香占、美香占2號(hào)、南晶香占和軟華優(yōu)金絲）在早、晚季的產(chǎn)量形成和生物量積累的影響。早稻的產(chǎn)量較晚稻高了8.2%，早稻更高的產(chǎn)量主要源于較高的輻射利用率，提高了每穗粒數(shù)和干物質(zhì)積累量，平均每穗粒數(shù)和干物質(zhì)積累量較晚季高了7.6%和5.0%。晚稻的產(chǎn)量形成更多的依賴(lài)分蘗中期和幼穗分化期的截獲光合有效輻射，而花后光合有效輻射量和輻射利用率較低，籽粒灌漿結(jié)實(shí)受限，難以發(fā)揮出高產(chǎn)品種的光合生產(chǎn)潛力。

 

　　在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域國(guó)際著名期刊Agriculture, Ecosystems and Environment發(fā)表了題為“A rapid increase of soil organic carbon in paddy fields after applying organic fertilizer with reduced inorganic fertilizer and water-saving irrigation is linked with alterations in the structure and function of soil bacteria”的研究論文，揭示了土壤細(xì)菌和真菌功能對(duì)土壤有機(jī)碳變化的影響。文章第一作者為彭立功博士，通訊作者為唐湘如教授。

 

　　該研究探討了在南方種植香稻的水田中，減少無(wú)機(jī)肥用量、施用有機(jī)肥和采用節(jié)水灌溉（IOW）對(duì)土壤有機(jī)碳（SOC）含量、二氧化碳（CO?）排放、細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和代謝功能的影響。研究結(jié)果表明，與傳統(tǒng)種植方法（CC）相比，IOW處理顯著提高了香稻水田的SOC含量，最高可增加16.5%-23.9%。這主要得益于有機(jī)肥的額外碳輸入以及根系和秸稈的碳輸入增加，提升了SOC的固定效率。IOW處理顯著降低了水田中的CO?和CH?排放量，減少了11.6%-18.5%的CO?總排放，說(shuō)明該方法在減少溫室氣體排放方面具有優(yōu)勢(shì)。IOW處理通過(guò)增加細(xì)菌多樣性、改變細(xì)菌組成，促進(jìn)了與SOC固定相關(guān)的代謝途徑的活躍度，同時(shí)降低了碳代謝和分解途徑。這有助于提高土壤的碳固定能力，進(jìn)一步增加了SOC含量。IOW處理不僅提高了香稻的產(chǎn)量，還增加了2-乙酰-1-吡咯啉（2-AP）的含量，使得香稻的品質(zhì)提升，符合市場(chǎng)需求。IOW方法可以在不降低香稻產(chǎn)量的前提下，提高SOC含量并減少溫室氣體排放，為南方水田的低碳種植提供了科學(xué)依據(jù)和實(shí)踐策略。

 

　　相關(guān)論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.agee.2024.109123

 

　　https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.173722

 

　　https://doi.org/10.1016/j.jia.2023.10.006

 

　　https://doi.org/10.1016/j.agee.2024.109353