《Applied Soil Ecology》：Sustainable land use and agricultural management enhance arbuscular mycorrhizal fungal communities and soil health
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全球粮食需求增长促使土地开垦和集约化农业，但可能损害土壤健康。本研究通过野外采样和温室接种实验发现，围栏草地和有机农田的土壤健康指数（SHI）、AM真菌生物量及多样性显著高于传统农田。接种AM真菌可提升土壤健康8.22%，其贡献度在可持续土地利用（围栏草地）和有机管理（有机农田）中更突出，且与植物生长相关性增强。应优先保护草地生态系统，限制草地开垦，推广有机农业以维持土壤健康和农业可持续性。
王怀松|朱俊同|王明明|张雷|高颖|史连轩|郭吉勋|郭瑞|张涛
教育部植被生态学重点实验室，吉林松嫩草原生态系统国家观测与研究站，东北师范大学，长春130024，中国
摘要
全球食物需求的增加推动了大规模的土地开垦和集约化农业，但这也可能对土壤健康产生负面影响。丛枝菌根（AM）真菌被广泛认为是促进植物生长和改善土壤健康的最关键因素之一。然而，在不同土地利用背景下，AM真菌群落对土壤健康的贡献和作用仍不明确。本研究通过野外采样和温室接种实验发现，草地（尤其是围栏保护的草地）的土壤健康指数（SHI）、AM真菌生物量和多样性显著高于农田。此外，有机农业减轻了传统农业管理对土壤健康和AM真菌的负面影响。在不同土地利用类型下，土壤健康与AM真菌生物量和多样性高度相关。进一步的温室接种实验结果显示，AM真菌接种使土壤健康提高了8.22%。在可持续土地利用（围栏草地）和管理方式（有机农田）下，AM真菌对土壤健康的贡献更大。重要的是，AM真菌接种增强了土壤健康与植物生长之间的相关性。总之，我们的结果表明，减少土地利用和农业管理对AM真菌的负面影响可能是改善土壤健康和作物产量的重要途径。
引言
预计全球对食物的总需求将持续上升，这对全球农业系统的可持续性构成了紧迫挑战（van Dijk等人，2021年）。长期以来，为应对日益增长的食物生产压力，世界各地广泛采用了土地开垦（例如将草地转化为农田）和集约化农业模式（Beckmann等人，2019年；Riedo等人，2022年）。尽管这些做法有效提高了短期食物产量（Tilman等人，2011年），但也引发了一系列严重的土壤问题，如土壤有机质含量下降和土壤生物多样性丧失，最终威胁到土壤健康（Lehmann和Kleber，2015年；Xue等人，2022年）。因此，探索和推广可持续的土地利用策略和土壤管理措施至关重要，这有助于缓解食物需求增长带来的压力，改善和维持土壤健康，并为实现全球可持续发展目标提供必要支持。
土壤健康通常被定义为“土壤维持植物和动物生产力、改善空气和水质以及支持人类健康的能力”（Doran和Zeiss，2000年）。健康的土壤可以在农业和自然生态系统中保持土地生产力，同时维持环境质量并促进养分循环和碳储存（Lehmann等人，2020年；Bagnall等人，2021年）。在土壤健康的关键驱动因素中，土壤微生物发挥着不可替代的作用，因为它们调节各种生物地球化学循环并维持土壤功能（Jiao等人，2018年；Gao等人，2024年）。丛枝菌根（AM）真菌是最重要的植物共生真菌之一，与大多数植物形成共生关系（Soudzilovskaia等人，2015年）。这些共生关系不仅提高了植物生产力，还对生态系统过程产生了深远影响（Rausch等人，2001年；Gao等人，2011年；Dai等人，2015年；Liu等人，2019年）。此外，AM真菌菌丝显著促进了碳固定以及土壤有机质的形成和稳定（Zhu和Miller，2003年；Wei等人，2017年；Yang等人，2024年）。AM真菌还通过改变土壤酶活性和土壤功能性微生物间接影响土壤功能。例如，AM真菌可以通过影响氮循环相关基因和土壤酶活性来减少养分损失（Cui等人，2021年；Li等人，2023b）。总体而言，AM真菌可以加速土壤碳和氮循环，减轻环境污染，并维持土壤生态系统的多功能性（Wagg等人，2011年；Kang等人，2020年），这使得许多研究人员认为AM真菌对维持土壤健康至关重要（Frac等人，2018年；Duan等人，2021年；Gujre等人，2021年）。然而，目前仍缺乏系统探讨AM真菌如何通过内在途径调节土壤健康及其对多个土壤健康指标综合贡献的实地研究。
