《Applied Soil Ecology》：Bamboo-sourced liquid microbial fertilizer improves soil quality and ecological multifunctionality via regulating microbial necromass carbon
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本研究在毛竹种植园进行田间试验，探究三种竹源液体微生物肥料（BLMF）处理对土壤养分、酶活性、微生物残体碳（MNC）、土壤质量指数（SQI）和生态多功能性（EMF）的影响。结果表明，单独施用Bacillus subtilis ACP81和Terribacillus goriness CS3均显著降低土壤有机碳（SOC）和MNC，而混合施用显著提升SOC和MNC，同时SQI和EMF高于单一处理。相关性分析和随机森林模型显示MNC是SQI和EMF的最重要预测因子，而PLS-PM模型表明BLMF通过调节MNC直接及通过SOC、酶活性和stoichiometry比例间接影响SQI和EMF。综上，混合BLMF对土壤健康更有利，且MNC应纳入土壤质量评估体系。
李巧玲|黄志远|边芳园|钟哲科|张晓萍
中国国家竹子研究中心，国家林业和草原管理局竹林生态与资源利用重点实验室，浙江省杭州市，310012，中华人民共和国
摘要
毛竹人工林的碳封存能力在减缓气候变化和增加土壤有机碳（SOC）储存方面发挥着关键作用。然而，用微生物肥料替代化学肥料对土壤养分和健康的影响仍不甚明了。源自竹子的液体微生物肥料（BLMFs），由促进竹子生长的细菌和竹笋加工废水制成，为促进SOC固定提供了有前景的替代方案。然而，活性微生物如何影响微生物死质碳（MNC）的形成和分解的机制仍不清楚，而MNC是评估土壤质量的关键指标。本研究在毛竹人工林中进行了一项田间实验，探讨了三种BLMF处理（Bacillus subtilis ACP81、Terribacillus goriness CS3及其混合菌株A + C）下土壤化学计量比、酶活性、MNC、土壤质量指数（SQI）和生态多功能性（EMF）之间的关系。结果表明，BLMF处理显著降低了pH值、总氮（TN）、C吸收酶活性以及酶的化学计量比（C:Neea、C:Peea）。与对照组相比，ACP81和CS3处理显著降低了SOC（分别降低了14.01%和12.76%）和MNC（分别降低了15.81%和23.22%），而A + C处理显著增加了SOC（增加了14.38%）和MNC（增加了7.91%；P < 0.05）。此外，A + C处理的SQI和EMF值高于ACP81和CS3处理。相关性分析和随机森林建模表明，MNC是预测SQI和EMF的最重要指标。PLS-PM进一步揭示，BLMF处理通过调节MNC直接影响SQI和EMF，同时通过改变SOC、酶活性和化学计量比间接影响它们。总体而言，联合应用BLMF对土壤健康发展的影响优于单一菌株处理。MNC作为土壤质量评估的关键指标，应纳入土壤健康评价框架中。
引言
毛竹（Phyllostachys edulis）是中国南方的主要竹种，以其快速生长和显著的碳封存潜力而闻名。它在减缓气候变化和防止土壤侵蚀方面发挥着重要的生态作用（Dwivedi等人，2019年）。土壤有机碳（SOC）来源于植物、土壤动物、根系分泌物、微生物和其他新鲜有机物（Davidson和Janssens，2006年），是土壤质量和碳循环的关键指标，也是土壤微生物群落的驱动力（Shi等人，2023年）。然而，SOC对集约化管理措施非常敏感，尤其是过度施肥，据报道会导致毛竹人工林中的SOC大量流失（Zhang等人，2015年；Zhang等人，2022年）。为了促进可持续的竹林管理，相关政策提倡用微生物肥料替代化学肥料，取得了有希望的结果（Liu等人，2020年；Zou等人，2020年；Li等人，2022a；Li、Yu和Song，2022b）。例如，各种生物肥料（如微生物接种剂）已被证明有助于促进SOC储存（Just等人，2024年）、改善土壤性质，并重塑微生物生态，特别是通过促进有益细菌群落的增殖（Duan等人，2021年；Yang和Zhang，2023年）。
