食用菌复合生态栽培助力农业绿色低碳生产与土壤持续利用 —昆明植物所提出新型农业微生物固碳模式
大型真菌种质资源与绿色发展专题攻关组聚焦珍稀腐生型食用菌生态栽培底层关键技术（如绿色发酵）和科学问题（如微生物互作、碳氮循环）研究，系统解析了常见“农林牧”生物质废弃物（秸秆、锯末、畜禽粪便等）发酵中主要因素的变化规律和相关性，明确了发酵过程中的优势微生物类群（JEM,2022）。在此基础上，团队创新应用SBI复合菌剂进行堆肥发酵，在有效缩短腐熟周期的情况，显著减少氨气排放（畜禽粪便主要臭味气体）、增强肥效，大大提高了有机质转换和腐殖质形成效率（JEM,2024）；同时，深入分析发现：SBI接种可显著促进有害生物污染物（如病原菌、病毒、抗生素抗性基因等）的消减，是阻隔其进入环境的有效技术方法（JHM,2024）。以上研究制备生产的基质，是腐生型食用菌栽培的优良清洁原料，可用于大棚、农田和林下的食用菌复合生态栽培（图1），团队前期林下大球盖菇栽培研究表明：该模式可显著增加土壤孔隙度、提高可溶性元素含量，增强生物酶活性、微生物多样性及其代谢，重构土壤生态功能，在土壤修复和作物持续生产中显示出良好的潜力（JoF,2021）。
人口增长、高强度农业生产和全球气候对有机碳的影响复杂，农业土壤有机碳的恢复和提升困难重重。近十年来，团队系统研发推广的珍稀食用菌复合生态栽培模式（图1），在区域脱贫攻坚和乡村振兴工作中做出了积极贡献，成为中国科学院农业科技帮扶的典型案例之一（中国科学院院刊，2020），然而该模式的固碳效应还知之甚少。
基于此，团队启动食用菌生态栽培模式下的微生物固碳研究，首先对涵盖三大洲的873个观测数据进行荟萃分析，然后结合结构方程模型，综合评估促进真菌残体碳和土壤有机碳提升的保护措施与因素（图2）。（1）分析结果表明，真菌残体碳对全球农业土壤有机碳的平均贡献超过四分之一，凸显了其在增强碳固存方面的关键作用；（2）结构方程模型显示，微生物生物量碳、土壤pH值和黏土含量对真菌残体积累具有积极作用，土壤碳氮比、气候因素对真菌残体碳积累的影响相对微弱；（3）真菌残体碳的主要驱动因素为微生物生物量碳，其主要受研究区域的土壤全氮和地理因素制约；（4）农田管理措施对真菌残体碳具有显著效应（p < 0.05），其中秸秆还田模式下的土壤真菌残体碳含量最高（26%）。
图2 全球农业土壤真菌残体含量的驱动因素和保护措施
食用菌栽培大量利用秸秆等生物有机质（比如大球盖菇亩均栽培用料4-5吨/亩），而复合生态栽培模式在进行食用菌生产的同时，同步实现秸秆等有机质的还田；经食用菌菌丝分解后的有机质中存留大量真菌和其他微生物残体，其细胞壁中几丁质等成分难以降解，可在土壤中长期留存，与矿物质互作形成稳定的复合物，在改善土壤结构、增加和稳定土壤有机碳中发挥关键作用（图3）。相关深入研究在进行中。该模式可显著减少化学肥料使用，提高作物产量与品质，加之良好的经济与社会效益，具有较好的应用推广前景，有潜力成为新型农业微生物固碳模式，服务乡村振兴、农业绿色低碳发展和土壤持续利用。
图3 真菌细胞壁组成及提升真菌残体含量的主要措施
最新成果以Fungal necromass contribution to carbon sequestration in global croplands: a meta-analysis of driving factors and conservation practices为题，发表在环境科学国际期刊Science of the Total Environment上。刘栋副研究员为论文第一作者、于富强正高级工程师为论文通讯作者，合作者包括美国密歇根州立大学Gregory Bonito副教授、英国班戈大学Davey L. Jones教授、墨西哥研究生院Jesus Perez-Moreno院士、西北农林科技大学安韶山研究员、中国科学院昆明植物研究所Shahid Iqbal博士。
以上研究得到中国科学院A类战略性先导科技专项（XDA26050302）、国家重点研发计划项目（2021YFD1600404）、国家管理实践自然科学基金（42077072）、中国科学院科技扶贫项目（KFJ-FP-201905）、中国科学院STS项目（KFJ-STS-QYZD-039）、云南省重大科技专项计划（202402AE090030）、云南省对外科技合作专项（202003AD150005）、云南省兴滇英才计划“青年人才”（YNQR-QNRC-2019-025）等项目的支持。