盐碱胁迫下稻田生态系统微生物群落适应与组装机制及其对氮碳循环的调控作用

针对盐碱地稻田生态系统中碳氮转化微生物机制不明的问题，研究人员通过高（H）、中（M）、低（L）盐碱梯度实验，结合iCAMP模型和随机森林分析，揭示了盐碱胁迫通过降低同质选择（HoS）、增强扩散限制（DL）重塑微生物群落组装过程，促进功能微生物（如Firmicutes、Planctomycetes）优势化，进而调控NO3--N和TOC动态。该研究为盐碱地水稻种植的微生物调控提供了理论依据。

　　

背景与问题
全球盐碱地面积达9.54亿公顷，中国松嫩平原作为世界三大苏打盐碱地集中区之一，土壤pH高达10.16，严重制约水稻生产。盐碱胁迫不仅抑制水稻生长，还通过干扰NH₄⁺-N/NO₃^--N转化和TOC积累影响生态功能。尽管水稻种植被证明能改良盐碱地，但微生物驱动C/N循环的机制仍是黑箱。尤其在高盐碱（H）条件下，微生物如何通过群落组装维持功能稳定性？这一问题的解答对实现"盐碱地变粮仓"战略至关重要。

研究设计与方法
中国科学院东北地理与农业生态研究所团队选取开垦2年（H）、4年（M）、20年（L）的盐碱稻田，建立微宇宙实验。通过监测水稻生长期水-土-作物系统中NH₄⁺-N、NO₂^--N、NO₃^--N、TN和TOC动态变化，结合16S rRNA高通量测序，采用iCAMP模型解析群落组装机制，并运用随机森林识别pH/EC敏感的生物标记OTU（如OTU3105、OTU926）。

主要结果

3.1 盐碱梯度下的水土特性
H处理土壤pH和EC显著高于M/L（p<0.05），尿素水解抑制导致NH₄⁺-N积累比L处理高53.6-78.5%。

3.2 氮动态特征
高盐碱使NO₂^--N含量提升2.1倍（vs L），但抑制硝化作用致NO₃^--N降低67%。收获期H处理稻米TN含量较L减少31%，显示盐碱胁迫迫使氮向茎叶分配。

3.3 碳积累规律
H处理土壤TOC增幅达83%（vs 预种植），但稻谷TOC减少24.5%，表明盐碱促进土壤固碳但抑制植物碳分配。

3.5 微生物响应机制
盐碱胁迫使Proteobacteria相对丰度下降5.3%，但耐盐菌Chloroflexi增加45.6%。iCAMP分析显示：

• HoS贡献率从43.8%（L）降至30.3%（H）
• DL从9.7%升至15.4%，关键类群Anaerolineaceae（bin24）通过扩散限制占据生态位

结论与意义
该研究首次揭示盐碱胁迫通过"降低确定性选择-增强随机扩散"双重路径重构微生物群落，其中Firmicutes和Planctomycetes等耐盐菌通过功能冗余维持C/N转化功能。实践层面建议：

1. 配施有机肥改善H处理中AOB_amoA基因活性
2. 接种Bacillus subtilis缓解盐碱对硝化菌的抑制
   成果发表于《Environmental Technology》，为盐碱地水稻精准管理提供了微生物调控靶点。