英文题目：Contrasting response of fungal versus bacterial residue accumulation within soil aggregates to long-term fertilization

中文题目：土壤团聚体中真菌和细菌残留物积累对长期施肥的响应对比

期刊名称：Scientific Reports （影响因子：3.8）

发表年份：2022

通讯作者：汪景宽 孙良杰

作者单位：沈阳农业大学

文章摘要

长期施肥显著提高了团聚体的平均重量直径（MWD）和团聚体各组分有机碳含量。施肥增加了土壤中磷脂脂肪酸（PLFAs）和氨基糖（Amino sugars）的含量，而对照中（不施肥）微生物残体碳对土壤有机碳的相对贡献更高（56.8% vs 49.0%）。长期施肥促进微观团聚体（< 1 mm）中细菌残体（胞壁酸）的富集，增加宏观团聚体（>1 mm）中真菌残体（氨基葡萄糖）的比例。施肥处理下细菌残体碳对有机碳的贡献在微观团聚体中较高（> 2mm：7.6% vs. < 0.25mm：9.2%），而真菌残体碳对有机碳的贡献在宏观团聚体中较高（> 2 mm：40.9% vs. < 0.25 mm：35.7%）。

研究背景

土壤有机碳（SOC）的固存对农业生态系统可持续性和粮食安全至关重要。土壤微生物是土壤碳循环过程的关键调控者，同时微生物对有机碳积累的贡献与微生物生物量、群落结构和产量密切相关。在农业生态系统中，土壤微生物介导的碳过程受到施肥等农业管理制度的影响。由于长期集约耕作和有机质回报不足，东北地区农业生态系统出现了严重的有机碳损失。研究表明，有机肥与化肥配施是农业生态系统中保持土壤肥力和提高作物生产力的有效方法。此外，有机碳的固存在土壤团聚体的空间维度上包含一系列生物过程：土壤团聚体可以通过提供不同孔隙空间和基质质量的微生态位来调节微生物群落。因此，施肥引起的土壤团聚体变化可能通过影响微生物群落结构和微生物残体来影响有机碳的固存。然而，微生物残体在团聚体中的分布是否与微生物群落的分布一致，以及微生物群落及其残体的空间分布如何响应长期施肥。  

研究方法

研究区位于辽宁省沈阳农业大学长期施肥试验站，田间试验采用双因素随机分组设计，共3个重复。地块面积为9.6 m×7.2 m。施用化肥和有机肥作为基肥。实验处理为：（1）不施肥（对照）；（2）有机肥（270 kg N ha ^{- 1} y ^{- 1}）与无机肥（含135 kgN ha ^{- 1} y ^{- 1}和67.5 kg P₂O₅ ha ^{- 1} y ^{- 1}）。猪粪作为有机肥，按干重计算，总有机碳含量为150 g kg⁻¹，总氮含量为10 g kg⁻¹，P₂O₅和K₂O₄ 含量分别为10 g kg⁻¹和4 g kg⁻¹。以尿素和正磷酸二氢铵作为氮、磷肥料。在玉米播种前（2016年4月下旬）每个地块随机抽取5个土壤样本混合（0-20 cm）。并将土壤样品分为四种大小类别：> 2 mm（大宏观团聚体）、1-2 mm（小宏观团聚体）、0.25 - 1 mm（大微观团聚体）和 < 0.25 mm（小微观团聚体）。    

研究结果

施肥处理显著提高了各团聚体组分有机碳含量，其中微观团聚体（0.25 - 1 mm、< 0.25 mm）有机碳含量高于宏观团聚体（> 2 mm、1-2 mm）（表1）。与对照相比，施肥显著提高各团聚体中PLFAs含量。在全土中，施肥处理显著提高了PLFAs（F/B）比例和G /G -比例，总PLFAs含量随着团聚体尺寸的减小而增加。对照中0.25-1 mm团聚体的F/B比例最高，施肥处理中宏观团聚体的F/B比例最高（图1）。氨基糖含量受施肥、团聚体大小及其交互的显著影响，施肥处理下的MurA含量随团聚体粒径的减小而增加，对照中团聚体各组分间GluN含量差异不显著。长期施肥后全土GluN/MurA比例变化不显著，但施肥处理显著降低了< 0.25 mm组分的GluN/MurA比例（图2）。全土中AS/PLFAs的比例不受施肥影响（图3）。平均来看，所有处理中的微生物残体碳（82.9%来自真菌，17.1%来自细菌）占土壤有机碳的52.9%。施肥显著降低了微生物残体碳在有机碳中的比例（13.7%），在对照组中，真菌残体碳和细菌残体碳在有机碳中所占比例不受团聚体大小的影响。而在施肥处理中，< 0.25 mm组分中细菌残体碳占有机碳比例最高，真菌残体碳比例最低（图4）。

