《Journal of Environmental Management》：Microbial inoculant augments the influence of organic fertilizer on soil microbial communities in tea plantations
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段晨松|廖虎|苏建强|余崇星|莫圆圆|王文振|任寅中国科学院城市环境研究所区域与城市生态国家重点实验室，中国厦门，361021摘要随着生态农业的快速发展，微生物接种剂和有机肥料已被广泛应用于各种农业生态系统中。尽管微生物接种剂在提高土壤肥力和植物生长方面具有巨大潜力，但目前仍不清
段晨松|廖虎|苏建强|余崇星|莫圆圆|王文振|任寅
中国科学院城市环境研究所区域与城市生态国家重点实验室，中国厦门，361021
摘要
随着生态农业的快速发展，微生物接种剂和有机肥料已被广泛应用于各种农业生态系统中。尽管微生物接种剂在提高土壤肥力和植物生长方面具有巨大潜力，但目前仍不清楚它们是否以及如何能够增强有机肥料对土壤微生物群落结构和茶叶产量的影响。在这项研究中，我们在罗桂和水仙两个品种的茶园进行了田间实验，其中对照组仅施用有机肥料，而处理组则使用了混合肥料（微生物接种剂和有机肥料）。施肥四个月后，施用混合肥料的罗桂茶园的土壤有机质、总氮、总磷和碱解氮含量高于对照组，而施用混合肥料的水仙茶园的这些土壤养分含量则低于对照组。PCoA分析显示，罗桂茶园和水仙茶园的土壤细菌群落和真菌群落存在显著差异（p = 0.001）。微生物接种剂的添加增强了土壤细菌群落和真菌群落的随机组装过程，施肥一个月后细菌群落的标准化随机性增加了42.86%（p ≤ 0.0001），六个月后真菌群落的标准化随机性增加了79.40%（p ≤ 0.0001）。同时，施用微生物接种剂的土壤微生物群落的共现网络表现出更高的复杂性以及更强的负凝聚性和稳健性。重要的是，与单独施用有机肥料相比，混合肥料使罗桂和水仙的鲜茶产量分别增加了83.61%和11.81%，这一现象与土壤微生物群落的随机过程增强和网络复杂性提高一致。总体而言，本研究为不同施肥策略下土壤微生物群落的组装和网络动态提供了重要见解，这对于改进微生物接种剂以进一步提高有机茶园的产量至关重要。
引言
土壤微生物在决定植物生长和表现方面起着关键作用（Keymer等人，2017；Zak等人，2003）。它们通过调节土壤pH值、固定大气中的氮、分解有机物、释放磷和钾来促进植物吸收养分，并通过调节植物激素的分泌和竞争生存资源来增强植物对病原体的抵抗力（Bauer等人，2017；Sun和Barnes，2023）。因此，调节土壤微生物群落可能是促进可持续农业的重要途径。例如，许多先前的研究发现，商业微生物接种剂和有益微生物接种剂的接种可以增加地上生物量并减少农药和肥料的使用量（Ahsan等人，2024；Al Methyeb等人，2023；Gong等人，2018）。
茶叶（Camellia sinensis）是一种多年生经济作物（Guo等人，2023）。中国武夷山的武夷岩茶以其独特的岩石风味而闻名，其中罗桂和水仙是主要栽培品种（Yue等人，2023；Yuan等人，2024）。长期过度施用化学肥料导致了一系列问题，包括土壤酸化、土壤生物多样性下降以及茶叶产量和质量下降（Ye等人，2022）。有机肥料可以减缓土壤退化，但单纯依赖有机肥料可能会由于养分释放缓慢而降低作物产量（Li等人，2023a）。随着对有机茶产品需求的增长，由多种功能性微生物组成的环保肥料（微生物接种剂）的应用变得越来越普遍（Nie等人，2024；Kaminsky等人，2019；Chen等人，2024a）。将微生物接种剂引入土壤生态系统可以通过取代原有微生物、占据空缺生态位或减少生态位重叠来重塑本土微生物群落（Mallon等人，2015，2018；Mawarda等人，2020），并促进纤维素和几丁质等多糖的降解，从而有利于茶叶根系的养分吸收。然而，目前尚不清楚微生物接种剂是否以及如何影响有机茶叶的产量。