尽管AM真菌可以改善土壤健康，但其多样性、群落结构和功能特别容易受到外部环境（Helgason等人，1998年；Rillig等人，2019年），尤其是土地利用变化和农业管理措施（Bainard等人，2017年）的影响。早期研究发现，包括耕作、施用矿物肥料和农药在内的集约化农业管理措施显著降低了AM真菌的生物量和多样性（Xiang等人，2014年；Edlinger等人，2022年）。相比之下，有机农业可以增加AM真菌的生物量，并通过AM真菌途径促进植物生长（Keller-Pearson等人，2020年；Heuck等人，2025年）。基于相关性的结果表明，AM真菌的生物量和多样性促进了生态系统多功能性和土壤健康（Peng等人，2023年；He等人，2024年）。然而，土地利用变化和农业管理措施是否会影响AM真菌对改善土壤健康的贡献仍不明确。
尽管不同的土地利用方式在农牧交错带广泛存在，但很少有研究比较传统土地利用方式与可持续草地和农业管理方式对土壤健康的影响。因此，我们进行了一项区域性的野外研究，包括五种土地利用类型（围栏草地、放牧草地、刈割草地、有机农田和传统农田），以探讨AM真菌与土壤健康之间的关系，并通过温室接种实验量化AM真菌对土壤健康的调节途径和贡献潜力。由于AM真菌在土壤健康中的重要作用，需要更多的研究来定量评估其在不同环境中的表现，并了解从自然生态系统向农业系统转变的影响。不幸的是，实地测量AM真菌对土壤健康的途径和贡献潜力极具挑战性（Peng等人，2023年）。与传统草地相比，传统农业管理会损害AM真菌的生物量和多样性（Xiang等人，2014年；Edlinger等人，2022年）。然而，有机农业可以促进AM真菌的生长和发展（Keller-Pearson等人，2020年；Heuck等人，2025年）。许多研究表明，AM真菌接种对土壤有机碳、酶活性和团聚体稳定性具有积极的促进作用（Frac等人，2018年；Duan等人，2021年；Gujre等人，2021年）。此外，AM真菌的生物量和多样性通常与这些土壤健康指标和生态系统多功能性高度相关（Ma等人，2020年；Peng等人，2023年）。因此，自然草地和有机农业系统中更丰富和多样的AM真菌群落可能对整体土壤健康做出更大贡献。基于现有知识，我们假设：1）草地围栏保护和有机农业作为可持续的土地利用和管理方式可以促进AM真菌群落和土壤健康；2）在不同土地利用类型下，AM真菌群落与土壤健康之间存在高度相关性；3）围栏草地和有机农田中AM真菌对土壤健康和植物生长的贡献高于放牧草地和传统农田。
研究地点
采样点位于中国北方农牧交错带的松嫩草原生态系统国家野外科学观测与研究站附近（北纬44.57′，东经123.52′）。研究区域的植被主要是温带草原草甸，年平均气温为5.6°C，年平均降水量约为445毫米。通过广泛的野外调查和研究，我们确定了五种土地利用类型：放牧草地、刈割草地
土地利用对土壤健康的影响
草地中的SOC、TC、ActC、Resp、WAS、PMN、αG、βG、βX、CBH和LAP显著高于传统农田（表1）。传统农田中的SOC、ActC、WAS、AP、αG、βG、βX和CBH显著低于有机农田。此外，农田中的AP含量高于刈割草地和围栏草地（表1）。草地的SHI显著高于有机农田和传统农田（图1b）。
可持续的土地利用和管理方式促进AM真菌群落和土壤健康
将草地转化为农田是全球常见的土地转换形式，旨在缓解食物需求压力并追求经济效益（Vijay和Armsworth，2021年）。三种草地利用类型的土壤健康指数（SHI）显著高于农田，这支持了先前的研究结果（Yu等人，2018年）。具体来说，将草地转化为农田显著降低了SOC、养分循环酶活性等
结论
总之，我们的研究表明，可持续的土地利用和农业管理可以增强丛枝菌根真菌群落和土壤健康。为了维持土壤健康并实现农业可持续性，我们应该优先保护草地生态系统，限制草地转化为农田，并扩大有机农业的采用。此外，将AM真菌及其生态功能纳入
作者贡献声明
王怀松：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，验证，方法学，正式分析，数据管理，概念化。朱俊同：可视化，方法学，调查。王明明：撰写 – 原稿，可视化，方法学，调查。张雷：可视化，概念化。高颖：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化。史连轩：撰写 – 审稿与编辑，可视化，方法学
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了中国科学院、国家自然科学基金（编号：32171645、32171551）和吉林省科技发展计划（编号：20240601073RC）的支持。
