科學家發(fā)現(xiàn)：種這種蘑菇，農(nóng)田悄悄發(fā)生了這些變化

出品：科普中國

作者：劉棟 于富強（中國科學院昆明植物研究所）

監(jiān)制：中國科普博覽

在廣袤的農(nóng)田里，收割后堆積如山的秸稈亟待處理；在規(guī)模化的養(yǎng)殖場中，畜禽糞便的處理同樣面臨挑戰(zhàn)。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部2024年的數(shù)據(jù)顯示，我國每年產(chǎn)生 8 億噸作物秸稈和 38 億噸畜禽糞便，這些農(nóng)業(yè)廢棄物若處理不當會成為污染源，但若利用得當則蘊含著巨大資源價值。

目前，傳統(tǒng)堆肥技術存在明顯短板：木質(zhì)纖維素降解效率低，且難以徹底清除殘留的病原菌和抗生素抗性基因，不僅影響堆肥質(zhì)量，還可能威脅土壤健康和農(nóng)產(chǎn)品安全。如何高效轉(zhuǎn)化這些廢棄物，實現(xiàn)資源化利用，已成為推動農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的關鍵課題。

圖片來源：劉棟

在云南，有一種名為大球蓋菇的珍稀食用菌，成為改變這一現(xiàn)狀的重要突破口。由中國科學院昆明植物研究所于富強教授領銜的大型真菌種質(zhì)資源保育與綠色可持續(xù)發(fā)展研究專項攻關團隊，以它為核心，構建了“畜禽-作物-食用菌跨界循環(huán)系統(tǒng)（LCM系統(tǒng)）”，為農(nóng)業(yè)廢棄物的處理開辟了新路徑。

圖片來源：竇婷婷

LCM循環(huán)系統(tǒng)：實現(xiàn)能量的跨界流轉(zhuǎn)

這套系統(tǒng)的運作過程就像一場精妙的 “生態(tài)接力”。首先，將秸稈和牛糞進行堆肥處理，為大球蓋菇的生長提供基質(zhì)。其次，大球蓋菇化身高效的 “生態(tài)工匠”，在生長過程中充分發(fā)揮自己的 “分解能力”，將堆肥中的有機物質(zhì)轉(zhuǎn)化為自身所需的養(yǎng)分，從而實現(xiàn)食用菌的高效栽培。最后，培育大球蓋菇的菌渣也沒有被浪費，它搖身一變，成為了優(yōu)質(zhì)的肥料，重新被投放到農(nóng)田中，為作物生長提供支持。

圖片來源：于富強

這套系統(tǒng)的核心突破在于其對污染物的高效降解能力。針對農(nóng)業(yè)中棘手的抗生素殘留和病原菌問題，LCM 系統(tǒng)展現(xiàn)出了卓越的降解效能，成為了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的 “守護者”。

“污染”變“資源”，發(fā)揮真菌技術的生態(tài)力量

在減少污染物方面，以大球蓋菇為核心的 LCM 系統(tǒng)成果斐然。菌渣被用作肥料后，病原菌在作物莖部的豐度降低了36%，在種子中的豐度降低了7%，大大減輕了病原菌對作物的危害。同時，經(jīng)過高溫堆肥與LCM系統(tǒng)的聯(lián)合作用，牛糞中的土霉素殘留量從3232μg/kg 降至 630μg/kg，降解率高達80%，有效切斷了“畜禽-土壤-植物” 之間殘留抗生素的傳遞鏈。此外，土壤中抗生素抗性基因的豐度也顯著降低，其中土霉素相關抗性基因減少了 46%，遠高于傳統(tǒng)堆肥減少20%的效果，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)創(chuàng)造了更加清潔的土壤環(huán)境。

圖片來源：中國科學院昆明植物研究所

菌渣為作物生長提供了“營養(yǎng)寶庫”，顯著提升了作物產(chǎn)量。在菌渣的滋養(yǎng)下，燕麥的根系表面積擴大，須根密度增加，這使得根系能夠更高效地吸收土壤中的養(yǎng)分。此外，根際土壤中有效氮、磷含量分別增加了12%與9%，為作物的生長提供了更加充足的營養(yǎng)支持。從最終的產(chǎn)量來看，燕麥鮮重提升了65%，牧草產(chǎn)量提高了68%，籽粒產(chǎn)量提高了50%。更令人欣喜的是，燕麥的品質(zhì)也得到了提升，粗蛋白含量提升了5.1%，這表明，作為牧草的燕麥能顯著提升飼料品質(zhì)，為畜禽提供更多營養(yǎng)。

