《Environmental Microbiology Reports》：Management-Driven Effects in Soil Physicochemical Properties and Microbial Communities in Eastern Amazonian Agroforests
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农林复合系统（Agroforestry Systems, AFS）是热带地区实现可持续土地利用与土壤恢复的一种具有前景的生物经济策略。然而，不同管理措施对土壤微生物群落的潜在影响仍知之甚少。本研究比较了位于巴西帕拉州托梅阿苏（Tomé-A?u, PA, Bra
农林复合系统（Agroforestry Systems, AFS）是热带地区实现可持续土地利用与土壤恢复的一种具有前景的生物经济策略。然而，不同管理措施对土壤微生物群落的潜在影响仍知之甚少。本研究比较了位于巴西帕拉州托梅阿苏（Tomé-A?u, PA, Brazil）的两个相邻农林复合系统，二者在土地利用类型、面积和生产力方面相似，但管理方式截然不同：AGF19采用有机投入，AGF27采用化学施肥，并以一片原生森林区域作为对照。研究人员通过土壤理化性质、凋落物组成以及扩增子测序（16S rRNA和ITS）对三个土壤深度的样品进行了评估。尽管两个系统的土壤与凋落物特征相似，AGF19中植物病原真菌的丰度较低，且与有益真菌类群作为生物标志物相关联。相比之下，AGF27表现出微生物群落向胁迫相关群落转变的迹象。这些发现可能部分归因于诸如偏好有机投入等适度管理变化，这些变化影响了微生物多样性、功能类群和土壤化学性质。管理差异可能与在AGF27土壤样品中鉴定出的一个植物病原真菌类群（如镰孢菌属Fusarium）作为群落生物标志物存在潜在关联。尽管与原生森林存在差异，本研究结果强化了农林复合系统作为可持续农业生态策略的作用。定期土壤监测和基于微生物组的管理实践对于可持续管理至关重要。
一、研究背景与科学问题
全球粮食生产正面临双重挑战：在生态与气候压力日益加剧的背景下，既要保障粮食安全，又要保护自然资源。农林复合系统（Agroforestry Systems, AFS）作为一种兼顾农业生产力、生物多样性保护以及有利于植物发育和维持多样化微生物群落的土壤生物与非生物条件的可行且可规模化推广的替代方案应运而生。尽管AFS在宏观生态和社会经济方面的效益已有充分记载，但关于农业管理实践如何影响地下微生物网络和土壤微生物群落的关注相对较少。土壤微生物在养分循环、抵御环境胁迫、病原体生物防治以及通过植物-土壤反馈维持长期生态系统稳定性方面发挥着关键作用。然而，一个主要的知识空白仍然存在：生产性农林复合系统内的长期管理实践如何塑造地下微生物群落及其生态功能？大多数研究侧重于农林复合系统相较于传统农业或毁林情景的广泛益处，而较少研究已建立的农林复合系统内的条件是否促进与原生生态系统相当的土壤微生物群落。化学施肥和石灰施用对亚马孙农林复合景观中微生物多样性的影响程度仍知之甚少。为此，研究人员在巴西亚马孙东部托梅阿苏选取了两个相邻的农林复合系统（AGF19，19年林龄，以有机投入为主；AGF27，27年林龄，依赖化学肥料和频繁施石灰）以及一片原生森林作为对照，旨在评估这些管理型农林复合系统土壤理化特性和微生物群落的局部差异，并探究其是否更接近保护森林的条件。
二、研究设计与技术方法
研究人员在托梅阿苏（帕拉州，巴西）的两个农村地块开展研究。AGF19（2°28′11″ S, 48°18′16″ W）为19年林龄、生产面积117公顷的农场；AGF27（2°28′37″ S, 48°18′01″ W）为27年林龄、种植面积90公顷的农场。两处均种植了以阿萨伊（Euterpe oleracea）和可可（Theobroma cacao）为主的多种果树。同一市镇内一片原生森林区域（距两处AFS约35公里）作为对照。每个农林复合区域设置5个采样点（中心点1个，四个基本方向各1个，距中心25米），原生森林设置3个采样点（间距50米）。土壤按三个深度（表层0–10 cm、中层10–20 cm、深层20–30 cm）采集，共获得每个农林复合系统15个生物学重复、原生森林9个重复。凋落物样品通过PVC方框（25×25 cm）采集。土壤理化参数依据Almeida (2008)和Raij et al. (2001)的方法由Agrilab（巴西）评估。分子分析方面，使用DNeasy PowerLyzer PowerSoil Kit提取全基因组DNA，扩增16S rRNA V4区（引物515F/806R）和ITS区（引物ITS1F/ITS2R），在Illumina NextSeq2000平台进行双端测序（2×300 bp）。原始读段在R环境中采用DADA2流程处理，16S序列使用SILVA v.138数据库注释，ITS序列使用UNITE数据库注释。统计分析包括Mann–Whitney U检验、双因素重复测量方差分析（ANOVA）、Tukey HSD检验、基于CLR转换和欧氏距离的主坐标分析（PCoA）、PERMANOVA（999次置换）、随机森林分析、MetaStat差异丰度分析、冗余分析（RDA），以及FUNGuild和FAPROTAX功能预测。
三、研究结果
3.1 土壤与凋落物特征
