自然休耕缓解稻田生态系统碳氮限制：植物-微生物互作与土壤化学计量的协同调控机制

（编辑推荐）本研究通过分析稻田不同耕作阶段（种植期/休耕期）植物重吸收效率与微生物生态酶化学计量的协同模式，揭示土壤有效态C:N:P化学计量驱动植物-微生物群落从氮限制向磷限制的转变，阐明休耕过程通过调控根系分泌物（如有机杂环化合物）和微生物群落（如Chloroflexi/Ascomycota）缓解长期单作导致的碳氮限制，为农业生态系统可持续管理提供理论依据。

　　

4.1 植物与微生物群落存在协同营养限制

研究证实稻田生态系统中植物与微生物的营养限制呈现时空动态一致性。水稻种植阶段因作物快速生长吸收大量氮素，导致植物群落呈现25%的氮限制状态，同时微生物群落受碳和氮双重限制。休耕期土壤有效态N:P比值下降促使杂草群落转向44.4%的磷限制，微生物则通过分泌酸性磷酸酶（ACP）等磷获取酶系同步进入磷限制状态。这种协同变化源于植物通过增加有机酸衍生物和有机杂环化合物等根系分泌物招募解磷微生物（如Chloroflexi相对丰度提升），形成"植物-微生物-土壤"三位一体的磷活化通路。

4.2 有效态土壤C:N:P化学计量驱动限制模式转变

土壤有效态养分化学计量比是调控限制转换的核心因子。数据显示：有效态N:P每增加1个单位，植物磷限制强度提升37%（p<0.03），通过根系分泌物介导使微生物磷限制增强36%。而有效态C:N升高78%时，微生物碳限制程度加剧51%（p=0.002），主要经由改变微生物群落组成（如Rozellomycota丰度降低）实现。值得注意的是，土壤化学计量对微生物限制的影响中，直接路径（路径系数0.37）与间接路径（通过植物群落介导）贡献率相当，揭示植物-微生物互作在养分循环中的桥梁作用。

5 结论

长期耕作导致稻田植物-微生物系统陷入碳氮限制的恶性循环，而自然休耕通过重构土壤C:N:P化学计量平衡（有效态N:P提升220%），触发植物-微生物群落向磷限制状态转化。该过程伴随根系分泌谱改变（脂类物质减少86%，有机杂环化合物增加69%）和功能微生物群落更替（Ascomycota相对丰度提高1.55倍），最终实现生态系统养分限制的自我调节。研究成果为发展"基于自然解决方案"的稻田可持续管理策略提供理论支撑，建议将植物-微生物协同限制机制纳入地球系统模型。

（注：全文严格依据原文数据提炼，涉及百分比数据均引自原文图表统计结果，微生物门类名称及酶活性指标均按原文大小写格式呈现）