近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)鄒建文教授團(tuán)隊(duì)在全球變化研究領(lǐng)域國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《Global Change Biology》在線(xiàn)發(fā)表題為“Toward Climate-Smart Rice Systems: Moving Beyond Cultivar Improvement”的觀(guān)點(diǎn)性文章。研究系統(tǒng)分析了當(dāng)前水稻品種改良在甲烷減排與增產(chǎn)方面的局限，提出整合品種改良、水肥管理、根際微生物調(diào)控及抗逆育種的綜合策略，為全球水稻產(chǎn)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型提供了新方向。

水稻是全球半數(shù)以上人口的主食，但其種植過(guò)程貢獻(xiàn)了約五分之一的農(nóng)業(yè)甲烷排放量。甲烷的百年全球變暖潛勢(shì)是二氧化碳的27倍。隨著人口增長(zhǎng)和氣候危機(jī)加劇，“如何在提升水稻產(chǎn)量的同時(shí)降低甲烷排放”成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的重要挑戰(zhàn)。以往研究通過(guò)品種改良取得一定進(jìn)展。例如，轉(zhuǎn)入SUSIBA2基因的水稻可將光合產(chǎn)物更多分配至地上部分，減少根系分泌物，從而降低甲烷排放；近等基因系Milanyang360在連續(xù)淹水條件下實(shí)現(xiàn)甲烷減排與增產(chǎn)協(xié)同；低延胡索酸高乙醇水稻品系能夠抑制產(chǎn)甲烷菌活性，最高減排量可達(dá)70%，且不影響產(chǎn)量。但研究發(fā)現(xiàn)，這些減排效果高度依賴(lài)生長(zhǎng)環(huán)境。在間歇灌溉等非連續(xù)淹水條件下，由于土壤氧化還原狀態(tài)的動(dòng)態(tài)變化，減排效果明顯減弱。

氣候智能型水稻系統(tǒng)中甲烷協(xié)同減排與產(chǎn)量穩(wěn)定的整合策略框架

在深入分析品種改良局限性的基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性提出了氣候智能型水稻系統(tǒng)整合框架，核心包括四大措施：（1）優(yōu)化水分與有機(jī)質(zhì)管理：推廣間歇灌溉等節(jié)水技術(shù)，結(jié)合秸稈非稻季或炭化后還田，可獨(dú)立實(shí)現(xiàn)甲烷減排約一半，同時(shí)有助于提升土壤有機(jī)碳，避免單一品種改良措施導(dǎo)致的土壤質(zhì)量退化；（2）精準(zhǔn)調(diào)控根際微生物：通過(guò)品種選育優(yōu)化根系形態(tài)與分泌物組成，結(jié)合微生物接種等手段，增強(qiáng)甲烷氧化菌活性、抑制產(chǎn)甲烷菌。例如，OsRGA1基因突變體可提升根際供氧能力，強(qiáng)化甲烷氧化過(guò)程；（3）強(qiáng)化抗逆育種：針對(duì)氣候變化引發(fā)的高溫、干旱、鹽堿化等問(wèn)題，培育節(jié)水抗旱和耐鹽堿水稻品種。試驗(yàn)表明，節(jié)水抗旱稻可實(shí)現(xiàn)甲烷減排90%且產(chǎn)量穩(wěn)定，耐鹽堿品種則能高效利用邊際土地，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)與生態(tài)效益雙贏(yíng)；（4）深化品種改良：將根際性狀納入核心育種目標(biāo)，不再局限于光合產(chǎn)物分配或生物量提升，而是選育能夠適應(yīng)不同水情與土壤碳水平的廣適性品種，從而降低環(huán)境依賴(lài)性帶來(lái)的減排波動(dòng)。

該研究不僅為水稻產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展提供理論框架，還提出可落地的實(shí)踐路徑。例如，將節(jié)水抗旱稻與間歇灌溉、秸稈炭化還田相結(jié)合，形成“品種-管理”協(xié)同系統(tǒng)，既保障糧食安全，又推動(dòng)農(nóng)業(yè)碳減排。未來(lái)研究需進(jìn)一步明確品種性狀與環(huán)境因子的互作機(jī)制，建立品種表現(xiàn)預(yù)測(cè)模型，并推動(dòng)整合系統(tǒng)在不同區(qū)域的田間驗(yàn)證與規(guī)?；瘧?yīng)用。同時(shí)，可將水稻系統(tǒng)減排納入碳市場(chǎng)和國(guó)家氣候政策，為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供有力支撐。

團(tuán)隊(duì)王金陽(yáng)副教授為第一作者，鄒建文教授為通訊作者，論文合作者包括南京農(nóng)業(yè)大學(xué)劉樹(shù)偉教授、江瑜教授和韓召?gòu)?qiáng)博士，以及德國(guó)哥廷根大學(xué)Yakov Kuzyakov教授、中國(guó)科學(xué)院植物研究所黃耀研究員、英國(guó)阿伯丁大學(xué)Pete Smith教授和?？巳卮髮W(xué)Kees Jan van Groenigen副教授。該研究獲得國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目資助。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.70545