1月3日，中国农业大学农学院曾昭海/臧华栋课题组在《细胞》（Cell）杂志的旗舰子刊《一个地球》（One Earth）在线发表了题为《全球豆科作物-水稻轮作增加水稻产量和固碳潜力分析》（Legume-rice rotations increase rice yields and carbon sequestration potential globally）的研究成果。该研究揭示了豆科作物与水稻轮作能够协同提升作物产量与土壤固碳潜力，并阐明了其主要调控因子与驱动机制，为水稻增产、稻田土壤质量提升和碳中和提供了新的理论依据，也为农业应对气候变化和保障全球粮食安全提供了重要技术路径。

全球一半以上的人口将水稻作为主粮，但水稻生产上面临着单产提升停滞和生态成本增加的多重挑战。尽管基于豆科作物的多样化种植体系在旱地作物增产增效与降低环境代价等方面做出了重要贡献，但由于稻田与旱地在水分管理、土壤立地条件和养分循环动态等方面存在显著差异，水稻与豆科作物轮作在全球稻田耕作制度中的效应一直缺乏系统研究。此外，实现产量与气候韧性的平衡，还需要深入探索作物增产与土壤固碳之间的潜在协同关系。

本研究基于覆盖全球17个主要稻作国家的1,483组数据，通过大数据分析与机器学习算法相结合，系统评估了豆科轮作对水稻产量和土壤固碳的影响。结果发现，豆科轮作平均使后茬水稻产量提高了15.7%，其中在保护性耕作条件下，水稻的增产效益可以高达58.4%。然而，这些豆科轮作带来的效益会随着施氮量、种植系统的作物多样性和当前水稻产量水平的增加而有所下降。

豆科作物轮作影响水稻产量的主要驱动因子

进一步分析揭示，在65.8%的案例中，豆科轮作能够实现水稻增产与土壤固碳的双赢。这表明，定向设计豆科作物与水稻轮作的种植制度不仅有助于提高水稻产量，还能增强稻田土壤的固碳能力，从而在保障粮食安全的同时协同提升稻田土壤的碳汇能力，为应对气候变化提供潜在解决方案。

豆科作物轮作对水稻产量的提升效果随着水稻单产水平的提高而降低（图A），轮作制度优化可实现水稻增产和土壤固碳双赢（图B）

总体而言，本研究为推动全球稻作系统可持续发展提供了重要实践依据与路径选择，为构建兼顾生产和生态效益的绿色农业管理模式奠定了理论基础。

本研究由中国农业大学农学院种植制度与农田生态团队完成，臧华栋教授为论文通讯作者，曾昭海教授为共同通讯作者，在读博士生姚伟为论文第一作者。农学院杨亚东副教授、已出站博士后赵杰（现华中农业大学副教授）、已出站博士后周杰（现南京农业大学副教授）、法国农业国际合作研究发展中心Damien Beillouin研究员、奥胡斯大学Jørgen E. Olesen教授、英国阿伯丁大学Pete Smith教授、澳大利亚西澳大学Hans Lambers教授、德国柏林自由大学Matthias C. Rillig教授、西湖大学Thomas C. Wanger教授等参与了研究。相关工作得到了国家自然科学基金（32101850, 32172125）、国家自然科学基金联合项目（U21A20218）、国家重点研发计划项目（2022YED1901100）、海南省自然基金（320LH041）等的资助。

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