秸秆还田通过改变功能性微生物的多样性和丰度来提升土壤的多功能性

《Agriculture, Ecosystems & Environment》：Straw return improves soil multifunctionality by altering functional microbial diversity and abundance

8年田间试验表明，综合秸秆还田（RW）显著提升土壤养分及酶活性，促进碳氮磷循环，同时调节病原菌分布，最终提高小麦产量。

　　秸秆还田作为一种重要的农业实践，长期以来被广泛应用于全球范围内的农田管理中。其主要作用在于通过增加土壤有机质含量和改善土壤结构，提升作物产量并促进土壤生态系统的可持续发展。然而，尽管这一做法在短期内对农业生产力和土壤健康具有积极影响，但其对土壤功能微生物群落的长期影响以及这些微生物群落如何与土壤多功能性（Soil Multifunctionality, SMF）相互作用，仍存在诸多未知。近年来，随着对土壤生态系统复杂性的深入研究，人们逐渐认识到，土壤微生物群落不仅是维持土壤肥力和生态平衡的关键因素，还与作物健康、病害控制以及环境修复等多重功能密切相关。因此，探讨秸秆还田对土壤功能微生物群落的影响，不仅有助于优化农业管理策略，还对实现农业可持续发展具有重要意义。

本研究基于一项为期8年的田间试验，探讨了不同秸秆还田方式对作物微生物群落、土壤理化性质以及土壤微生物功能基因的影响。试验设置了四个处理组：不还田（N）、稻草还田（R）、麦秆还田（W）以及稻麦秸秆混合还田（RW）。研究结果表明，所有秸秆还田方式均显著提升了小麦产量和土壤多功能性（SMF）。其中，稻草还田使SMF提升了69.7%，麦秆还田提升了52.1%，而混合还田（RW）则表现出最显著的长期积极效应，使SMF提升了74.8%。这一提升主要归因于土壤中可利用养分含量的增加以及与碳、氮、磷循环相关的酶活性的增强。此外，研究还发现，秸秆还田对碳、氮、磷循环功能基因的影响呈现出RW > W > R > N的趋势，表明不同秸秆来源对土壤微生物群落的调控作用存在差异。

在微生物群落的结构和功能方面，研究通过随机森林分析发现，功能微生物群落的组成和丰度是决定作物生产力的关键因素。具体而言，混合还田（RW）显著降低了与植物相关的有益细菌和消费者的丰度，同时促进了小麦叶片中的真菌病原体，但在根际土壤中这些病原体的丰度却有所减少。这一现象表明，秸秆还田对微生物群落的调控作用具有空间异质性，可能与不同微生物群落的生态位和功能需求有关。此外，研究还发现，潜在有益细菌在预测小麦产量方面表现出较强的预测能力，并且与土壤功能和土壤养分之间的相互作用存在显著关联。这种微生物群落与土壤功能之间的关系，揭示了秸秆还田在促进土壤多功能性方面的重要作用。

土壤微生物群落的稳定性及其功能的高效运作，是维持土壤生态系统综合服务能力的关键。在农业生态系统中，土壤微生物群落的多样性降低已成为全球关注的问题，这不仅影响了作物的健康和生产力，还可能对整个生态系统的稳定性和可持续性构成威胁。秸秆还田作为一种有机肥施用方式，能够通过提供丰富的有机质和必需养分，增强土壤微生物的代谢活动和功能多样性，从而提升土壤多功能性。研究表明，秸秆还田可以显著改善土壤中的碳、氮、磷循环效率，进而促进作物生长和土壤健康。在一项涉及小麦和玉米轮作系统的试验中，还田处理显著提高了土壤微生物的多样性，并增加了与碳、氮、磷循环相关的功能基因的丰度。这些发现进一步支持了秸秆还田在农业生态系统中的积极作用。

此外，研究还揭示了土壤微生物群落与土壤多功能性之间的复杂关系。功能微生物群落不仅影响土壤养分的转化和循环，还在病害防控、土壤结构维持和环境修复等方面发挥着重要作用。例如，固氮微生物通过促进土壤中氮素的转化和循环，对作物的氮营养供应具有关键意义；解磷微生物则通过分解土壤中的难溶性磷化合物，提高磷的生物有效性，从而支持作物的生长发育。同时，土壤中的原生动物（如线虫、纤毛虫等）也通过捕食病原菌和调节微生物群落结构，对植物健康和土壤功能具有重要影响。然而，目前的研究尚不能全面阐明秸秆还田如何影响这些微生物群落的组成和功能，以及这些变化如何进一步影响土壤多功能性。

在实际应用中，秸秆还田的效果可能受到多种因素的影响，包括土壤类型、气候条件、作物种类以及施肥方式等。例如，在稻麦轮作系统中，稻草和麦秆的混合还田可能比单一还田更能有效提升土壤养分含量和微生物多样性。然而，这一做法也可能带来一些潜在风险，如病原微生物的传播和土壤病害的发生。因此，在推广秸秆还田技术时，需要综合考虑其对土壤微生物群落的影响，并采取相应的管理措施以降低可能的负面影响。例如，通过调控还田比例、优化施肥策略以及加强土壤监测，可以更有效地实现秸秆还田的生态效益和农业生产力的提升。

从生态学和农业可持续发展的角度来看，秸秆还田不仅是一种资源循环利用的策略，也是一种促进土壤健康和生态平衡的手段。通过增加土壤有机质含量和改善土壤结构，秸秆还田有助于提高土壤的持水能力、通气性和养分供应能力，从而支持作物的生长发育。同时，它还能通过促进微生物群落的多样性和功能性的提升，增强土壤的生态服务功能。然而，研究也表明，秸秆还田可能对某些病原微生物的传播产生促进作用，特别是在小麦叶片中，混合还田（RW）显著增加了真菌病原体的丰度，这可能对作物健康构成一定威胁。因此，在实施秸秆还田的过程中，需要关注其对病害发生的影响，并采取适当的防控措施。

总体而言，秸秆还田在农业生态系统中具有多重功能，其对土壤微生物群落的影响是复杂且多方面的。一方面，它能够通过增加土壤养分含量和促进微生物代谢活动，显著提升土壤多功能性；另一方面，它也可能改变某些病原微生物的丰度，进而影响作物健康。因此，未来的农业管理策略需要更加精细化，以平衡秸秆还田带来的生态效益和潜在风险。此外，随着对土壤微生物功能研究的深入，还需要进一步探索不同秸秆还田方式对微生物群落的长期影响，以及这些变化如何影响土壤的生态功能和农业生产力。这将有助于制定更加科学和可持续的农业实践方案，为全球粮食安全和生态环境保护提供有力支持。