水稻是全球半数以上人口的主粮，但其可持续生产正面临单产停滞和土壤退化等挑战。在亚热带稻作区，作物轮作被视为一种可持续的集约化管理策略。相较于传统稻田单作，轮作通常能够提升作物产量。然而，其对稻田生态系统功能的综合影响仍不明确，甚至可能存在生产力提升与生态功能维持之间的权衡关系。土壤微生物群落是驱动农业生态系统物质循环和能量流动的核心，其结构与功能直接影响土壤健康与作物生产力。然而，轮作如何通过调控微生物群落的构建过程及关键功能微生物类群，进而影响亚热带稻田生态系统功能，目前仍缺乏清晰认识。

针对上述问题，中国科学院成都生物研究所退化土壤生态功能恢复创新团队博士研究生周军波（与西南大学联合培养）在庞学勇研究员指导下，系统研究了亚热带水稻轮作对土壤微生物群落组装、功能基因特征及产量与生态系统功能关系的影响。研究发现：（1）与单作系统相比，轮作显著提高了水稻产量，同时伴随着微生物群落组成的明显变化，群落组装过程趋向更强的确定性，微生物生态网络稳定性增强。（2）稀有微生物类群表现出较高的分类多样性，并对环境变化更加敏感，其中土壤有机碳是影响其分布的重要驱动因素。（3）多种与碳、氮、磷循环相关的关键功能基因及核心微生物类群与水稻产量呈显著正相关关系。（4）尽管轮作提高了水稻产量，但在多数样点中，生态系统多功能性呈下降趋势，表明产量提升与生态功能维持之间仍可能存在权衡关系，但这种权衡并非固定不变。综上所述，作物轮作通过重塑稻田土壤微生物群落的构建过程和功能特征，影响水稻产量与生态系统功能之间的关系。该研究不仅揭示了轮作调控微生物群落及关键功能基因的机制，也深化了对农业管理如何兼顾产量提升与生态功能维持的理解，为亚热带稻田可持续管理提供了科学依据。

相关研究结果于近日以“Microbial community robustness and function are associated with yield and multifunctionality under rice rotation in the subtropical Anning River Valley”为题，发表于Agriculture, Ecosystems and Environment上。博士研究生周军波为论文第一作者，庞学勇研究员和西南大学蒋先军教授为共同通讯作者。刘庆华助理研究员、罗如熠青年副研究员、詹娟助理研究员及罗林特别研究助理等参与了该研究。该研究得到国家自然科学基金及四川省科技项目联合资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.agee.2025.110164

图1水稻单作和轮作系统中微生物丰富和稀有类群的多样性群落组成特征

图2水稻单作和轮作系统的微生物和功能基因网络及其相互作用

图3种植制度、环境特性、微生物群落、功能潜力、产量和生态系统多功能性对土壤健康的影响