《Frontiers in Plant Science》：Spatiotemporal dynamics of rhizosphere microbial communities under different mulching methods in spring maize
编辑推荐：
本研究系统解析了不同覆膜方式（无覆盖CK、膜侧种植FPM、膜上穴播UPM）通过调控根际微生物群落时空动态影响旱地春玉米产量的机制。研究发现FPM通过改善土壤通气性促进好氧微生物功能（如氮固定），而UPM诱导厌氧代谢途径；微生物群落结构变化与产量组分显著相关，但产量提升主要源于覆膜的直接物理效应。该研究为优化覆膜策略以实现农业可持续发展提供了微生物学依据。
引言
旱地生态系统占全球陆地面积的41%，是保障粮食安全的关键区域。玉米作为旱区主要作物，其生产常受水分短缺制约，而塑料薄膜覆盖（覆膜）技术能有效改善土壤水热条件并提高产量。然而，覆膜对根际微生物群落的时空影响机制尚不明确。根际微生物作为“植物的第二基因组”，参与养分循环、病害抑制等关键生态过程。细菌和真菌因生物学特性差异，可能对覆膜引发的环境梯度（如温度、水分、通气性）产生不同响应。本研究通过田间实验，探究不同覆膜方式下玉米根际微生物群落的时空动态，并解析其与作物产量的关联机制。
材料与方法
实验在黄土高原忻州试验站进行，设无覆盖（CK）、膜上穴播（UPM）和膜侧种植（FPM）三种处理，在玉米V12（十二叶期）和R6（生理成熟期）两个生长阶段采集10、20、30 cm土层根际土壤。通过16S rRNA和ITS扩增子测序分析微生物群落结构，结合PICRUSt2、FAPROTAX和FUNGuild进行功能预测，并利用随机森林模型和相关性分析筛选关键微生物类群。
结果
产量与根际环境：FPM处理产量最高，较UPM和CK分别增产10.92%和17.85%，主要得益于穗数和穗粒数增加。UPM在生育前期提升土壤温度效果显著，而FPM在全生育期保持较高土壤含水量。干物质积累动态显示，UPM在V12至VT（抽雄期）阶段优势明显，但FPM在R3（乳熟期）后反超，最终生物量表现为FPM > UPM > CK。
微生物群落结构与多样性：细菌和真菌群落对覆膜的响应呈现时空分异。细菌在V12期仅表层（10 cm）群落结构分化，至R6期扩展至全土层，且深层（30 cm）差异最显著（R2=0.17, P=0.001）；真菌在V12期随深度增加响应增强，但R6期深层响应减弱。物种丰富度（ACE指数）受覆膜影响较小，但群落结构（β-多样性）变化显著。微生物生态位宽度在R6期普遍下降，且细菌在V12期以CK和UPM较宽，R6期转为FPM最宽。
关键类群与功能预测：
- •
细菌：硝化菌属?Nitrospira在覆膜深层土壤中被显著抑制，与其好氧特性一致；链霉菌属?Streptomyces在CK深层富集。功能预测显示，UPM促进厌氧代谢（如硝酸盐呼吸），FPM偏好好氧异养和氮相关过程。
- •
真菌：V12期FPM表层富集植物病原菌?Fusarium（相对丰度9.42%），R6期UPM深层富集?Ceratobasidium（11.89%）。FUNGuild分析表明，FPM在V12期促进丛枝菌根（AMF）和捕食性真菌，而UPM在R6期增强腐生和病原菌功能。
微生物与产量的关联：?Nitrospira和?Pseudomonas丰度与产量呈负相关，而?Streptomyces和?Chaetomium与产量正相关。相关性分析提示，覆膜通过直接改善水热条件主导增产，微生物变化可能为环境压力的间接指示。
讨论
覆膜通过创造“孵化器效应”促进早期生长，但UPM的全程覆盖可能导致后期根系缺氧和早衰。微生物群落响应受覆膜方式调控：FPM通过改善通气性维持好氧微生物功能，UPM则诱导厌氧代谢和病原菌增殖。尽管关键微生物类群与产量相关，但旱地系统中水热优化仍是增产主因。长期覆膜对硝化菌和丛枝菌根的抑制可能影响土壤健康，需进一步评估其生态代价。
结论
不同覆膜方式通过时空分异调控根际微生物群落，FPM在维持微生物功能平衡和作物稳产方面更具可持续性。未来研究需关注微生物功能对农业管理措施的长期响应，以协调高产与生态安全。
