近日，南京农业大学邹建文教授团队在全球变化研究领域国际权威学术期刊《Global Change Biology》在线发表题为“Toward Climate-Smart Rice Systems: Moving Beyond Cultivar Improvement”的观点性文章。研究系统分析了当前水稻品种改良在甲烷减排与增产方面的局限，提出整合品种改良、水肥管理、根际微生物调控及抗逆育种的综合策略，为全球水稻产业绿色转型提供了新方向。
水稻是全球半数以上人口的主食，但其种植过程贡献了约五分之一的农业甲烷排放量。甲烷的百年全球变暖潜势是二氧化碳的27倍。随着人口增长和气候危机加剧，“如何在提升水稻产量的同时降低甲烷排放”成为农业领域的重要挑战。以往研究通过品种改良取得一定进展。例如，转入SUSIBA2基因的水稻可将光合产物更多分配至地上部分，减少根系分泌物，从而降低甲烷排放；近等基因系Milanyang360在连续淹水条件下实现甲烷减排与增产协同；低延胡索酸高乙醇水稻品系能够抑制产甲烷菌活性，最高减排量可达70%，且不影响产量。但研究发现，这些减排效果高度依赖生长环境。在间歇灌溉等非连续淹水条件下，由于土壤氧化还原状态的动态变化，减排效果明显减弱。
在深入分析品种改良局限性的基础上，团队创新性提出了气候智能型水稻系统整合框架，核心包括四大措施：（1）优化水分与有机质管理：推广间歇灌溉等节水技术，结合秸秆非稻季或炭化后还田，可独立实现甲烷减排约一半，同时有助于提升土壤有机碳，避免单一品种改良措施导致的土壤质量退化；（2）精准调控根际微生物：通过品种选育优化根系形态与分泌物组成，结合微生物接种等手段，增强甲烷氧化菌活性、抑制产甲烷菌。例如，OsRGA1基因突变体可提升根际供氧能力，强化甲烷氧化过程；（3）强化抗逆育种：针对气候变化引发的高温、干旱、盐碱化等问题，培育节水抗旱和耐盐碱水稻品种。试验表明，节水抗旱稻可实现甲烷减排90%且产量稳定，耐盐碱品种则能高效利用边际土地，实现生产与生态效益双赢；（4）深化品种改良：将根际性状纳入核心育种目标，不再局限于光合产物分配或生物量提升，而是选育能够适应不同水情与土壤碳水平的广适性品种，从而降低环境依赖性带来的减排波动。
该研究不仅为水稻产业绿色发展提供理论框架，还提出可落地的实践路径。例如，将节水抗旱稻与间歇灌溉、秸秆炭化还田相结合，形成“品种-管理”协同系统，既保障粮食安全，又推动农业碳减排。未来研究需进一步明确品种性状与环境因子的互作机制，建立品种表现预测模型，并推动整合系统在不同区域的田间验证与规模化应用。同时，可将水稻系统减排纳入碳市场和国家气候政策，为农业领域实现“双碳”目标提供有力支撑。
团队王金阳副教授为第一作者，邹建文教授为通讯作者，论文合作者包括南京农业大学刘树伟教授、江瑜教授和韩召强博士，以及德国哥廷根大学Yakov Kuzyakov教授、中国科学院植物研究所黄耀研究员、英国阿伯丁大学Pete Smith教授和埃克塞特大学Kees Jan van Groenigen副教授。该研究获得国家重点研发计划项目资助。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.70545
