长期有机肥与秸秆添加提升菜田土壤原生生物多样性并促进微生物互作及养分矿化

为解决化学肥料过度使用导致的土壤养分失衡和微生物功能退化问题，天津研究团队通过15年田间试验，探究了有机肥与秸秆替代部分化肥对土壤团聚体结构、原生生物群落及C-N-P养分循环的影响。研究发现CMN/CSN/CMSN处理显著提升大团聚体比例（>70%）、缓解微生物N限制，并增强原生生物-细菌-真菌网络的稳定性（连通性提高32%），为有机农业中土壤微食物网调控提供新依据。

　　

研究背景
当前农业面临化学肥料滥用引发的土壤退化难题，全球约40%耕地存在养分利用效率低下问题。传统施肥模式破坏土壤团聚体结构，导致微生物群落失衡，尤其对土壤"隐形工程师"——原生生物（protists）的影响长期被忽视。这些真核微生物通过捕食细菌、真菌直接参与养分循环，其多样性变化可能成为土壤健康的新指标。

中国农业科学院团队在天津蔬菜种植区开展历时15年的定位试验，首次揭示有机肥（猪粪）与秸秆协同化学肥料的应用，能重构土壤微食物网。研究发现发表在《Applied Soil Ecology》的成果表明，这种模式通过改变团聚体分布激活"原生生物-细菌-真菌"三方互作，使土壤有机碳（SOC）和速效磷（available P）含量提升超20%，为生态农业提供理论支撑。

关键技术方法
研究采用田间定位试验（2009-2024）设计4种处理：纯化肥（CN）、化肥+猪粪（CMN）、化肥+秸秆（CSN）、化肥+猪粪+秸秆（CMSN）。通过湿筛法分离4级团聚体（>2mm大团聚体、0.25-2mm团聚体、<0.25mm微团聚体及粉粘粒），结合酶活性检测（β-葡萄糖苷酶/BG、亮氨酸氨基肽酶/LAP、酸性磷酸酶/AP）和分子网络分析（Co-occurrence network）。

研究结果

1. 团聚体与养分分布
有机添加使>2mm大团聚体占比突破60%，显著高于CN处理（45%）。X射线衍射显示CMSN处理中SOC在微团聚体的富集程度是CN的1.8倍，而矿物氮（NH₄⁺-N）主要分布在大团聚体。酶活性空间异质性明显：BG和AP在微团聚体的活性比大团聚体高15-30%，而LAP呈现相反趋势。

2. 原生生物群落响应
18S rRNA测序发现CMSN处理使原生生物α多样性指数（Shannon）提升1.2倍。食细菌类（Bacterivores）如尾丝虫属（Urotricha）占比达35%，显著高于CN处理（22%）。网络分析显示CMSN处理的节点连接数（degree）达286，比CN高32%，网络鲁棒性（Robustness）提升40%。

3. 微生物互作机制
结构方程模型证实大团聚体比例每增加10%，微生物网络稳定性提升8%，进而使溶解性有机碳（DOC）浓度提高12%。光能自养型原生生物（Phototrophs）与蓝藻菌（Cyanobacteria）的负相关性（r=-0.53）暗示新的能量竞争模式。

结论与意义
该研究首次阐明有机-无机配施通过"团聚体重构-原生生物激活-网络稳定"三级调控路径：①猪粪提供疏水有机质促进大团聚体形成，创造原生生物栖息地；②秸秆输入刺激细菌增殖，间接培育食细菌原生生物群落；③微生物网络连通性增强使胞外酶分泌效率提升，加速SOC矿化。这种模式使菜田土壤C-N-P转化效率提高18-25%，为破解"化肥依赖症"提供生态解决方案。研究建议将原生生物多样性纳入土壤健康评价体系，未来需关注不同气候带下该机制的普适性。