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原創(chuàng) 劉棟，于富強(qiáng)

隨著全球農(nóng)業(yè)集約化發(fā)展，每年產(chǎn)生的 140 億噸作物秸稈與 1.25 億噸畜禽糞便面臨處理難題，傳統(tǒng)堆肥技術(shù)因木質(zhì)纖維素降解效率低、病原菌與抗生素抗性基因（ARGs）殘留等問(wèn)題，難以實(shí)現(xiàn)安全高效利用。與此同時(shí)，畜禽養(yǎng)殖中抗生素（如土霉素）的長(zhǎng)期大量使用，導(dǎo)致土壤－植物系統(tǒng)中 ARGs 與病原菌（如大腸桿菌、沙門氏菌）傳播風(fēng)險(xiǎn)加劇，嚴(yán)重威脅農(nóng)產(chǎn)品安全與生態(tài)環(huán)境?！稗r(nóng)業(yè)廢棄物既是‘污染源’，更是‘資源庫(kù)’”。如何通過(guò)微生物轉(zhuǎn)化技術(shù)，將秸稈、畜禽糞便與食用菌殘留基質(zhì)串聯(lián)成閉環(huán)系統(tǒng)，同時(shí)解決農(nóng)牧有機(jī)質(zhì)綠色高效利用與作物生長(zhǎng)需求雙重問(wèn)題，是大型真菌種質(zhì)資源與綠色發(fā)展專題攻關(guān)組的重要方向?；谠颇县S富的農(nóng)牧有機(jī)質(zhì)和真菌資源，團(tuán)隊(duì)選擇珍稀食用菌—大球蓋菇作為核心轉(zhuǎn)化媒介，構(gòu)建了畜禽－作物-食用菌（Livestock-Crop-Mushroom,LCM）跨界循環(huán)系統(tǒng)，通過(guò)“秸稈-牛糞共堆肥 → 食用菌栽培 → 菌渣再利用”，研究LCM終產(chǎn)品對(duì)燕麥生長(zhǎng)及根際微生態(tài)的調(diào)控效應(yīng)。

研究對(duì)比分析了傳統(tǒng)堆肥（St，秸稈 牛糞）與菌渣添加堆肥（StM，St 菌渣）對(duì)燕麥生長(zhǎng)及微生物的影響，獲得以下創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)：

（一）微生物群落結(jié)構(gòu)重塑

功能菌定向富集：線性判別分析顯示，菌渣堆肥處理下，根系富集具有木質(zhì)纖維素降解能力的放線菌Lechevalieria、莖部富集促生長(zhǎng)細(xì)菌Hypnocyclicus、種子富集抗逆微生物Halomonas，形成“根－莖－種子”組織特異性有益微生物群落。同時(shí)，菌渣堆肥處理中病原菌（如Mycosphaerella、Brucella）在莖部與種子中的豐度分別降低 36% 與 7%，凸顯菌渣在病原菌抑制中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

腐生菌-病原菌競(jìng)爭(zhēng)：根際土壤中腐生真菌比例較對(duì)照提升 29%，病原菌功能群占比從 24% 降至 15%，LCM 系統(tǒng)通過(guò)腐生真菌（如大球蓋菇）的競(jìng)爭(zhēng)性優(yōu)勢(shì)，重構(gòu)土壤微生物功能網(wǎng)絡(luò)，抑制了病原菌增殖。

（二）植物生長(zhǎng)性能明顯提升

根系發(fā)育與養(yǎng)分吸收優(yōu)化：菌渣堆肥處理顯著提高根系表面積與須根密度，根際土壤中有效氮、磷含量分別增加 12% 與 9%，表明菌渣中的菌絲殘?bào)w與代謝物可改善土壤狀況，促進(jìn)植物對(duì)養(yǎng)分的高效利用。

產(chǎn)量與品質(zhì)協(xié)同增加：與對(duì)照相比，菌渣堆肥的添加使燕麥鮮重提升65%，牧草與籽粒產(chǎn)量分別提高 68% 與 50%。菌渣堆肥處理下，燕麥粗蛋白含量提升 5.1%，表明其對(duì)氮素吸收與蛋白質(zhì)合成的促進(jìn)作用，這與土壤中氮循環(huán)功能基因（如asn B、gdh）的富集密切相關(guān)。

（三）有機(jī)（生物）污染物顯著降低

殘留抗生素高效降解：通過(guò)高溫堆肥與LCM聯(lián)合作用，牛糞中土霉素殘留從 3232 μg/kg 降至燕麥種植后的 630 μg/kg，降解率達(dá) 80%，證實(shí) LCM 系統(tǒng)在切斷“畜禽－土壤－植物”抗生素殘留傳遞鏈中的關(guān)鍵作用。

病原菌與抗性基因同步消減：宏基因組分析顯示，菌渣堆肥處理使燕麥種子與莖部病原菌豐度較傳統(tǒng)堆肥分別降低 7% 和 9%，特異性富集的有益微生物（如根際腐生真菌Pseudocosmospora、種子內(nèi)生細(xì)菌Halomonas）通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)排斥與次生代謝產(chǎn)物合成抑制病原菌定植。更重要的是，菌渣堆肥處理顯著降低土壤中抗生素抗性基因的豐度，其中土霉素相關(guān)抗性基因減少 46%，顯著高于傳統(tǒng)堆肥20%的消減效果。

圖1 畜禽－作物－食用菌（LCM）循環(huán)：植物生長(zhǎng)提升與微生物風(fēng)險(xiǎn)阻控的環(huán)境友好系統(tǒng)

研究通過(guò)多組學(xué)技術(shù)（宏基因組、內(nèi)生微生物測(cè)序）與功能基因分析，首次闡明了 LCM 系統(tǒng)中生物肥料對(duì)作物空間（根際－莖部－種子）微生物的深刻影響。該研究不僅為農(nóng)牧有機(jī)質(zhì)持續(xù)利用提供了一種高效解決方案，更為阻控農(nóng)業(yè)微生物風(fēng)險(xiǎn)提供了新路徑。隨著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略與 “雙碳” 目標(biāo)的推進(jìn)，LCM 跨界循環(huán)系統(tǒng)有望發(fā)展成為鏈接農(nóng)牧有機(jī)質(zhì)清潔利用、作物綠色增產(chǎn)和農(nóng)耕區(qū)環(huán)境保護(hù)的理想模式。

成果以Livestock-Crop-Mushroom (LCM) Circular System: An eco-friendly approach for enhancing plant performance and mitigating microbiological risks為題，發(fā)表在環(huán)境科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域Nature Index期刊Environmental Science & Technology上。劉棟為論文第一作者，于富強(qiáng)為通訊作者。研究得到中國(guó)科學(xué)院A類戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（XDA26050302）、云南省振興人才支撐計(jì)劃“青年人才”項(xiàng)目（YNQR-QNRC-2019-025）和云南省科技創(chuàng)新計(jì)劃（202205AD160036）等項(xiàng)目的支持。

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文：劉棟，于富強(qiáng)