秸秆还田通过促进原生生物主导的微生物多营养级互作提升土壤多功能性

本研究发现秸秆还田能显著提升土壤多功能性(SMF)16-22%，其核心机制在于将土壤微生物互作网络从细菌真菌主导转变为原生生物主导，并增强网络连通性（连接数+50%，节点平均边数+43）。研究通过多营养级分析揭示原生生物介导的跨营养级互作可解释51%的SMF变异，为农业废弃物资源化利用提供了新的生态调控视角。

　　

^Highlight

^{Experimental design}

田间试验于2022年在西北农林大学曹新庄试验站（34°18′31″N, 108°5′46″E）进行，该站点位于中国黄土高原地区，属温带大陆性气候，年均温12.9℃，年均降水量637.6 mm。以玉米（Zea mays L.）为主要作物，采用双因素随机区组设计，设置两种秸秆处理（还田/不还田）与四种施肥处理，共八种组合，每个处理重复四次。

^{Dominant impact of straw return on soil microbial communities and SMF}

秸秆还田是影响土壤多功能性(SMF)和微生物多样性的主导因素。在灌浆期使SMF提升16.3%（F = 9.0, P = 0.006），成熟期提升21.7%（F = 11.0, P = 0.003）。同时秸秆还田使细菌多样性在灌浆期增加13.4%（Wilcoxon检验, P < 0.001），成熟期增加22.4%（P < 0.001），真菌多样性在灌浆期提升9.8%（P = 0.002）。值得注意的是，原生生物多样性仅在成熟期显著增加11.2%（P = 0.04）。

^Discussion

本研究通过多生长阶段监测发现，秸秆还田通过改变微生物多营养级互作网络结构来驱动土壤多功能性提升。网络分析表明，秸秆还田使微生物网络的连接数和节点平均边数分别增加50%和43%，并将网络主导者从细菌真菌转变为原生生物。跨营养级互作分析显示，原生生物与其他微生物群的相互作用可解释51%的SMF变异。特别值得注意的是，吞噬型原生生物（phagotrophic protists）在秸秆还田条件下显著抑制土传病原菌镰刀菌（Fusarium），并与有益细菌（如Pseudomonas和Bacillus）建立更紧密的互作关系。这些发现揭示了秸秆还田通过激活"自上而下"（top-down）的微生物调控机制增强土壤生态功能的生态学过程。

^Conclusion

本研究系统解析了秸秆还田通过促进原生生物主导的多营养级互作网络来提升土壤多功能性的机制。结果表明秸秆还田不仅增强细菌和真菌多样性，更重要的是改变了微生物互作格局，使原生生物成为调控SMF的核心类群。吞噬型原生生物通过捕食作用调控病原菌并促进有益菌群增殖，进而维持土壤健康。该研究为农业废弃物资源化利用提供了新的微生物调控靶点，对可持续农业发展具有重要指导意义。