《Environmental Research》：Rescue of herbicide-suppressed soil bacterial communities by metallic micronutrients links to improved soil aggregate stability
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•阿特拉津和乙草胺与大团聚体比例呈负相关。•阿特拉津、乙草胺和烟嘧磺隆协同抑制了nirS丰度。•增加的nirS丰度提高了大团聚体和微团聚体的比例。•锌通过增强nirS基因丰度来稳定土壤大团聚体。引言土壤微生物支撑着生态系统的关键功能，包括养分循环和土壤团聚（Philippot
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阿特拉津和乙草胺与大团聚体比例呈负相关。
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阿特拉津、乙草胺和烟嘧磺隆协同抑制了nirS丰度。
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增加的nirS丰度提高了大团聚体和微团聚体的比例。
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锌通过增强nirS基因丰度来稳定土壤大团聚体。
引言
土壤微生物支撑着生态系统的关键功能，包括养分循环和土壤团聚（Philippot et al., 2013; Liu et al., 2024）。通过产生胞外聚合物和芽孢黏蛋白相关土壤蛋白等黏结物质，微生物代谢活动直接调控团聚体的形成与稳定，从而维持土壤物理结构和作物生产力（Rillig, 2004; Yang et al., 2024a）。在玉米的种植和生长过程中，除草剂被广泛用于杂草控制；然而，其对土壤微生物功能的非靶标抑制作用日益引起关注。广泛使用的除草剂混合物，如阿特拉津和乙草胺，会显著改变细菌群落组成并抑制氮循环功能基因的表达（Ma et al., 2025）。此外，它们还通过改变土壤环境特性，尤其是土壤pH值下降，间接损害微生物的整体功能（Wang et al., 2024c）。值得注意的是，微生物功能的这种受损可能与土壤物理性质有关，尤其是团聚体稳定性，因为稳定的团聚体高度依赖微生物来源的胶结物质（Yang et al., 2024a）。相比之下，金属微量元素作为微生物酶的必需辅助因子，在维持微生物于环境胁迫下的生理韧性方面发挥着基础作用（Waldron et al., 2009; Wang et al., 2024a）。因此，微量元素的施用可能缓解除草剂诱导的微生物功能抑制，从而有利于团聚体的稳定。
除草剂可通过改变微生物群落及其功能影响土壤团聚体特性。阿特拉津、烟嘧磺隆和灭草松等除草剂的联合施用可显著改变细菌群落的组成和多样性，并抑制敏感类群（Ma et al., 2025）。与此并行，此类处理扰乱了土壤氮循环过程并抑制了相关功能基因的表达，包括AOA-amoA、AOB-amoA和nifH。我们此前的田间研究表明，一种新型高效除草剂——噻二酮·异恶草酮（TMI），通过减少亚硝酸盐还原基因的丰度扰乱了氮循环（Wang et al., 2023a）。此外，除草剂混合物显著抑制了包括脱氢酶、脲酶和转化酶在内的关键功能酶活性，从而降低了微生物网络的复杂性和稳定性（Douibi et al., 2024; Ma et al., 2025）。这些微生物群落结构和功能的变化影响了土壤微生物通过释放胶结物质（包括胞外聚合物和芽孢黏蛋白相关土壤蛋白）参与团聚体形成与稳定的能力。当除草剂抑制微生物代谢活动时，这些胶结物质的产生减少，从而削弱土壤团聚体的稳定性（Yang et al., 2024a）。值得注意的是，除草剂对微生物功能的影响不仅限于直接损害（Shahid and Khan, 2022; Lyu et al., 2024）；它们还可通过改变土壤理化性质，如pH值、有机质含量和养分有效性，间接影响微生物介导的团聚体形成（Douibi et al., 2024; Wang et al., 2024b; Zhu et al., 2026）。