大多数微生物肥料是固体，使用核桃壳、菜籽粕、蚕沙和稻壳生物炭等固体废弃物作为载体（Ren等人，2021年；Yang和Zhang，2023年）。相比之下，液体微生物肥料使用海鲜废水作为活性细菌的培养基。这些肥料不仅降低了废水的化学需氧量，还提高了植物种子的发芽率，并提供了额外的养分（Tsipa等人，2023年）。竹笋加工废水与食品加工废水基本相似。未经处理的废水直接排放可能会污染沿海和地下水生态系统，消耗氧气，并产生氨、甲烷和硫化氢等恶臭物质（Yun和Ghufran，2017年；Tsipa等人，2023年）。我们之前的研究表明，竹笋加工废水富含肽、氨基酸和水解酶等有机物质。它不仅为促进竹子生长的细菌提供了养分来源，还影响土壤碳动态和微生物群落（Lin等人，2018年；Li等人，2024a；Li、Huang、Zhong、Bian和Zhang，2024b；Li等人，2025a）。然而，来自竹笋加工废水的单一和复合微生物肥料如何影响土壤微生物死亡和土壤健康仍不清楚。
土壤胞外酶在有机物降解、有机碳形成和养分获取中起着关键作用（Buckeridge等人，2020年；Capek等人，2021年；Hicks等人，2021年；Sokol等人，2022年）。生态酶的化学计量比反映了微生物在获取碳和氮时的资源分配策略和代谢偏好（Sinsabaugh，2010年）。Moorhead等人（2016年）和Sinsabaugh等人（2008年）提出使用土壤胞外酶矢量角（VA）和矢量长度（VL）作为微生物养分限制的指标，为评估微生物代谢限制提供了新的视角。具体来说，VL表示碳（C）限制，而VA表示氮（N）和磷（P）限制。此外，土壤胞外酶及其化学计量比对土壤环境的变化极为敏感。驱动土壤碳、氮、磷等元素转化的土壤酶系统受到人为因素的影响，如微生物制剂、微生物肥料和绿肥（Ahsan等人，2024年；Wen等人，2024年；Ma等人，2024年；Li等人，2025b；You等人，2025年）。例如，应用微生物制剂和微生物肥料已被证明可以显著提高过氧化氢酶、脲酶和酸性磷酸酶的活性（Ahsan等人，2024年）。一种复合微生物制剂B. subtilis和T. harzianum（1:1比例）分别显著提高了土壤磷酸酶和脲酶活性19.68–30.89%和19.25–52.21%（Wen等人，2024年）。然而，酶活性、化学计量比和养分限制可能调节微生物生长，进一步影响微生物死质（MNC）的形成和分解（Liang等人，2020年；Wang等人，2023年）。因此，研究土壤酶活性、化学计量比和养分限制如何调节微生物死质形成及其对SOC的贡献，可以加深我们对碳固定的理解。
“微生物碳泵”理论认为，土壤微生物是SOC转化的关键驱动因素，特别是通过其死质的积累（Liang等人，2017年；Liang等人，2019年）。氨基糖如葡萄糖胺（GluN）、鼠胺（MurN）、甘露胺（ManN）和半乳糖胺（GalN）被广泛用作土壤微生物死质的生物标志物（Zhang和Amelung，1996年；Kallenbach等人，2016年；Joergensen，2018年）。这些化合物是微生物细胞壁的关键成分，有助于区分真菌和细菌的死质（Shao等人，2017年；Joergensen，2018年）。影响微生物死质积累的因素包括环境因素，如金属氧化物、根际沉积物、土壤pH值和微生物群落，以及人为因素，如管理措施（Xu等人，2023年；Han等人，2024年；Zhang等人，2024年；Huang等人，2025年）。微生物死质的数量和持久性受微生物死亡途径的控制，而不仅仅是初始生物量组成（Camenzind等人，2023年）。然而，不同的外源活性微生物如何驱动氨基糖的形成和微生物死质碳（MNC）的积累尚未完全清楚。
