《Frontiers in Plant Science》：Organic fertilizer-mediated assembly of rhizosphere core microbiota contributes to increased sugarcane productivity
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本研究通过田间试验揭示化学-有机肥配施(FM)通过重塑甘蔗根际微生物群落结构、增强微生物共现网络稳定性(平均聚类系数0.522)，显著提升甘蔗产量(最高达123.66 t/ha)。其核心机制在于有机肥介导的微生物途径间接改善土壤生化功能，为甘蔗可持续生产提供微生物学依据。
引言
随着全球人口持续增长和耕地资源日益紧张，提高有限土地资源上的作物生产力已成为全球农业研究的核心目标。近年来研究表明，土壤微生物特别是根际微生物群落，在植物生长、作物产量和环境适应性中起关键作用。根际微生物不仅能增强植物养分吸收，还能通过促进有益微生物增殖来提升植物抗逆能力。因此，通过施肥策略调控根际微生物群落结构，已成为同步提升作物产量和土壤健康的关键途径。
化学肥料虽能快速供应养分，但长期单一施用易导致土壤酸化、有机质下降和微生物多样性降低。有机肥料虽能改善土壤结构并提供长效养分，但其养分释放速率较慢。化学-有机肥配施(FM)策略整合了两者优势，既能快速供应养分，又能持续改善根际环境，促进有益微生物增殖。然而，这种配施模式能否优化甘蔗根际微生物共现网络结构并增强网络稳定性，尚缺乏系统研究。
材料与方法
本研究在云南省耿马县两个甘蔗产区（华侨和班康）开展田间试验，设置不施肥(CK)、单施化肥(F)和化学-有机肥配施(FM)三种处理。在甘蔗伸长期采集根际土壤，测定土壤理化性质(pH、SOM、TN、TP、TK、AN、AP、AK)和酶活性(CAT、SC、UE、ACP)。通过高通量16S rRNA测序分析微生物群落结构，基于Spearman相关构建微生物共现网络，并采用结构方程模型(SEM)解析施肥影响产量的路径。
结果
产量与土壤养分动态：FM处理在两个试验点均显著提高甘蔗茎数和产量，华侨点产量达102.29 t/ha，班康点达123.66 t/ha。土壤分析表明FM处理显著提升土壤有机质和速效钾含量，并维持较高的脲酶和酸性磷酸酶活性，说明其同时改善土壤肥力和微生物代谢功能。
微生物群落重构：FM处理显著改变根际微生物群落结构，促进行放线菌门(Actinobacteriota)和变形菌门(Proteobacteria)富集，而酸杆菌门(Acidobacteriota)相对丰度下降。主坐标分析(PCoA)显示FM处理样本与CK沿第一主轴明显分离，解释22.5%和20.85%的方差。随机森林模型鉴定出406个关键生物标志ASV，其中变形菌门在FM处理中占比最高。
网络稳定性增强：共现网络分析显示FM处理构建的微生物网络具有最高平均聚类系数(0.522)和正相关比例(75.46%)，表明其形成更模块化、稳定的网络结构。稀有类群如RCP2-54和芽单胞菌门(Gemmatimonadota)在FM网络中参与度提升，说明有机肥促进低丰度类群生态整合。
微生物-产量关联：放线菌门相对丰度与甘蔗茎数(R2=0.426)和产量(R2=0.590)呈显著正相关，而酸杆菌门呈现负相关。结构方程模型揭示FM处理主要通过微生物群落路径间接提升产量（路径系数0.562），其作用强于土壤酶活性直接路径（路径系数-0.055）。
讨论
有机肥输入通过提供活性碳源重塑微生物群落结构，促进富营养型类群（如放线菌门）增殖。这些类群能产生植物生长激素（如IAA、细胞分裂素），增强养分矿化能力。FM处理构建的高聚类系数网络反映微生物间协同作用增强，这种生态互作促进养分循环和资源分配，进而支持甘蔗生长。尽管FM处理下速效氮含量有时低于单施化肥处理，但其通过微生物途径补偿并超越了单纯化学养分的增产效果，凸显微生物调控在可持续农业中的重要性。
结论
化学-有机肥配施通过优化根际微生物群落组装，增强网络稳定性和功能协同性，进而提高甘蔗产量。该策略为实现农业可持续发展提供了微生物学层面的理论依据和实践路径。
