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原創(chuàng) 劉棟，于富強

隨著全球農業(yè)集約化發(fā)展，每年產生的 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)堆肥技術因木質纖維素降解效率低、病原菌與抗生素抗性基因（ARGs）殘留等問題，難以實現(xiàn)安全高效利用。與此同時，畜禽養(yǎng)殖中抗生素（如土霉素）的長期大量使用，導致土壤－植物系統(tǒng)中 ARGs 與病原菌（如大腸桿菌、沙門氏菌）傳播風險加劇，嚴重威脅農產品安全與生態(tài)環(huán)境。“農業(yè)廢棄物既是‘污染源’，更是‘資源庫’”。如何通過微生物轉化技術，將秸稈、畜禽糞便與食用菌殘留基質串聯(lián)成閉環(huán)系統(tǒng)，同時解決農牧有機質綠色高效利用與作物生長需求雙重問題，是大型真菌種質資源與綠色發(fā)展專題攻關組的重要方向。基于云南豐富的農牧有機質和真菌資源，團隊選擇珍稀食用菌—大球蓋菇作為核心轉化媒介，構建了畜禽－作物-食用菌（Livestock-Crop-Mushroom,LCM）跨界循環(huán)系統(tǒng)，通過“秸稈-牛糞共堆肥 → 食用菌栽培 → 菌渣再利用”，研究LCM終產品對燕麥生長及根際微生態(tài)的調控效應。

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

（一）微生物群落結構重塑

功能菌定向富集：線性判別分析顯示，菌渣堆肥處理下，根系富集具有木質纖維素降解能力的放線菌Lechevalieria、莖部富集促生長細菌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，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特優(yōu)勢。

腐生菌-病原菌競爭：根際土壤中腐生真菌比例較對照提升 29%，病原菌功能群占比從 24% 降至 15%，LCM 系統(tǒng)通過腐生真菌（如大球蓋菇）的競爭性優(yōu)勢，重構土壤微生物功能網絡，抑制了病原菌增殖。

（二）植物生長性能明顯提升

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體與代謝物可改善土壤狀況，促進植物對養(yǎng)分的高效利用。

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

（三）有機（生物）污染物顯著降低

殘留抗生素高效降解：通過高溫堆肥與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 80%，證實 LCM 系統(tǒng)在切斷“畜禽－土壤－植物”抗生素殘留傳遞鏈中的關鍵作用。

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、種子內生細菌Halomonas）通過競爭排斥與次生代謝產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)：植物生長提升與微生物風險阻控的環(huán)境友好系統(tǒng)

研究通過多組學技術（宏基因組、內生微生物測序）與功能基因分析，首次闡明了 LCM 系統(tǒng)中生物肥料對作物空間（根際－莖部－種子）微生物的深刻影響。該研究不僅為農牧有機質持續(xù)利用提供了一種高效解決方案，更為阻控農業(yè)微生物風險提供了新路徑。隨著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略與 “雙碳” 目標的推進，LCM 跨界循環(huán)系統(tǒng)有望發(fā)展成為鏈接農牧有機質清潔利用、作物綠色增產和農耕區(qū)環(huán)境保護的理想模式。

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)境科學與技術領域Nature Index期刊Environmental Science & Technology上。劉棟為論文第一作者，于富強為通訊作者。研究得到中國科學院A類戰(zhàn)略性先導科技專項（XDA26050302）、云南省振興人才支撐計劃“青年人才”項目（YNQR-QNRC-2019-025）和云南省科技創(chuàng)新計劃（202205AD160036）等項目的支持。

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文：劉棟，于富強