水旱轮作通过重塑土壤线虫和微生物群落改善土壤质量

本研究揭示了水旱轮作（RO）系统通过调控土壤线虫和微生物群落结构显著提升土壤质量的机制。通过对比连续水稻（PA）、连续旱作（UP）和水旱轮作系统，发现RO系统显著提高土壤pH值、总磷（TP）和速效钾（AK），降低植物寄生线虫Hirschmanniella丰度，并增强食物网稳定性（MI/SI指数）。微生物功能预测显示RO系统富集氮循环（nitrate reduction）和能量代谢（photoautotrophy）相关菌群，土壤质量指数（SQI）综合评价证实RO系统最优。

　　

3 Results

3.1 土壤理化性质

水旱轮作（RO）系统显著提升土壤pH（6.02 vs. PA 5.41/UP 5.47）和速效养分（AP/AK），但总磷（TP）因厌氧固持作用低于连续旱作（UP）。连续水稻（PA）系统呈现典型厌氧特征：水分含量（WC）达48.77%，但速效磷（AP）仅为RO系统的1/3。

3.2 线虫群落特征

RO系统以藻食性线虫（Algivores）为主导（55.15%，含Tobrilus/Rhabdolaimus），而连续水稻（PA）系统寄生线虫Hirschmanniella占比高达38.34%。UP系统因好氧环境促进食细菌线虫（Bacterivores）爆发（93.67%）。生态指数显示RO系统食物网结构更稳定（SI=72.3，显著高于UP的45.6）。

3.3 微生物组功能分化

16S rRNA测序发现PA系统显著富集耐厌氧菌门：Nitrospirota（硝化螺旋菌）和Myxococcota（粘球菌）分别增加2.1倍和1.8倍。FAPROTAX预测显示RO系统独特富集硝酸盐还原（nitrate respiration）和光自养（photoautotrophy）功能群，与轮作引起的氧化还原波动高度相关。

3.4 土壤质量综合评价

通过主成分分析（PCA）构建的土壤质量指数（SQI=0.453×SI+0.312×TP+0.159×TN+0.076×真菌Shannon）显示：RO（0.82）>PA（0.61）>UP（0.47），其中结构指数（SI）贡献率达45.3%，证实线虫食物网结构是评估土壤健康的核心指标。

4 Discussion

水旱轮作通过干湿交替创造动态氧化还原环境，既抑制了水稻土典型的寄生线虫Hirschmanniella，又促进了功能冗余度更高的微生物群落。值得注意的是，RO系统虽降低总磷（TP）但提升速效磷（AP），暗示轮作可能通过激活磷酸酶分泌菌（如Gemmatimonadota）改善磷有效性。

5 Conclusion

本研究首次整合土壤线虫-微生物互作网络与SQI指数，阐明水旱轮作提升土壤功能的双途径机制：①物理化学途径（pH/养分调节）；②生物途径（线虫营养级重组+微生物代谢重塑）。这为东亚稻作系统可持续发展提供了理论依据。