在廣袤的農田里，收割后堆積如山的秸稈亟待處理；在規模化的養殖場中，畜禽糞便的處理同樣面臨挑戰。農業農村部2024年的數據顯示，我國每年產生 8 億噸作物秸稈和 38 億噸畜禽糞便，這些農業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，傳統堆肥技術存在明顯短板：木質纖維素降解效率低，且難以徹底清除殘留的病原菌和抗生素抗性基因，不僅影響堆肥質量，還可能威脅土壤健康和農產品安全。如何高效轉化這些廢棄物，實現資源化利用，已成為推動農業綠色發展的關鍵課題。

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資源保育與綠色可持續發展研究專項攻關團隊，以它為核心，構建了“畜禽-作物-食用菌跨界循環系統（LCM系統）”，為農業廢棄物的處理開辟了新路徑。

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LCM循環系統：實現能量的跨界流轉

這套系統的運作過程就像一場精妙的 “生態接力”。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。其次，大球蓋菇化身高效的 “生態工匠”，在生長過程中充分發揮自己的 “分解能力”，將堆肥中的有機物質轉化為自身所需的養分，從而實現食用菌的高效栽培。最后，培育大球蓋菇的菌渣也沒有被浪費，它搖身一變，成為了優質的肥料，重新被投放到農田中，為作物生長提供支持。

圖片來源：于富強

這套系統的核心突破在于其對污染物的高效降解能力。針對農業中棘手的抗生素殘留和病原菌問題，LCM 系統展現出了卓越的降解效能，成為了農業生態環境的 “守護者”。

“污染”變“資源”，發揮真菌技術的生態力量

在減少污染物方面，以大球蓋菇為核心的 LCM 系統成果斐然。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，經過高溫堆肥與LCM系統的聯合作用，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%，遠高于傳統堆肥減少20%的效果，為農業生產創造了更加清潔的土壤環境。

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“營養寶庫”，顯著提升了作物產量。在菌渣的滋養下，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支持。從最終的產量來看，燕麥鮮重提升了65%，牧草產量提高了68%，籽粒產量提高了50%。更令人欣喜的是，燕麥的品質也得到了提升，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，為畜禽提供更多營養。

生態調節：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 “生態革命”。經過菌渣堆肥處理，植株根系富集了具有木質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 （保證種子在極端環境下依然能正常萌發，幼苗茁壯成長，讓植物在惡劣環境中也能延續生命），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絡，如同在土壤中編織起密集的“防護網”，搶先占據病原菌的生存空間，讓其無處落腳；在營養爭奪上，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環境。它們通過競爭性優勢，重構了土壤微生物功能網絡，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環境。

進一步推廣，助力農業與生態共贏

隨著鄉村振興戰略和 “雙碳”目標的推進，LCM 跨界循環系統展現出了巨大的推廣價值。這一系統將農業廢棄物轉化為寶貴的資源，實現了農牧有機質的清潔利用，減少了農業生產對環境的壓力。在廣大農村地區推廣這一系統，不僅能夠解決秸稈和畜禽糞便的處理難題，還能為農民創造經濟效益，比如提高作物產量和品質，減少化肥的使用量等。同時，該循環模式有助于構建可持續的農牧產業體系，推動農業的綠色發展，實現農田增肥和環境改善雙贏。

科學意義：開創可持續發展新范式

從科學角度看，LCM系統的研究具有重要意義。基于多組學技術與功能基因分析，該研究首次揭示了 LCM 系統中生物肥料對作物不同組織部位微生物群的調控作用，為研究農業生態系統微生物間的相互作用提供了新視角。從實際應用角度看，該研究不僅為農牧有機質高效利用提供了解決方案，更開辟了農業微生物風險阻控新路徑，實現了農牧廢棄物清潔利用、作物綠色增產與農耕區環境保護的協同，為全球農業的可持續發展提供了可推廣的范式。

大球蓋菇——這一曾經被低估的真菌資源，通過科研人員的創新研究，成為了農業生態系統的關鍵物種。它成功將農業廢棄物從令人頭疼的 “污染源” 轉變為助力農業發展的 “資源庫”，彰顯了真菌技術在生態保護和農業可持續發展中的巨大價值。隨著 LCM 跨界循環系統的推廣應用，此類生態友好型技術將發揮越來越重要的作用，推動形成“綠色生產-資源循環-環境改善”的可持續發展新模式，為農田生態系統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）

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）

監制：中國科普博覽