我国南方水热资源丰富，是全国重要的粮食与经济作物主产区，然而红黄壤酸化问题却成为当地农业生产的“卡脖子”难题。数据显示，南方地区pH＜5.5的酸化耕地面积已超1.66亿亩，酸化加剧导致的酸铝毒害、养分利用率低等问题，严重威胁国家粮食安全与区域农业可持续发展。
针对这些问题，中国科学院南京土壤研究所（以下简称南京土壤所）牵头联合多家单位联合攻关，揭示了合成菌群调控提升作物耐酸铝与养分高效利用的新机制，研发出多功能重组菌群、种养耦合培肥等系列实用技术及配套产品，构建了分区分类的酸性土壤治理新模式，在江西、福建等地大面积示范推广。相关研究成果发表于Nature Food、Cell Reports等期刊，并入选6月5日公布的2025 年度中国生态环境十大科技进展。
南京土壤所所长沈仁芳作为团队负责人，带领科研团队遵循“理论突破—技术/产品创新—模式构建”的系统路径开展协同攻关。“我们通过整合反应组模型与机器学习方法，对红壤微生物展开深度分析，锁定了兼具耐酸耐铝特性、参与土壤碳循环的核心微生物类群。”团队成员、南京土壤所研究员梁玉婷解释说。他们依托单细胞拉曼精准检测技术，筛选培育出了一支“土壤改良特种小队”——高效耐酸铝复合微生物菌群。该菌群能稳定定殖于水稻根际，通过逐步提升土壤pH缓解铝毒，为水稻根系生长扫清障碍。不仅如此，该菌群还可活化被土壤固化的磷素，提升土壤磷养分有效性，促进水稻浅根型发育，帮助水稻更高效吸收土壤养分，最终实现酸化红壤改良与水稻提质增产的双重效果。由此，研究团队也首次在国际上系统提出微生物-激素-细胞壁重构协同缓解铝毒的作用通路。
“在技术与产品创新层面，我们研发了覆盖不同种植类型的集成技术体系。比如针对茶豆套作体系研发的重组菌剂，可使大豆氮磷利用效率提升20%以上。”梁玉婷说，“秸秆还田配施腐熟粪肥的种养耦合技术，可以让土壤pH提升约0.6个单位，作物增产9%以上；创制的专用调理剂与复合肥，可使水稻增产10%~20%。”此外，团队集成创建了“园地减肥降酸增效”“旱地抑铝降酸聚肥”“稻田节氮固碳培肥”三类分区分类治理新模式，解决了传统改良“见效快易返酸、治理难长效”的痛点。
目前，该研究成果不仅填补我国在红壤领域的多项科研空白，而且已在江西、福建、浙江等南方多省大面积推广，累计推广应用达28373.98万亩次，实现作物平均增产8%以上，累计减少化肥施用51.65万吨，经济、生态和社会效益十分显著，为落实“藏粮于地、藏粮于技”战略、保障国家粮食安全提供了重要支撑。
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https://doi.org/10.1038/s43016-023-00848-0
https://doi.org/10.1038/s41467-024-54616-0
https://doi.org/10.1016/j.celrep.2025.116597
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