结论

本研究表明，长期施肥可以有效增加微生物生物量和残体碳水平，降低微生物残体碳对有机碳的贡献（施肥处理为49.0%，而对照组为56.8%）。长期施肥增加了宏观团聚体中真菌生物量和残体的比例，同时促进了微观团聚体中细菌残体的积累。在施肥处理中，细菌残体对有机碳的贡献在微观团聚体中更高（<0.25 mm：9.2%），真菌残体在宏观团聚体中的贡献更高（>2 mm：40.9%）。综上所述，本研究对预测农业生态系统中施肥介导微生物活动从而调控土壤有机碳动态和固存的影响具有重要意义。

表 1 土壤团聚体组成、有机碳含量及平均重量直径。

注：数值以平均值±标准差（n=3）表示。不同小写字母同表示同一施肥处理下不同土壤团聚体组分间差异显著（P<0.05），不同大写字母表示同一团聚体组分中施肥处理与不施肥处理间差异显著（P<0.05）。

图 1 全土和不同团聚体中PLFAs含量（a）和微生物群落组成比（b-d）

注：误差条表示标准差。不同小写字母表示不同土壤团聚体组分间差异显著（P<0.05），不同大写字母表示施肥与不施肥处理间差异显著（P<0.05）。

图 2 全土和不同团聚体组分中Amino sugars含量（a-c）和GluN/MurA比值（d）

注：误差条表示标准差。不同小写字母表示不同土壤团聚体组分间差异显著（P<0.05），不同大写字母表示施肥与不施肥处理间差异显著（P<0.05）。

图 3 全土和不同团聚体组分中Amino sugars与PLFAs比值

注：误差条表示标准差。不同小写字母表示不同土壤团聚体组分间差异显著（P<0.05），不同大写字母表示施肥与不施肥处理间差异显著（P<0.05）。

图 4 全土和不同团聚体有机碳中细菌和真菌残体的比例（a）、真菌残体与细菌残体的比例以及总残体在有机碳中所占的比例（b）

注：误差条表示标准差。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41598-022-22064-9

文献整理：薛东鹤

审核：靳东升

英文题目：Contrasting response of fungal versus bacterial residue accumulation within soil aggregates to long-term fertilization

中文题目：土壤团聚体中真菌和细菌残留物积累对长期施肥的响应对比

期刊名称：Scientific Reports （影响因子：3.8）

发表年份：2022

通讯作者：汪景宽 孙良杰

作者单位：沈阳农业大学

文章摘要

长期施肥显著提高了团聚体的平均重量直径（MWD）和团聚体各组分有机碳含量。施肥增加了土壤中磷脂脂肪酸（PLFAs）和氨基糖（Amino sugars）的含量，而对照中（不施肥）微生物残体碳对土壤有机碳的相对贡献更高（56.8% vs 49.0%）。长期施肥促进微观团聚体（< 1 mm）中细菌残体（胞壁酸）的富集，增加宏观团聚体（>1 mm）中真菌残体（氨基葡萄糖）的比例。施肥处理下细菌残体碳对有机碳的贡献在微观团聚体中较高（> 2mm：7.6% vs. < 0.25mm：9.2%），而真菌残体碳对有机碳的贡献在宏观团聚体中较高（> 2 mm：40.9% vs. < 0.25 mm：35.7%）。

研究背景

土壤有机碳（SOC）的固存对农业生态系统可持续性和粮食安全至关重要。土壤微生物是土壤碳循环过程的关键调控者，同时微生物对有机碳积累的贡献与微生物生物量、群落结构和产量密切相关。在农业生态系统中，土壤微生物介导的碳过程受到施肥等农业管理制度的影响。由于长期集约耕作和有机质回报不足，东北地区农业生态系统出现了严重的有机碳损失。研究表明，有机肥与化肥配施是农业生态系统中保持土壤肥力和提高作物生产力的有效方法。此外，有机碳的固存在土壤团聚体的空间维度上包含一系列生物过程：土壤团聚体可以通过提供不同孔隙空间和基质质量的微生态位来调节微生物群落。因此，施肥引起的土壤团聚体变化可能通过影响微生物群落结构和微生物残体来影响有机碳的固存。然而，微生物残体在团聚体中的分布是否与微生物群落的分布一致，以及微生物群落及其残体的空间分布如何响应长期施肥。  