大多数先前的研究主要集中在微生物接种剂如何改变土壤微生物群落的组成和多样性上（Li等人，2024a）。仅靠群落组成无法充分了解控制微生物群落动态的生态过程。微生物群落组装理论提供了一个机制框架，解释了微生物群落是如何通过确定性和随机性过程的平衡而形成的（Sloan等人，2006）。确定性过程与生态选择相关，涉及种间和种内相互作用以及栖息地的环境特征（Biget等人，2023；von Meijenfeldt等人，2023）。随机性过程假设所有物种在生态上是等效的，包括随机出生、死亡、物种形成、扩散和生态漂变（Chen等人，2019）。Li等人（2024）发现施用微生物接种剂四年后随机性过程增加（Li等人，2023b，2024b），而Gu等人（2023）观察到施用三个月后对土壤微生物组装过程没有显著影响（Gu等人，2023）。在微生物接种剂施用后的不同时间点研究土壤微生物群落过程对于揭示微生物群落组装的动态至关重要。
此外，微生物群落组装过程与微生物相互作用模式密切相关。共现网络分析为土壤微生物群落过程提供了新的见解，有助于评估微生物相互作用的复杂性和稳定性（Liu和Salles，2024）。目前，土壤微生物群落组装如何影响网络复杂性和稳定性仍不完全清楚。明确微生物群落复杂性与稳定性之间的联系有助于全面探索微生物接种剂对土壤微生物群的调节机制。
在这项研究中，在施用和未施用微生物接种剂的罗桂和水仙有机茶园进行了田间实验。分别在施肥后一个月、两个月、四个月、六个月和八个月测量了土壤微生物群落和理化性质。通过将微生物群落组装分析与共现网络分析相结合，本研究旨在揭示微生物接种剂通过介导土壤微生物群落的组装过程和网络复杂性及稳定性来影响有机茶叶产量的机制。该研究将为引入微生物接种剂的生态机制提供重要证据，从而指导微生物接种剂的改进，促进有机茶园的可持续种植。
章节片段
研究区域和实验设计
本研究在中国福建省武义山市的上梅有机茶园进行（27.69° N, 118.15° E），年平均温度为24°C，年平均降水量为1284毫米，海拔高度在380至437米之间。该茶园种植了罗桂和水仙这两个主要的武夷岩茶品种，这两种茶树已有约30年的树龄。从2022年起，茶园开始使用有机肥料替代化学肥料，并采取了有机种植方式。
微生物接种剂对茶树生长和茶叶产量的影响
与单独施用有机肥料相比，将有机肥料与微生物接种剂结合使用提高了罗桂和水仙茶园的百芽重、芽密度以及鲜茶和烘焙茶的产量（图1）。罗桂有机茶园的百芽重分别增加了69.49%（p < 0.05）（图1A），芽密度分别增加了20.00%（图1B）和99.97%（图1B）。
微生物接种剂对不同茶树品种的土壤理化性质和微生物群落的差异影响
在研究之前，罗桂和水仙茶园的土壤理化性质和微生物群落相似。根据土壤理化因素的动态，微生物接种剂的施用可能会增强土壤微生物的碳和氮固定活动（Chen等人，2003），但它仅增加了罗桂茶园的土壤养分含量（图2）。这可能是因为根系……
结论
茶树生长和茶叶产量与有机茶园中土壤微生物群体的组装过程和共现网络有关。微生物接种剂的施用提高了有机茶叶的产量，但其效果在不同茶树品种间存在差异。在罗桂有机茶园中，微生物接种剂对土壤微生物群落的随机过程和网络稳定性的影响大于在水仙有机茶园中。
作者贡献声明
段晨松：撰写——原始草稿，可视化。廖虎：撰写——审阅与编辑，软件使用，概念构思。苏建强：验证，数据管理。余崇星：资源获取，方法学设计。莫圆圆：正式分析，数据管理。王文振：资源提供。任寅：撰写——审阅与编辑，项目管理。
利益冲突声明
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：任寅报告称得到了国家自然科学基金的支持。如果还有其他作者，他们声明没有已知的可能影响本论文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了中国国家重点研发计划（2022YFF1303001）、国家自然科学基金（42001210、31972951、31670645、42171100、41801182、42377112和41807502）、福建省科技厅项目（2023T3021、2022T3047）、中国科学院的战略重点研究计划（XDA23020502）、福建省青年人才培育基金（2025350071）以及厦门市自然科学基金的支持
