有机改良剂对半干旱区黄芪系统土壤真菌群落结构及功能调控机制研究

《Applied Physiology Nutrition and Metabolism》：Impact of organic amendments on carbon stability and carbon use efficiency in acidic and alkaline soils

本研究针对半干旱区黄芪种植系统土壤质量退化问题，通过两年田间试验探究了粪肥(MF)和堆肥(CF)施用对土壤真菌群落结构功能的影响。研究发现有机改良显著提升土壤质量指数(SQI)至0.50-0.55（对照0.18），促进腐生真菌优势度(MF:87.26%)并降低病原菌丰度，网络分析显示MF处理模块度达0.609。研究成果为半干旱区药用植物可持续栽培提供了微生物学依据。

　　

在全球气候变化和人口增长的双重压力下，半干旱地区的农业生产系统面临着严峻挑战。这些区域普遍存在蒸发强烈、降雨不均和土壤贫瘠等问题，导致土地退化加剧。特别是长期依赖化肥的种植模式，容易引发土壤酸化、营养失衡和生物多样性丧失等连锁反应。作为具有重要药用价值的豆科植物，黄芪(Astragalus membranaceus)的栽培体系如何通过可持续管理实现提质增效，成为亟待解决的科学问题。

近期发表于《Applied Physiology Nutrition and Metabolism》的研究论文，由兰州大学 Abdul Qadir Khan 等学者组成的团队，通过两年期的田间试验系统揭示了有机改良剂对黄芪系统土壤真菌群落的影响机制。研究团队在甘肃定西典型半干旱区设置粪肥(MF)、堆肥(CF)和不施肥(CK)对照处理，分层采集0-20 cm和20-50 cm土壤样本，采用高通量ITS测序技术结合多元统计分析，从时空维度解析了有机改良作用下土壤-真菌互作规律。

关键技术方法包括：1）田间试验设计采用随机区组排列，采集36份土壤样本进行理化性质分析；2）通过Illumina NovaSeq平台对真菌ITS2区进行测序，运用FLASH和UCHIME进行序列质控；3）利用FUNGuild数据库预测功能群，基于igraph包构建共现网络；4）结合冗余分析(RDA)、随机森林(RF)和结构方程模型(SEM)等多维统计方法解析环境因子与微生物群落关系。

研究结果显著发现：

土壤质量与植物响应：有机改良显著提升黄芪根系生物量（MF增加22.38%），土壤质量指数(SQI)从CK的0.18提高至MF的0.55。关键指标SOC、DOC、NO₃^--N和AP的改善是驱动SQI提升的核心因素。

真菌多样性动态：短期养分富集导致2023年真菌多样性下降，但随着养分平衡化，2024年MF处理Shannon指数升至6.39（CK:5.89）。深度梯度分析表明表层土（0-20 cm）真菌丰度显著高于下层。

群落组成演变：Ascomycota（子囊菌门）和Basidiomycota（担子菌门）为优势菌门，其相对丰度与AP、NO₃^--N呈正相关。PCoA分析显示有机处理显著分离真菌群落结构，RDA证实土壤养分是驱动群落变异的关键因子。

网络互作特征：MF处理网络模块度(0.609)显著高于CK(0.555)，表明有机改良增强了真菌群落稳定性。Ascomycota与SOC、DOC、POC等碳组分呈显著正关联，凸显其碳循环功能。

功能群重构：FUNGuild分析显示MF处理使腐生真菌比例升至87.26%（CK:47.03%），病原菌降至9.43%（CK:29.38%）。随机森林模型识别AP是病原菌的关键预测因子，而碳氮指标主导腐生菌分布。

通过结构方程模型验证，有机改良通过直接提升土壤质量和间接调控功能群分配的双路径影响系统功能。表层土更利于共生菌发育，而深层土偏好腐生-病原菌组合，揭示出养分梯度驱动的生态位分化。

该研究创新性地从垂直剖面视角解析了有机改良剂对土壤真菌群落的时空调控机制，证实粪肥和堆肥施用可通过培育有益微生物网络、优化功能群结构来提升土壤健康。研究成果为半干旱区药用植物栽培的微生物调控提供了理论依据，对推动绿色农业发展具有重要实践价值。特别值得注意的是，有机改良带来的病原菌抑制效应和养分循环强化作用，为减少化肥依赖、实现农业可持续发展提供了微生物学解决方案。