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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(xué)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(tuán)隊(duì)創(chuàng)新應(yīng)用SBI復(fù)合菌劑進(jìn)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(qiáng)肥效，大大提高了有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)換和腐殖質(zhì)形成效率（JEM,2024）；同時(shí)，深入分析發(fā)現(xiàn)：SBI接種可顯著促進(jìn)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(jìn)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(fù)合生態(tài)栽培（圖1），團(tuán)隊(duì)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(qiáng)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(fù)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(qiáng)度農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和全球氣候?qū)τ袡C(jī)碳的影響復(fù)雜，農(nóng)業(yè)土壤有機(jī)碳的恢復(fù)和提升困難重重。近十年來，團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)研發(fā)推廣的珍稀食用菌復(fù)合生態(tài)栽培模式（圖1），在區(qū)域脫貧攻堅(jiān)和鄉(xiāng)村振興工作中做出了積極貢獻(xiàn)，成為中國科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技幫扶的典型案例之一（中國科學(xué)院院刊，2020），然而該模式的固碳效應(yīng)還知之甚少。

圖1 珍稀食用菌復(fù)合生態(tài)栽培模式

 

基于此，團(tuán)隊(duì)啟動(dòng)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(gè)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行薈萃分析，然后結(jié)合結(jié)構(gòu)方程模型，綜合評估促進(jìn)真菌殘?bào)w碳和土壤有機(jī)碳提升的保護(hù)措施與因素（圖2）。（1）分析結(jié)果表明，真菌殘?bào)w碳對全球農(nóng)業(yè)土壤有機(jī)碳的平均貢獻(xiàn)超過四分之一，凸顯了其在增強(qiáng)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?bào)w積累具有積極作用，土壤碳氮比、氣候因素對真菌殘?bào)w碳積累的影響相對微弱；（3）真菌殘?bào)w碳的主要驅(qū)動(dòng)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?bào)w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?bào)w碳含量最高（26%）。

圖2 全球農(nóng)業(yè)土壤真菌殘?bào)w含量的驅(qū)動(dòng)因素和保護(hù)措施

 

食用菌栽培大量利用秸稈等生物有機(jī)質(zhì)（比如大球蓋菇畝均栽培用料4-5噸/畝），而復(fù)合生態(tài)栽培模式在進(jìn)行食用菌生產(chǎn)的同時(shí)，同步實(shí)現(xiàn)秸稈等有機(jī)質(zhì)的還田；經(jīng)食用菌菌絲分解后的有機(jī)質(zhì)中存留大量真菌和其他微生物殘?bào)w，其細(xì)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(fù)合物，在改善土壤結(jié)構(gòu)、增加和穩(wěn)定土壤有機(jī)碳中發(fā)揮關(guān)鍵作用（圖3）。相關(guān)深入研究在進(jìn)行中。該模式可顯著減少化學(xué)肥料使用，提高作物產(chǎn)量與品質(zhì)，加之良好的經(jīng)濟(jì)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。

圖3 真菌細(xì)胞壁組成及提升真菌殘?bào)w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(xué)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(qiáng)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(xué)Gregory Bonito副教授、英國班戈大學(xué)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(xué)安韶山研究員、中國科學(xué)院昆明植物研究所Shahid Iqbal博士。

 

以上研究得到中國科學(xué)院A類戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（XDA26050302）、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2021YFD1600404）、國家管理實(shí)踐自然科學(xué)基金（42077072）、中國科學(xué)院科技扶貧項(xiàng)目（KFJ-FP-201905）、中國科學(xué)院STS項(xiàng)目（KFJ-STS-QYZD-039）、云南省重大科技專項(xiàng)計(jì)劃（202402AE090030）、云南省對外科技合作專項(xiàng)（202003AD150005）、云南省興滇英才計(jì)劃“青年人才”（YNQR-QNRC-2019-025）等項(xiàng)目的支持。（來源：中國科學(xué)院昆明植物研究所）