欧洲多国农业生态集约化对土壤微生物稀有与优势亚群落的差异化影响研究

《Microbial Ecology》：The Influence of Agroecological Intensification on Dominant and Rare Microbial Communities Across Diverse European Countries

本研究针对集约化农业导致的土壤退化问题，通过跨欧洲7国的长期定位试验，系统分析了不同强度可持续农业实践（0SP、1SP、2SP）对土壤细菌和真菌中优势与稀有亚群落结构的影响。结果表明，可持续实践显著改变微生物群落组成，尤其以优势真菌群落响应最为敏感；纬度梯度与土壤碳氮含量是驱动微生物分布的关键因素。该研究为通过微生物调控推动农业可持续发展提供了大陆尺度的理论依据。

　　

随着集约化农业的快速发展，土壤生态系统面临严重退化，长期生产力下降和生物多样性丧失成为全球关注的焦点。土壤微生物作为生态系统的“隐形引擎”，在养分循环、有机质分解和作物健康维持中发挥着不可替代的作用。然而，传统农业管理方式通过过度耕作、单一作物种植以及化学投入，不仅破坏了土壤结构，还导致微生物群落功能失衡。在这一背景下，如何通过可持续农业实践重构土壤微生态，成为实现农业绿色转型的核心挑战。

为了揭示可持续实践对微生物群落的影响机制，由Angel Carrascosa-Robles领衔的国际研究团队在《Microbial Ecology》上发表了一项跨欧洲七国的大型研究。该研究创新性地将微生物群落划分为优势（相对丰度>0.1%）和稀有（<0.1%）亚群，通过高通量测序技术，系统比较了不同强度可持续实践（无实践OSP、单一实践1SP、双重实践2SP）下细菌和真菌群落的响应规律。

关键技术方法概述

研究依托欧洲土壤计划（EJP Soil）的长期定位试验网络，在西班牙、法国、意大利等7国代表性农田采集土壤样本。通过16S rRNA（V3-V4区）和ITS2扩增子测序（Illumina MiSeq平台）分析微生物组成，使用DADA2流程生成ASV（扩增子序列变体），并依据相对丰度阈值划分优势与稀有亚群落。结合土壤理化性质（总碳、总氮、磷等）和WorldClim数据库的生态气候数据，采用PERMANOVA、线性混合模型等统计方法解析驱动因素。

研究结果

3.1 优势与稀有微生物亚群落的分布特征

细菌群落中约75%的ASV属于稀有类群，但其总相对丰度仅占45%；而优势细菌虽数量占比约25，却贡献了55%的丰度。真菌群落则呈现相反趋势，优势真菌以59%的ASV数量占据了96%的绝对丰度优势，表明真菌群落更由少数优势类群主导。

3.2 可持续实践对微生物多样性的影响

PCoA分析显示，所有微生物亚群落均沿纬度梯度显著聚类（图2），其中真菌群落对地理位置的响应强于细菌。Alpha多样性分析表明，优势细菌的香农指数和丰富度在1SP与2SP处理下显著上升，而稀有细菌及所有真菌亚群落的多样性均下降（图3）。Beta多样性结果进一步揭示，优势真菌在6个核心站点均出现显著组成变化，响应最为敏感；而稀有真菌仅在3个站点受影响，凸显二者对管理措施的差异化响应。

3.3 环境因子与微生物群落结构的关联

偏曼特尔检验表明，土壤总碳、有机碳、总氮与所有微生物亚群落的结构均呈显著相关（p<0.01），而真菌群落对气候和土壤因子的敏感性高于细菌。稀有真菌群落是唯一受经度显著影响的亚群，暗示其分布受局部环境异质性的强烈调控。

3.4 可持续实践驱动关键微生物类群演变

在优势细菌中，酸杆菌门（Acidobacteriota）和粘球菌门（Myxococcota）在2SP处理下显著富集，二者分别参与碳氮循环和微生物捕食作用；而厚壁菌门（Bacillota）丰度下降。在属水平上，植物促生菌Variovorax（变形菌门）和病原抑制菌Lysobacter在1SP处理下增加（图6）。稀有细菌中，固氮菌Bosea和降解菌Paracoccus在2SP下显著上升。真菌群落中，丛枝菌根真菌（Glomeromycota）在1SP下增加，而罗兹菌门（Rozellomycota）在2SP下富集。值得注意的是，病原菌Fusarium（镰刀菌属）在2SP处理下亦显著增长，提示需关注实践强度与病害风险的平衡。

结论与意义

本研究首次在欧洲尺度上揭示了可持续农业实践对土壤微生物稀有与优势亚群落的差异化调控。结果表明：

1. 1.
   真菌群落（尤其是优势类群）对管理措施的响应比细菌更敏感，且受纬度驱动的生物气候条件影响更强；
2. 2.
   双重实践（2SP）通过提升碳氮含量和减少扰动，显著促进了功能有益类群（如Acidobacteriota、Myxococcota）的富集；
3. 3.
   稀有微生物虽多样性高，但其功能响应具有情境依赖性，在特定条件下可能成为生态系统稳定性的关键储备。

该研究为设计区域适配的农业生态措施提供了微生物学依据，强调未来实践需兼顾优势与稀有类群的协同管理，以全面提升土壤生态系统的服务功能。