華南農業大學唐湘如教授團隊在水稻綠色固碳抗逆栽培研究方面取得新進展
核心提示：近日，華南農業大學農學院、亞熱帶農業生物資源保護與利用國家重點實驗室唐湘如教授團隊在國際知名期刊Agriculture, Ecosystems and Environment（中科院一區Top，影響因子 6.0）、 Science of the Total Environment（中科院一區Top，影響因子8.2）和Journal of Integrative Agriculture（中科院一區Top，影響因子4.6）上發表了等系列研究成果。……（世界食品網-www.shijieshipin.com）
近日，華南農業大學農學院、亞熱帶農業生物資源保護與利用國家重點實驗室唐湘如教授團隊在國際知名期刊Agriculture, Ecosystems and Environment（中科院一區Top，影響因子 6.0）、 Science of the Total Environment（中科院一區Top，影響因子8.2）和Journal of Integrative Agriculture（中科院一區Top，影響因子4.6）上發表了等系列研究成果。
在環境科學領域國際著名期刊Agriculture, Ecosystems and Environment發表了題爲“Bacterial functions are main driving factors on paddy soil organic carbon in both surface soil and subsoil”的研究論文，揭示了土壤細菌和真菌功能對土壤有機碳變化的影響。文章第一作者爲2022級碩士研究生黃湘雯，通訊作者爲唐湘如教授、潘聖剛副教授和祁劍英副教授。該研究得到國家自然科學基金（32201921）、廣東省基礎與應用基礎研究（2023A1515010738）和廣州市基礎與應用基礎研究（2023A04J0111）的資助。
稻田土壤在全球碳循環中扮演着重要角色，其碳固持能力對緩解氣候變化和提升農業可持續性具有重要意義。土壤微生物作爲SOC分解與轉化的主要驅動者，對土壤有機質的循環、養分轉化及土壤健康起到關鍵作用。然而，不同土壤深度的微生物功能在SOC動態中的具體貢獻仍未完全明晰。該研究基於中國南方雙季稻田，通過對不同耕作管理模式（常規耕作、減少耕作和免耕）下各土壤深度的SOC及微生物功能進行監測，利用宏基因組測序技術，揭示了微生物功能與SOC變化之間的關係。研究發現，細菌的合成和降解功能在表層土壤中對SOC積累有負面影響，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SOC積累有顯著正面作用。宏基因組數據進一步表明，關鍵功能基因如纖維素降解和還原三羧酸循環在不同土層對SOC變化起重要作用。這些發現不僅深化了對稻田土壤碳固持機制的理解，爲未來的土壤碳循環模型提供了新視角，還爲優化農業耕作管理以提升土壤碳固持能力提供了科學依據，對全球氣候變化的緩解及農業可持續發展具有重要的現實意義。
在環境科學領域國際著名期刊Science of the Total Environment發表了題爲“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，揭示了有機栽培模式對土壤抗生素抗性基因和毒力因子的影響。文章第一作者爲阮少藝博士，通訊作者爲唐湘如教授和祁劍英副教授。
隨着全球對可持續農業的關注增加，有機栽培作爲一種可持續的農業實踐，逐漸受到重視。有機栽培強調減少或消除化學農藥和合成肥料的使用，轉而使用有機物料，如動物糞便和植物殘留物，以改善土壤質量和增強作物生長，這種栽培方式可能對土壤中的抗生素抗性基因（ARGs）產生不同尋常的影響。研究顯示，雖然有機栽培可能通過減少化學抗生素的使用降低了一些ARGs的水平，但使用動物糞便作爲肥料可能會引入新的ARGs，因爲動物消化道和糞便是這些基因的重要儲庫。ARGs在環境中的存在和傳播是全球公共衛生的重大問題，因爲它們能夠通過水平基因轉移增強細菌對現有抗生素的抵抗力。當這些抗性基因在人類、動物和環境之間傳播時，就會增加醫療治療的複雜性和成本，使常規的抗生素治療可能不再有效。有機栽培環境中ARGs的動態也值得關注，因爲土壤作爲微生物活動的場所，可能會通過增強微生物之間的交互作用，促進ARGs的擴散。爲了全面理解和管理與有機栽培相關的ARGs傳播風險，需要進一步的研究來探索有機栽培模式如何影響土壤微生物羣落及其抗性基因的動態。此外，掌握有機栽培系統中ARGs的行爲將有助於設計更安全的農田管理方式，以減少ARGs對環境和公共衛生的潛在威脅。