研究方法

研究区位于辽宁省沈阳农业大学长期施肥试验站，田间试验采用双因素随机分组设计，共3个重复。地块面积为9.6 m×7.2 m。施用化肥和有机肥作为基肥。实验处理为：（1）不施肥（对照）；（2）有机肥（270 kg N ha ^{- 1} y ^{- 1}）与无机肥（含135 kgN ha ^{- 1} y ^{- 1}和67.5 kg P₂O₅ ha ^{- 1} y ^{- 1}）。猪粪作为有机肥，按干重计算，总有机碳含量为150 g kg⁻¹，总氮含量为10 g kg⁻¹，P₂O₅和K₂O₄ 含量分别为10 g kg⁻¹和4 g kg⁻¹。以尿素和正磷酸二氢铵作为氮、磷肥料。在玉米播种前（2016年4月下旬）每个地块随机抽取5个土壤样本混合（0-20 cm）。并将土壤样品分为四种大小类别：> 2 mm（大宏观团聚体）、1-2 mm（小宏观团聚体）、0.25 - 1 mm（大微观团聚体）和 < 0.25 mm（小微观团聚体）。    

研究结果

施肥处理显著提高了各团聚体组分有机碳含量，其中微观团聚体（0.25 - 1 mm、< 0.25 mm）有机碳含量高于宏观团聚体（> 2 mm、1-2 mm）（表1）。与对照相比，施肥显著提高各团聚体中PLFAs含量。在全土中，施肥处理显著提高了PLFAs（F/B）比例和G /G -比例，总PLFAs含量随着团聚体尺寸的减小而增加。对照中0.25-1 mm团聚体的F/B比例最高，施肥处理中宏观团聚体的F/B比例最高（图1）。氨基糖含量受施肥、团聚体大小及其交互的显著影响，施肥处理下的MurA含量随团聚体粒径的减小而增加，对照中团聚体各组分间GluN含量差异不显著。长期施肥后全土GluN/MurA比例变化不显著，但施肥处理显著降低了< 0.25 mm组分的GluN/MurA比例（图2）。全土中AS/PLFAs的比例不受施肥影响（图3）。平均来看，所有处理中的微生物残体碳（82.9%来自真菌，17.1%来自细菌）占土壤有机碳的52.9%。施肥显著降低了微生物残体碳在有机碳中的比例（13.7%），在对照组中，真菌残体碳和细菌残体碳在有机碳中所占比例不受团聚体大小的影响。而在施肥处理中，< 0.25 mm组分中细菌残体碳占有机碳比例最高，真菌残体碳比例最低（图4）。

结论

本研究表明，长期施肥可以有效增加微生物生物量和残体碳水平，降低微生物残体碳对有机碳的贡献（施肥处理为49.0%，而对照组为56.8%）。长期施肥增加了宏观团聚体中真菌生物量和残体的比例，同时促进了微观团聚体中细菌残体的积累。在施肥处理中，细菌残体对有机碳的贡献在微观团聚体中更高（<0.25 mm：9.2%），真菌残体在宏观团聚体中的贡献更高（>2 mm：40.9%）。综上所述，本研究对预测农业生态系统中施肥介导微生物活动从而调控土壤有机碳动态和固存的影响具有重要意义。

表 1 土壤团聚体组成、有机碳含量及平均重量直径。

注：数值以平均值±标准差（n=3）表示。不同小写字母同表示同一施肥处理下不同土壤团聚体组分间差异显著（P<0.05），不同大写字母表示同一团聚体组分中施肥处理与不施肥处理间差异显著（P<0.05）。

图 1 全土和不同团聚体中PLFAs含量（a）和微生物群落组成比（b-d）

注：误差条表示标准差。不同小写字母表示不同土壤团聚体组分间差异显著（P<0.05），不同大写字母表示施肥与不施肥处理间差异显著（P<0.05）。

图 2 全土和不同团聚体组分中Amino sugars含量（a-c）和GluN/MurA比值（d）

注：误差条表示标准差。不同小写字母表示不同土壤团聚体组分间差异显著（P<0.05），不同大写字母表示施肥与不施肥处理间差异显著（P<0.05）。

图 3 全土和不同团聚体组分中Amino sugars与PLFAs比值

注：误差条表示标准差。不同小写字母表示不同土壤团聚体组分间差异显著（P<0.05），不同大写字母表示施肥与不施肥处理间差异显著（P<0.05）。

图 4 全土和不同团聚体有机碳中细菌和真菌残体的比例（a）、真菌残体与细菌残体的比例以及总残体在有机碳中所占的比例（b）

注：误差条表示标准差。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41598-022-22064-9

文献整理：薛东鹤

审核：靳东升