土壤质量指数（SQI）是物理、化学和生物土壤性质的综合指标，被广泛认为是土壤生态系统的关键指标（Chen等人，2013年；Cao等人，2024年；Duan等人，2025年）。主成分分析（PCA）可以从复杂数据集中识别出显著影响SQI的因素，从而降低成本并提高可靠性和适用性（Zahedifar，2023年）。尽管已经开发了多种评估土壤质量的指标和框架，但生物指标之间的冗余和重叠阻碍了土壤质量评估系统的优化。Xue等人（2022年）和Romero等人（2024年）提倡将微生物指标纳入土壤测试协议中，强调了微生物群落组成、多样性和SQI之间的关系。土壤生态多功能性（EMF）通常通过与其碳或氮循环相关的胞外酶活性来评估，是土壤生物多样性和生态系统功能的有效指标（Jing等人，2015年）。Cao等人（2024年）发现，在有机肥料作用下，细菌和真菌的微生物系统发育多样性与EMF呈正线性关系。因此，微生物指标越来越被认为是评估土壤质量和功能的重要组成部分。然而，将新兴微生物指标（特别是MNC）与SQI和EMF结合起来的研究仍然有限，这反映了我们对微生物介导的土壤功能理解的不足。
在这项研究中，我们探讨了竹子液体微生物肥料（BLMF）施用对毛竹人工林中土壤养分、化学计量比、酶活性以及MNC和SOC含量的影响。我们还基于这些指标建立了一个土壤质量评估系统。具体而言，本研究旨在：（i）分析土壤酶活性和氨基糖的变化，作为微生物养分限制和MNC积累的代理指标；（ii）基于主成分分析评估SQI和EMF；（iii）阐明土壤性质、酶活性、化学计量比、MNC、SQI和EMF之间的关系。我们测试了两个假设：（i）不同的BLMF处理会导致细菌和真菌的养分限制异质性，进而影响SQI和EMF；（ii）MNC可以作为构建土壤质量评估框架的稳健指标。
研究地点和实验设计
研究地点位于中国浙江省安吉县天黄坪（30°29′N，119°42′E）。在本研究中，我们使用了从竹林土壤和废水中分离出的Bacillus subtilis（CGMCC NO. 24288）和Terribacillus goriness（CGMCC NO. 26119）菌株，这些菌株具有固氮、溶磷和酶活性（图S1）（Li等人，2024a；Li、Huang、Zhong、Bian和Zhang，2024b）。随后，废水样本经过离心、过滤等处理
土壤性质、酶活性和化学计量比
与对照组相比，A + C处理下SOC、C:N和C:P比率分别增加了14.38%、34.46%和20.87%（P < 0.05）（表1）。所有三种BLMF处理下的土壤pH值和TN均显著低于对照组。ACP81和CS3处理降低了SOC、TN和TP含量以及C:N比率，其中ACP81处理的TN和TP含量降低幅度最小。此外，Bacillus subtilis ACP81、Terribacillus goriness CS3及其混合菌株的生长BLMF处理对土壤酶活性、化学计量比和养分限制的影响
与对照组相比，所有三种BLMF处理下C吸收酶活性和VL均显著降低（图1；图2C）。这可能是由于BLMF中含有高浓度的有机酸和简单糖类，从而减轻了微生物对复杂碳底物的依赖和相关的酶合成。值得注意的是，A + C处理下N吸收酶活性显著增加（增加了1.12倍）（
P < 0.05），
结论
本研究基于最小数据集构建了一个毛竹人工林的土壤质量评估系统，并全面调查了BLMF处理下的土壤化学计量比、酶活性、MNC、SQI和EMF。与对照组相比，BG + CBH活性和VL在所有三种BLMF处理下均显著降低，而C:N比率、C:P比率和NAG+LAP活性在A + C处理下显著增加。A + C肥料显著增加了SOC，
作者贡献声明
李巧玲：撰写——原始草案，研究，概念化。黄志远：研究。边芳园：研究。钟哲科：概念化，资金获取。张晓萍：概念化，撰写——审稿与编辑，资金获取。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了国家重点研发计划（2023YFD2201202）和CAF基础研究基金（CAFYBB2021QB007）的资助。