基於上述內容，該研究主要探討了華南地區雙季稻田採用有機農業與常規農業管理方式下，土壤中抗生素抗性基因（ARGs）和毒力因子（VFs）的動態變化。結果表明，在有機農業中，與傳統農業相比，多藥耐藥（Multidrug）相關的ARGs有所增加，而與利福黴素和磷黴素相關的ARGs有所減少（多藥耐藥基因允許微生物同時抵抗多種抗生素，這些基因在環境中的存在和擴散可能導致環境污染和生態平衡的破壞；利福黴素是一種重要的抗結核藥物，磷黴素則廣泛用於治療細菌感染。土壤中這些基因的存在可能反映了這些重要抗生素的環境殘留和抗性問題）。在VFs方面，有機種植實踐導致攻擊性毒力因子的增加，而非特異性VFs和與毒力相關基因的調控則有所減少。這些發現對於制定未來的農業政策，推廣可持續的農業實踐，提高土壤健康和生物多樣性，從而提高作物產量和環境可持續性具有一定意義。
完成的題爲“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期正式發表。華南農業大學絲苗香米科技創新中心唐湘如教授和段美洋實驗師爲該文章的通訊作者，陸鍵博士爲該文章第一作者。
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產量形成和生物量積累的影響。揭示了早稻的產量優勢主要源於較高的輻射利用率，促進了每穗粒數和生物量的形成，從而提高產量。晚稻的產量則更多的依賴花前的截獲光合有效輻射量。該研究爲華南雙季稻單產攻關相關栽培技術提供理論依據。
團隊評估了截獲光合有效輻射量和輻射利用率對華南雙季稻4個代表性品種（象牙香佔、美香佔2號、南晶香佔和軟華優金絲）在早、晚季的產量形成和生物量積累的影響。早稻的產量較晚稻高了8.2%，早稻更高的產量主要源於較高的輻射利用率，提高了每穗粒數和幹物質積累量，平均每穗粒數和幹物質積累量較晚季高了7.6%和5.0%。晚稻的產量形成更多的依賴分櫱中期和幼穗分化期的截獲光合有效輻射，而花後光合有效輻射量和輻射利用率較低，籽粒灌漿結實受限，難以發揮出高產品種的光合生產潛力。
在環境科學領域國際著名期刊Agriculture, Ecosystems and Environment發表了題爲“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，揭示了土壤細菌和真菌功能對土壤有機碳變化的影響。文章第一作者爲彭立功博士，通訊作者爲唐湘如教授。
該研究探討了在南方種植香稻的水田中，減少無機肥用量、施用有機肥和採用節水灌溉（IOW）對土壤有機碳（SOC）含量、二氧化碳（CO?）排放、細菌羣落結構和代謝功能的影響。研究結果表明，與傳統種植方法（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%。這主要得益於有機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，說明該方法在減少溫室氣體排放方面具有優勢。IOW處理通過增加細菌多樣性、改變細菌組成，促進了與SOC固定相關的代謝途徑的活躍度，同時降低了碳代謝和分解途徑。這有助於提高土壤的碳固定能力，進一步增加了SOC含量。IOW處理不僅提高了香稻的產量，還增加了2-乙酰-1-吡咯啉（2-AP）的含量，使得香稻的品質提升，符合市場需求。IOW方法可以在不降低香稻產量的前提下，提高SOC含量並減少溫室氣體排放，爲南方水田的低碳種植提供了科學依據和實踐策略。
相關論文鏈接：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
日期：2025-02-06