与除草剂可能产生的有害影响不同，铁和锌可能通过理化途径和微生物途径缓解除草剂诱导的土壤团聚体稳定性破坏。铁，尤其是以氧化铁形式存在时，可充当无机胶结物质，并通过电荷中和和阳离子桥接促进颗粒聚集，从而增强团聚体的内聚力（Buss et al., 2024; Wang et al., 2025a; He et al., 2025; Yan et al., 2025）。更重要的是，铁和锌是微生物酶（例如脱氢酶、脲酶和磷酸酶）的必需辅助因子，直接参与微生物呼吸、生物大分子合成和氧化还原稳态（Dai et al., 2023; Shepherd and Oliverio, 2024）。外源补充铁和锌可显著刺激土壤脱氢酶和脲酶活性，增强微生物介导的养分循环过程（Chandrika et al., 2025）。这些发现解释了我们此前研究中发现的金属微量元素与细菌群落及功能之间的强烈相互作用（Wang et al., 2023b; Wang et al., 2025b）。
现有证据表明，除草剂抑制土壤微生物群落结构和功能，从而损害土壤团聚体的稳定性；相反，金属微量元素可有效拮抗和缓解这一负面影响。为填补这些知识空白，我们开展了一项涵盖中国主要玉米种植区的全域采样研究，并辅以一项受控田间实验，具体目标如下：(1) 探讨除草剂、土壤微生物群落与团聚体稳定性之间的关系；(2) 验证除草剂对微生物群落造成的干扰，以及(3) 阐明金属微量元素通过调控微生物群落改善团聚体稳定性的途径。本研究为保护农业生态系统中土壤物理和细菌健康提供了一种有前景的方法。
各节摘要
研究区域与土壤采样
中国玉米产量达到2.89亿吨，播种面积达4420万公顷，近年来保持全球第二大生产国的地位。该国主要种植区形成一条连续的对角地带，跨越北纬20°–40°和东经110°–128°，涵盖东北、华北和西南区域。北部地区富含黑土，气候温凉，适宜一年一熟耕作；而南部气候较温和，农民可种植两至三熟作物。
目标污染物、微生物功能与土壤性质之间的相关性
空间采样确立了阿特拉津平均残留浓度为140.23 μg/kg、乙草胺为87.27 μg/kg、烟嘧磺隆为88.53 μg/kg。阿特拉津在88.24%的受调查土壤中出现，浓度范围广泛，峰值达753.79 μg/kg（图S2）。乙草胺检出率为54.90%，最高浓度达306.55 μg/kg（图S2）。烟嘧磺隆在76.47%的土壤样品中被检出，记录到的最高浓度为762.92 μg/kg（图S2）。尽管
除草剂影响土壤微生物功能
阿特拉津和乙草胺的残留水平与nirS基因丰度呈显著负相关（图2b），并被确定为影响nirS动态的关键驱动因素（图4c）。这一关系表明，这些常规除草剂对非靶标反硝化群落造成了直接损害（Shahid and Khan, 2022）。例如，施用乙草胺会显著降低Sphingomonas等反硝化类群的丰度和代谢活性（Lyu
结论
调查发现，除草剂对玉米田土壤微生物丰富度和功能产生干扰影响。具体而言，TMI、乙草胺和阿特拉津显著降低了反硝化基因nirS的丰度。同时，乙草胺直接降低土壤pH值，从而进一步削弱所观察到的微生物丰富度。这些nirS丰度和微生物多样性的下降降低了大团聚体的比例。相比之下，金属微量元素抵消了这些
CRediT作者贡献声明
蓝莹：调研。赵秀美：调研。何丽霞：数据整理。夏浩新：撰写——原稿、调研。张桂香：形式分析。李梓豪：调研。贾晓旭：形式分析。王永路：撰写——审阅与编辑。朱士良：撰写——原稿。张峰松：撰写——审阅与编辑、监督、经费获取。张立云：数据整理
利益冲突声明
? 作者声明不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能被认为会影响本文所述的工作。
致谢
本研究由国家重点研发计划（编号：2025YFD1500200）、黑龙江省科研院所业务经费项目（编号：CZKYF2023-1-B012）、北京市高层次海外人才计划（RSC-2024002）和北京市教委面上项目（KM202210020008）资助。
夏浩新|朱士良|张峰松|贾晓旭|王永路|张立云|赵秀美|蓝莹|李梓豪|张桂香|何丽霞
