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生态与环境学院陈利顶团队在土壤抗生素对作物生产风险的多尺度景观调控方面取得重要进展

2023-10-08  

华体育会登录网生态与环境学院陈利顶研究员团队与中国科学院生态环境研究中心、美国奥本大学等机构科研人员合作,在土壤抗生素对作物生产风险的多尺度景观调控研究方面取得重要进展。近日,相关研究以“Reducing risks of antibiotics to crop production requires land system intensification within thresholds”为题发表于Nature Communications。

随着社会经济发展对粮食需求的日益增加,通过农田扩张和土地集约化利用来增加作物产量已成为解决粮食问题的重要举措,然而,农田的高强度利用和可持续性管理措施的缺乏会导致抗生素通过农业活动等途径进入土壤,改变土壤环境和土壤—作物系统的相互作用,影响作物产量。明确土壤抗生素对作物产量影响的尺度效应,探讨如何通过土地系统的可持续性管理降低土壤抗生素对作物生产的风险,是当前研究的重要挑战。

该研究基于全国土壤抗生素污染风险数据集,通过随机森林模型量化了全国范围内土壤抗生素污染对作物生长的生态风险。该研究发现,当土壤抗生素污染风险超过一定程度(8.30~9.98)时,将会导致小麦、玉米、水稻和蔬菜产量的显著下降(图1)。土地集约化利用会有效促进作物产量的增加,但在高度集约化水平下,随着土壤抗生素污染风险的上升,其对作物生产的促进作用会被部分抵消,导致土地集约化对促进作物产量增加的相对效益逐渐下降。进一步通过将人口和经济指标作为协变量的多尺度分析发现,大尺度上土地的集约化管理对土壤抗生素污染风险具有重要影响(图2),随着空间尺度下降,农业景观面积增加则是此类风险上升的主要原因。研究认为,可以通过对农业景观的可持续调控降低土壤抗生素污染对作物生产的风险。为指导农业景观可持续利用,研究进一步刻画了土壤抗生素污染和作物生产权衡关系随土地系统集约化水平的变化趋势,发现其在不同尺度上均呈现明显的二次函数关系,这一关系可用于识别风险—产量权衡达到峰值时对应的土地系统集约化阈值,为农业景观的可持续利用管理提供科学参考。

图1  全国土壤抗生素污染风险及其对作物生产的影响

图2  土壤抗生素污染和作物生产权衡关系随土地系统集约化的变化趋势(以大尺度为例)

华体育会登录网生态与环境学院副教授赵方凯为该论文第一作者,陈利顶研究员为通讯作者。研究得到了国家自然科学基金、中国科协青年人才托举工程、中国博士后科学基金、中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室开放课题和华体育会登录网“双一流”建设项目的支持。

论文全文信息:Zhao Fangkai, Yang Lei, Yen Haw, Feng Qingyu, Li Min, Chen Liding. Reducing risks of antibiotics to crop production requires land system intensification within thresholds. Nature Communications 14, 6094 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-41258-x  


供稿:生态与环境学院

编辑:李哲 责任编辑:王崴 终审:宁莉


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