土壤化学组成在不同地点和深度间存在差异。AGF27在所有深度均未检测到铝（Al）浓度，铜（Cu）浓度和pH值统计上显著较高。AGF19在所有采样深度均存在Al，但浓度低于森林区域。铁（Fe）、磷（P）和氢（H）等许多元素随深度呈下降趋势，尤其在AGF19和森林样品中。AGF19的许多参数浓度表现为AGF27与原生森林之间的过渡状态。AGF27各深度间养分浓度相似，仅锌（Zn）、镁（Mg）和锰（Mn）随深度显著减少。总有机碳（TOC）和有机质（OM）值在所有区域均随深度下降。土壤物理参数在三个区域间变化极小，原生森林在所有深度的密度略低。凋落物化学组成中，钙浓度最高，其次为氮、钾、镁和硫。AGF27的Ca和Cu浓度显著较高，AGF19的硼（B）浓度最高，原生森林的Fe浓度最高而K和Zn最低。
3.2 各地点微生物丰度
扩增子测序共获得27,893个细菌和古菌ASV以及25,927个真菌ASV。两个农林复合系统的细菌门水平分布与原生森林差异显著。变形菌门（Proteobacteria）在所有区域均为最丰富的门，原生森林拥有相当高比例的未分类丰度（45%至约60%）。放线菌门（Actinobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、浮霉菌门（Planctomycetes）和绿弯菌门（Chloroflexi）是农林复合土壤中其余的主要门，合计占总丰度的75%以上。AGF27最深层土壤的一个样品表现出约87%变形菌门主导的对比模式。属水平上，AGF19和AGF27彼此更相似。多数最丰富属（如Acidibacter、Candidatus Solibacter、Candidatus Koribacter等）在森林中更常见。Gaiella和Bradyrhizobium在农林复合系统中最为丰富。
真菌门水平分布在AGF19和AGF27间一致，与森林群落不同。子囊菌门（Ascomycota）在农林复合系统表层（0–10 cm）占60%以上，在20–30 cm深度降至50%以下。相反，在森林中，担子菌门（Basidiomycota）是最丰富的真菌门，尤其在0–20 cm样品中。农林复合系统深层（20–30 cm）的真菌群落多样性低于表层。属水平上，Penicillium在AGF19和AGF27中丰度相似。原生森林中多个属（Clitocybula、Rectipilus、Genonema、Trechispora、Mortierella和Entoloma）丰度较高。Apiotrichum、Mariannaea和Pseudallescheria在AGF19和森林中比AGF27更丰富。
3.3 多样性指数与微生物组成与土壤理化性状的相关性
细菌α多样性在表层土壤（0–10 cm）最高，并随深度下降，主要发生在AGF19和原生森林。0–20 cm深度三个区域间无显著差异。最深层样品中，AGF19仅与AGF27有显著差异。真菌多样性在森林区域所有深度均统计上最高。β多样性分析显示，森林的微生物群落在深度内及与农林复合系统间均具有组成上的独特性。细菌群落结构受区域×深度影响更强，真菌群落则区域、深度及其交互作用均显著。RDA分析显示，Gaiella（细菌）、Talaromyces、Hansfordia、Lepiota和Lipomyces（真菌）与AGF19和AGF27所有深度内的pH、Ca、P、K、Zn、Cu、Mn和Mg等特定土壤性质强相关。较高的B、S、H和Al水平驱动了森林组的分离。
3.4 差异丰度与潜在微生物功能
随机森林分析确定了许多细菌生物标志物：森林区域以Acidothermus、Bryobacter、Mycobacterium、Candidatus Solibacter、Candidatus Koribacter、Candidatus Xiphinematobacter和Conexibacter为代表；AGF19以Bacillus和Gaiella为重要指示属；AGF27以变形菌门MND1和Arenimonas为主要生物标志物。真菌生物标志物方面，AGF19包括Pyrenochaetopsis、Ascodesmis和Curvularia，原生森林包括Apiotrichum、Trichoderma、Mariannaea和Pseudallescheria。AGF27仅与镰孢菌属Fusarium（一种潜在的植物病原属，属于子囊菌门）相关联。
FAPROTAX功能预测显示，所有区域固氮作用随深度下降，两个农林复合系统的硝酸盐还原类群丰度总体高于森林，森林在所有深度的铁呼吸和胞内寄生菌绝对丰度更高。FUNGuild功能注释显示，原生森林中病原营养型（pathotrophs）丰度显著较低。植物病原真菌在两个农林复合系统中统计上更丰富，尤其在AGF27最深层土壤。AGF19和AGF27还表现出共生营养型、内生菌、土壤、木材和植物腐生菌的总体丰度显著更高，而叶片腐生菌在原生森林的表层和中层更丰富。
四、讨论与结论
本研究表明，尽管AGF19和AGF27在土壤和凋落物特征上相似，但微生物组因管理实践而异。有机投入（AGF19）降低了植物病原真菌的丰度，并促进了有益微生物类群，包括与有机质周转相关的Gaiella、具有抗微生物活性和溶磷能力的Bacillus，以及与粪肥施用相关的粪生真菌Ascodesmis和具有植物病原真菌拮抗作用的Pseudopithomyces和Pyrenochaetopsis。相反，化学管理（AGF27）显示出与胁迫相关的微生物转变迹象，其生物标志物仅包括潜在的植物病原真菌Fusarium，且植物病原真菌丰度随深度增加。两个农林复合系统的微生物群落均与原生森林存在显著差异，表明农林复合系统建立了受当前管理和遗留效应共同塑造的独特微生物组合，而非在数十年内趋向原生森林群落。研究结果强调了基于微生物组的管理实践对可持续农业的重要性，并支持农林复合系统作为兼顾经济可行性与环境保护的可持续农业生态策略。定期土壤监测和微生物生物指示物的应用对于优化管理实践至关重要。尽管本研究为个案比较而非重复处理试验，其发现为理解亚马孙农林复合景观中管理实践对土壤微生物群落的潜在影响提供了有价值的观测性证据。
