37种堆肥微生物组分析揭示与病害抑制性相关的关键分类群

本研究发现堆肥的病害抑制效果具有显著的病原特异性，且与理化性质及微生物群落多样性无关，而是由特定细菌类群（如Luteimonas、Sphingopyxis和放线菌门Actinomycetota）所驱动。研究通过多组学分析揭示了堆肥微生物组的组成特征，为开发基于微生物指示剂的堆肥病害抑制能力预测模型提供了重要依据，对推动有机农业的病害绿色防控具有重要意义。

　　

堆肥的病害抑制活性具有植物-病原特异性

通过对37种商业堆肥在三种植物-病原系统中的测试发现，堆肥的病害抑制效果存在明显的系统特异性。33种堆肥至少在一种系统中表现出显著抑制活性，其中仅3种堆肥对所有测试系统均有效，而4种堆肥在所有系统中均无效。对 Globisporangium ultimum 的抑制效果明显优于 Rhizoctonia solani，且同一病原在不同寄主植物（水芹和黄瓜）上的抑制效果呈现显著相关性（r=0.63）。这些发现表明，堆肥的病害抑制能力高度依赖于特定的植物-病原互作体系。

理化性质和微生物活性主要与堆肥场址和成熟度相关

研究检测了14项理化指标和微生物活性参数，发现这些指标与病害抑制活性无显著相关性。主成分分析显示，堆肥样品按生产场址明显聚类（PERMANOVA，R²=42.4%），其次与成熟度相关（R²=8.3%）。有机碳（C_org）、荧光素二乙酸酯水解活性（FDA）、磷酸盐（PO₄^3?）和盐度是驱动场间差异的主要因素，而pH、铵态氮（NH₄⁺）和硝态氮（NO₃^?）则与堆肥成熟过程密切相关。

细菌和真菌群落与堆肥性质相关但与抑制活性无关

通过16S和ITS2扩增子测序共鉴定出19,129个细菌ASV和2,309个真菌ASV。尽管不同堆肥间微生物群落结构差异显著（R²>96%），但群落结构和α多样性均与病害抑制无显著关联。微生物群落主要受堆肥场址、成熟度和理化性质的影响，其中细菌群落与OD₅₅₀、PO₄^3?和FDA水解活性密切相关，而真菌群落则与总氮（N_tot）、盐度和NO₃^?含量相关。

潜在指示性分类群主要为细菌且具有系统特异性

通过比较抑制效果最佳和最差的九种堆肥，研究发现317个细菌ASV和9个真菌ASV与病害抑制显著相关。这些指示性ASV大多具有系统特异性，其中40个细菌ASV在两个G. ultimum抑制系统中共同出现。在属水平上，Luteimonas、Sphingopyxis和Algoriphagus等属与G. ultimum抑制相关，而放线菌门（Actinomycetota）细菌则与R. solani抑制相关。文献调研显示，28个细菌属和1个真菌属已有病害抑制相关报道。

指示性细菌ASV的丰度反映整体抑制模式

通过将指示性ASV的相对丰度进行标准化和加和，研究发现其总丰度与病害抑制效果呈显著正相关（ρ=0.61-0.71）。尽管存在个别例外情况，但总体趋势表明，这些指示性ASV的集体丰度能够有效反映堆肥的病害抑制潜能。这一发现为开发基于微生物群落特征的堆肥抑制能力预测模型提供了重要基础。

讨论：堆肥抑制活性的复杂性及其应用前景

研究结果表明，堆肥的病害抑制能力不能通过常规的理化指标或整体微生物群落特征来预测，而是由特定的微生物类群所驱动。这种特异性可能与不同病原菌的生物学特性及其与寄主植物的互作方式有关。G. ultimum作为腐生竞争力较弱的病原菌，可能更容易受到微生物群落的整体抑制，而R. solani则可能需要特定的拮抗微生物进行控制。

研究发现的指示性微生物类群为开发堆肥病害抑制能力的诊断工具提供了候选标记。然而，由于堆肥微生物群落的高度变异性，未来研究需要结合功能基因组学方法，从功能层面而非分类学层面寻找更稳定的预测指标。同时，对这些指示微生物的分离和功能验证将有助于揭示其作用机制，并为开发新型微生物接种剂提供菌种资源。

尽管面临挑战，但通过整合微生物组数据与堆肥性质，建立预测模型，将有助于推动堆肥在有机农业中的精准应用。这不仅有助于减少化学农药的使用，还能促进农业废弃物的资源化利用，实现农业生产的可持续发展。