干旱半干旱区铵态氮（NH4+-N）如何塑造土壤微生物与溶解有机物的微妙关系？

干旱半干旱区微生物对土壤溶解有机物（DOM）在铵态氮（NH4+-N）约束下的响应机制不明。研究人员探究不同 NH4+-N 浓度土壤中微生物和 DOM 差异及关联。结果显示高 NH4+-N 使部分微生物及代谢物增加，网络更复杂。该研究为相关领域提供参考。

　　

在广袤的地球陆地上，干旱和半干旱地区占据了 45.4% 的面积，它们就像生态系统中的独特拼图，看似荒芜却又至关重要。这些地方降雨稀少，满眼是稀疏的草原和广袤的沙漠，生态环境十分脆弱。降雨的不稳定、水分的快速蒸发以及频繁的干旱，让土壤的保水能力和结构不断受到挑战。而人类的农业和工业活动，更是雪上加霜，加速了土壤中有机物质的流失，使土壤变得越来越贫瘠。土壤中的养分，尤其是碳（C）和氮（N），对于维持土壤结构和微生物的生长起着关键作用。其中，氮含量更是影响不同气候区土壤微生物活性的重要因素。在干旱地区，铵态氮（NH₄⁺-N）作为土壤氮的关键组成部分，在生态系统的氮循环中扮演着核心角色。它与土壤退化程度密切相关，而且微生物吸收它比吸收有机氮要容易得多，所以它是评估土壤退化以及对土壤微生物组成影响的重要指标。

然而，尽管铵态氮如此重要，科学家们却发现，干旱和半干旱地区的微生物究竟如何响应自然环境中铵态氮含量的变化，这个问题还没有明确答案。土壤微生物作为陆地生态系统的重要驱动力，在土壤形成、生物地球化学循环和生态系统稳定方面发挥着不可替代的作用。它们的多样性和群落结构就像是土壤健康的 “晴雨表”，能够敏锐地反映出土壤的退化程度。土壤中的溶解有机物（DOM）则是微生物活动的主要能量来源，它是由成千上万种有机化合物组成的复杂混合物，对环境变化极为敏感。了解在环境压力下微生物活动对土壤 DOM 的响应机制，对于预测干旱和半干旱地区的土壤退化程度有着重要意义。

为了解开这些谜团，来自国内的研究人员以宁夏中东部的半干旱地区为研究对象，开展了一项深入的研究。该地区属于典型的干旱半干旱气候，降雨模式不规则，土壤退化问题突出。研究人员希望通过这项研究，探索在铵态氮的影响下，干旱和半干旱地区微生物群落的组成和结构有何差异，溶解有机物的组成和多样性会发生哪些变化，以及微生物群落对 DOM 组成的响应机制。

研究人员为开展这项研究，运用了多种技术方法。他们首先在宁夏银川的半干旱地区采集土壤样本，该地区位于宁夏中东部、毛乌素沙漠西南边缘。接着，对土壤的理化性质进行测定。通过插值分析确定土壤铵态氮含量，以此划分高 NH₄⁺-N 区域和低 NH₄⁺-N 区域。同时，利用相关技术分析土壤微生物群落组成和溶解有机物的情况。

在土壤微生物群落多样性方面的研究中，研究人员通过对土壤微生物多样性的插值分析发现，研究区域内 Shannon 和 Simpson 多样性指数存在显著的空间差异。高 NH₄⁺-N 环境明显增强了微生物的多样性。在高 NH₄⁺-N 环境下，土壤微生物中的某些门类，如鱼腥藻（Anabaena）和厚壁菌门（Thick - walled Bacteria）数量有所增加，一些微生物如雷拉菌属（Reyranella）、放线菌属（Actinophyfocala）和土壤杆菌属（Arhrobacter）的丰度也上升了。这些微生物主要的代谢模式包括赖氨酸生物合成和 D - 氨基酸代谢。随着 NH₄⁺-N 含量增加，与氯代环己烷和氯苯降解、香叶醇降解相关的代谢物水平也有所升高。

研究人员还发现，NH₄⁺-N 是影响微生物与 DOM 关系的最重要环境因素。在高氨环境中，微生物和 DOM 共现网络的连接数、平均聚类系数、密度和连通性都显著更高，这意味着共现网络更加复杂和稳定。而在低 NH₄⁺-N 环境下，微生物的代谢过程受到限制，DOM 组成发生改变，进一步限制了微生物的活性。

总的来说，这项研究成功验证了 NH₄⁺-N 浓度对土壤微生物和 DOM 的限制影响。研究结果表明，高 NH₄⁺-N 环境促进了部分微生物及其代谢物的增加，增强了微生物多样性，使共现网络更复杂稳定；低 NH₄⁺-N 环境则限制了微生物活动。该研究成果发表在《European Journal of Soil Biology》上，它揭示了干旱和半干旱地区土壤微生物在 NH₄⁺-N 限制下对 DOM 的响应机制，强调了土壤 NH₄⁺-N 浓度在土壤生物循环中的关键作用，为监测土壤质量、预防土壤退化以及维护生态环境和粮食安全提供了重要的参考依据。