生態(tài)調(diào)節(jié)：重塑根際微生物群落

大球蓋菇的加入如同給土壤微生物世界帶來了一場 “生態(tài)革命”。經(jīng)過菌渣堆肥處理，植株根系富集了具有木質(zhì)纖維素降解能力的放線菌，莖部富集了促生長細菌，種子富集了抗逆微生物 （保證種子在極端環(huán)境下依然能正常萌發(fā)，幼苗茁壯成長，讓植物在惡劣環(huán)境中也能延續(xù)生命），形成了“根-莖-種子”具有組織特異性的有益微生物群落。

菌渣堆肥處理后，植株中有益微生物群落分布示意圖

圖片來源：劉棟

這些有益微生物就像作物的 “健康衛(wèi)士”，為作物的健康生長提供保護和支持。同時，相較于對照組，有菌渣作為肥料的根際土壤中腐生真菌的比例提升了 29%，這些腐生真菌憑借快速生長的菌絲網(wǎng)絡，如同在土壤中編織起密集的“防護網(wǎng)”，搶先占據(jù)病原菌的生存空間，讓其無處落腳；在營養(yǎng)爭奪上，腐生真菌對碳源、氮源的高效攝取能力，就像給病原菌戴上“饑餓枷鎖”，限制其生長繁殖；通過雙管齊下的方式，顯著降低病原菌在土壤微生物群落中的占比，重構健康的土壤微生態(tài)環(huán)境。它們通過競爭性優(yōu)勢，重構了土壤微生物功能網(wǎng)絡，讓病原菌的功能群占比從24%降至15%，有效抑制了病原菌的增殖，改善了土壤的微生態(tài)環(huán)境。

進一步推廣，助力農(nóng)業(yè)與生態(tài)共贏

隨著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略和 “雙碳”目標的推進，LCM 跨界循環(huán)系統(tǒng)展現(xiàn)出了巨大的推廣價值。這一系統(tǒng)將農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化為寶貴的資源，實現(xiàn)了農(nóng)牧有機質(zhì)的清潔利用，減少了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的壓力。在廣大農(nóng)村地區(qū)推廣這一系統(tǒng)，不僅能夠解決秸稈和畜禽糞便的處理難題，還能為農(nóng)民創(chuàng)造經(jīng)濟效益，比如提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，減少化肥的使用量等。同時，該循環(huán)模式有助于構建可持續(xù)的農(nóng)牧產(chǎn)業(yè)體系，推動農(nóng)業(yè)的綠色發(fā)展，實現(xiàn)農(nóng)田增肥和環(huán)境改善雙贏。

科學意義：開創(chuàng)可持續(xù)發(fā)展新范式

從科學角度看，LCM系統(tǒng)的研究具有重要意義?；诙嘟M學技術與功能基因分析，該研究首次揭示了 LCM 系統(tǒng)中生物肥料對作物不同組織部位微生物群的調(diào)控作用，為研究農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)微生物間的相互作用提供了新視角。從實際應用角度看，該研究不僅為農(nóng)牧有機質(zhì)高效利用提供了解決方案，更開辟了農(nóng)業(yè)微生物風險阻控新路徑，實現(xiàn)了農(nóng)牧廢棄物清潔利用、作物綠色增產(chǎn)與農(nóng)耕區(qū)環(huán)境保護的協(xié)同，為全球農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了可推廣的范式。

大球蓋菇——這一曾經(jīng)被低估的真菌資源，通過科研人員的創(chuàng)新研究，成為了農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的關鍵物種。它成功將農(nóng)業(yè)廢棄物從令人頭疼的 “污染源” 轉(zhuǎn)變?yōu)橹r(nóng)業(yè)發(fā)展的 “資源庫”，彰顯了真菌技術在生態(tài)保護和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中的巨大價值。隨著 LCM 跨界循環(huán)系統(tǒng)的推廣應用，此類生態(tài)友好型技術將發(fā)揮越來越重要的作用，推動形成“綠色生產(chǎn)-資源循環(huán)-環(huán)境改善”的可持續(xù)發(fā)展新模式，為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)注入新的生機與活力。

團隊成員合影

（圖片來源：中國科學院昆明植物研究所）