马铃薯作为全球广泛种植和消费的粮食作物之一，对保障粮食安全至关重要。然而，集约化的马铃薯种植导致了一系列环境挑战，包括土壤退化、水资源枯竭以及微生物污染风险增加。特别是在半干旱地区，这些问题被进一步放大，因为水资源短缺和脆弱的生态系统加剧了农业活动的环境足迹。此外，过度依赖化肥和农药不仅导致土壤和水体污染，还对人类健康和生物多样性构成威胁。因此，探索可持续的农业实践以应对这些挑战显得尤为迫切。

基于此，大型真菌种质资源与绿色发展专题攻关组和青藏高原植物进化与适应专题组展开了深入的交叉合作。双方团队聚焦于牧草种植在半干旱地区马铃薯连作系统中的作用，深入探究其对土壤细菌、古菌群落，以及与危害相关的致病因子基因和抗生素抗性基因(ARGs)的影响(图1)。

图1 薯草轮作对土豆连作土壤中关键养分、微生物群落及抗性基因的影响

研究发现，薯草轮作显著改变了土壤理化性质。与非马铃薯种植相比，连续马铃薯种植显著降低了土壤有机碳(从31.9 g kg⁻¹降至15.7 g kg⁻¹)和全氮(从3.7 g kg⁻¹降至1.6 g kg⁻¹)，表明土壤肥力显著下降。在鉴定的十个门中，变形菌(Proteobacteria)相对丰度最高，从34.6%升至38.4%，其次是放线菌门(Actinobacteria)，介于20 ~ 36%之间。这两个门在维持土壤健康中发挥关键作用。此外，连续马铃薯种植(CPC)比非马铃薯种植(NPC)产生了更多特定ARGs，这表明CPC可在土壤微生物组中选择特定的抗性特征，且与土壤微生物组成关系密切(图1)。牧草作物(燕麦或燕麦与豌豆的混合)在不同生长阶段对ARGs的影响不同。燕麦的开花阶段和成熟阶段之间的差异表明，植物生长和根系分泌物的组成会影响微生物群落和ARGs的升高。曼特尔检验进一步表明，特定的土壤性质会影响微生物类群的丰度，并决定抗生素抗性相关的关键功能基因的表达。这些发现强调了微生物群落、基因和土壤健康之间的复杂相互作用(图1)，为制定管理土壤健康和减轻连续种植土壤中抗生素抗性问题的农业实践提供了重要指导。

该研究强调了作物多样化，特别是通过引入牧草种植，在保护土壤健康和维持微生物多样性方面的益处。结果为开发可持续农业策略提供了宝贵视角，这些策略可提升土壤肥力，促进半干旱地区的生态系统稳定性。未来研究会进一步探索牧草种植对土壤微生物群落和ARGs的长期影响，并开发更有效的管理策略，以优化马铃薯生产，同时减少与连作相关的环境和健康风险。

研究成果以Combatting environmental impacts and microbiological pollution risks in Potato cropping: benefits of forage cultivation in a semi-arid region为题，发表在环境科学与生态学1区TOP期刊Resources Environment and Sustainability。研究得到了中国科学院战略性先导科技专项(XDA26050301,XDA26050302)、云南省兴滇人才支持计划“青年人才”项目(YNQR-QNRC-2019-025)和云南省基础研究重大项目(202401BC070001)的支持。