长期施肥下磷输入与团聚体稳定性对球囊霉素相关土壤蛋白的跨气候带影响研究

《Solid Earth Sciences》：Long-term fertilization-induced increases in glomalin-related soil protein depend on phosphorus input and aggregate stability across climatic zones

本研究针对长期施肥条件下球囊霉素相关土壤蛋白(GRSP)响应机制不清的问题，通过跨气候带14个长期定位试验，系统解析了有机肥施用通过调控磷输入、丛枝菌根真菌(AMF)生物量和土壤团聚体稳定性对GRSP积累的驱动作用。研究发现GRSP对施肥的响应存在显著气候分异规律，为不同气候区制定针对性土壤管理策略提供了理论依据。

　　

在当今全球气候变化和粮食安全双重挑战下，土壤健康管理已成为农业可持续发展的核心议题。球囊霉素相关土壤蛋白(Glomalin-related soil protein, GRSP)作为丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)分泌的一种特殊糖蛋白，因其卓越的热稳定性和长达35年的土壤残留期，被誉为土壤碳库的"隐形守护者"。这种神秘的蛋白质不仅能像"分子胶水"一样促进土壤团聚体形成，还能通过其芳香碳结构增强土壤碳固存能力。然而，集约化农业管理措施特别是施肥方式，正在悄然改变着GRSP的土壤命运。

尽管前人已在森林、草原等自然生态系统中对GRSP进行了一定探索，但在高强度人为干预的农田生态系统中，GRSP如何响应不同施肥管理？其驱动机制是否会随气候带变化？这些关键科学问题一直悬而未决。更值得关注的是，以往研究多局限于局部区域，缺乏跨气候带的系统比较，使得我们难以制定普适性的土壤管理策略。正是为了破解这些难题，杨红波研究员团队在《Solid Earth Sciences》上发表了突破性研究成果，首次揭示了中国东部农田GRSP对长期施肥的响应规律及其气候驱动机制。

研究团队创新性地整合了14个长期定位试验站（试验历史均超过29年）的观测数据，这些站点纵贯中国东部从中温带、暖温带到亚热带的三大气候带。通过采用混合效应模型、方差分析和多元回归等统计方法，结合土壤理化性质测定和AMF生物量检测，系统解析了不同气候带下GRSP对施肥响应的主导驱动因子。

空间和气候变异下施肥制度对GRSP的影响

研究发现，农田土壤GRSP含量显著低于自然生态系统，凸显了农业管理对GRSP的强烈干扰。总GRSP(T-GRSP)含量在1.0-5.1 mg·g^-1范围内波动，呈现出明显的非线性纬度格局：中温带最高，亚热带次之，暖温带最低。有机肥施用使T-GRSP较不施肥对照显著提高46%，而单施化肥在温带地区无显著效应。特别值得注意的是，施肥引起的GRSP增量(ΔGRSP)从亚热带（化肥+35.1%、有机肥+80.4%）向暖温带（化肥+13.5%、有机肥+66.6%）再到中温带（有机肥+26.7%）逐渐降低，表明温暖湿润地区施肥效应更为显著。

讨论

这一跨气候带规律揭示了环境条件对GRSP形成的深刻调控作用。在温暖湿润的亚热带，频繁的干湿交替和强烈的风化作用使土壤团聚体稳定性成为GRSP积累的关键限制因子；而在温度较低的中温带，土壤微生物活性受限，磷素有效性则成为主导因素。有机肥通过双重途径促进GRSP积累：一方面提供AMF生长所需的碳源和养分，另一方面通过增强团聚体稳定性保护GRSP免于分解。这种机制在不同气候带表现出差异性重要性，亚热带以物理保护为主，而温带则以生物促进为主导。

结论

本研究首次从跨气候带尺度阐明了农田GRSP对长期施肥的响应规律，揭示了其驱动机制的气候依赖性。研究结果为不同气候区制定针对性土壤管理策略提供了精准指导：亚热带应重点改善土壤结构增强团聚体稳定性，中温带需优化磷肥施用并配合有机改良剂。这些发现不仅深化了对土壤有机质稳定机制的认识，也为实现农业碳中和目标提供了重要科学依据。

该研究的创新之处在于突破了传统单点研究的局限性，通过多尺度整合分析揭示了气候-土壤-微生物耦合作用对GRSP的动态调控。未来研究可进一步结合分子生物学技术，深入解析不同气候带下AMF群落结构对施肥的响应机制，为构建气候智能型土壤管理新模式奠定基础。