《Agriculture, Ecosystems & Environment》：Long-term manure addition restores soil microbial network complexity disrupted by chemical fertilization across 3?m soil profiles
编辑推荐：
本研究针对化学肥料单一施用破坏土壤微生物网络的问题，通过8年田间试验系统探究了化肥配施粪肥对0–3?m土壤微生物多样性及共现网络的影响。结果表明，粪肥添加可通过提升土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)等关键因子，恢复被化肥破坏的微生物网络连通性与正相关性，为构建健康土壤微生物群落提供了理论依据。
随着全球人口增长和粮食需求上升，化学肥料在农业生产中的广泛应用虽然显著提高了作物产量，但也对土壤生态系统产生了深远影响。土壤微生物作为维持土壤肥力和健康的关键组成部分，驱动着养分循环和病原菌抑制等重要生态功能。然而，现有研究多集中于表层土壤，对深层土壤微生物群落的认知仍存在空白。更值得注意的是，化学肥料的长期施用可能破坏微生物间的相互作用网络，而有机肥的添加是否能够修复这种破坏并影响深层土壤微生物群落，成为亟待解决的科学问题。
为探究这一问题，中国农业大学的研究团队在《Agriculture, Ecosystems 》期刊上发表了一项历时8年的深入研究。该研究基于河北曲zhou的田间试验站，设置了不施肥(CK)、单施化肥(CF)和化肥配施粪肥(CFM)三种处理，系统分析了0–3?m土壤剖面中微生物群落的响应机制。
研究团队通过高通量测序技术对土壤微生物的16S rRNA和ITS基因进行测序，结合共现网络分析，揭示了施肥方式和土壤深度对微生物多样性和相互作用网络的综合影响。关键实验技术包括：采用Illumina HiSeq2500平台进行测序，利用QIIME流程处理序列数据，基于Spearman相关分析构建微生物共现网络，并通过Gephi软件可视化网络拓扑结构。
3.1 土壤性质
研究发现施肥显著提升了0–20?cm表层土壤的有机碳(SOC)和全氮(TN)含量，其中CFM处理使SOC和TN分别提升83%和68%。土壤硝态氮(NO3-)浓度在CF和CFM处理下均显著增加，且这种效应延伸至深层土壤。
3.2 土壤微生物多样性和群落组成
施肥对微生物α多样性的影响仅限于表层土壤。与CK相比，CF和CFM均降低了细菌Shannon指数，但对真菌和古菌多样性无显著影响。微生物β多样性主要受土壤深度驱动，细菌和真菌多样性随深度增加而降低，而古菌多样性呈现相反趋势。
3.3 环境因子与微生物多样性的相关性
Spearman相关分析显示，土壤有机碳、全氮、碳氮比(C/N)与细菌和真菌α多样性呈正相关，pH值与细菌多样性负相关。非度量多维尺度分析(NMDS)表明，土壤深度是影响微生物群落结构的主要因素。
3.4 上层土壤和底土中的共现网络结构
网络分析显示，CF处理降低了微生物网络的连接度、密度和聚类系数，而CFM处理恢复了这些网络特征。在CFM网络中，细菌-古菌和细菌-真菌等跨域连接显著增加，表明粪肥添加促进了微生物间的正向相互作用。
3.5 网络枢纽和关键类群
共识别出7个网络枢纽，均为细菌类群。CF处理减少了关键类群的数量和连接度，而CFM处理恢复了细菌关键类群的丰度。真菌在关键类群中占比最高(62%)，表明其在维持网络结构中的重要作用。
研究表明，施肥和深度通过改变土壤性质共同调控微生物群落结构。化学肥料虽能提高网络模块性，但牺牲了物种间关联；而粪肥添加通过调节关键类群，恢复了微生物网络的正向关联和连通性。这种网络结构的改善可能增强养分循环效率和土壤生态稳定性，为推广有机无机配施的可持续农业模式提供了重要科学依据。值得注意的是，粪肥恢复的关键细菌类群与原始群落不同，表明发生了功能更替而非简单恢复，这为深入理解微生物群落组装机制提出了新的研究方向。
该研究的局限性包括使用97%相似度的OTU聚类可能低估分类分辨率，以及相关性网络可能包含虚假关联等。未来研究可结合宏基因组学等技术，进一步揭示微生物网络与生态系统功能的内在联系。尽管如此，这项工作首次在3米土壤剖面尺度上揭示了有机肥对微生物网络的修复作用，为构建健康土壤提供了理论与实践支撑。
