土壤压实会减少微生物残体量，并改变其与土壤有机碳之间的关系

《Applied Soil Ecology》：Soil compaction reduces microbial necromass and alters its relationship with soil organic carbon

　　

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  土壤压实会破坏土壤的物理结构，降低团聚体的稳定性和有机碳（SOC）的含量。
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  压实改变了微生物群落；R0.25和GMD是最强的解释变量。
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  在压实条件下，FMNC与SOC之间的关联比BMNC与SOC之间的关联更强。

引言

全球人口的持续增长，加上气候变化、水资源短缺以及对粮食生产需求的不断增加，使得粮食安全成为全球日益严峻的挑战（Roy等人，2024年；Smith和Archer，2020年）。对粮食需求的增加促使各国加快农业机械化进程。然而，虽然这些集约化的农业实践提高了作物产量，但同时也引发了严重的可持续性问题，加剧了自然资源的退化和陆地碳的流失（Olasehinde-Williams等人，2020年；Shaheb等人，2021年；Wang等人，2025a年；Wang等人，2026年）。根据现有数据，目前约4%的全球土壤表面发生了压实现象，由压实引起的土壤退化影响了约6800万公顷的土地（FAO，2016年；Hamza和Anderson，2005年；Oldeman等人，1990年）。土壤压实通常伴随着土壤结构的变化、孔隙尺寸分布的改变以及容重和渗透阻力的增加（Longepierre等人，2021年；Longepierre等人，2022年）。

土壤压实主要导致土壤物理性质的改变，包括容重、土壤渗透阻力和孔隙度的显著变化（D?rner等人，2022年；Feng等人，2019年；Gao等人，2025a年）。实验证明，压实使中粒、粗粒和细粒土壤的容重分别增加了7.6%、6.9%和3.2%（Zhang等人，2024a年），且这种增加的程度与压实次数呈正相关（Liu等人，2022年）。随着压实程度的加剧，土壤孔隙度、大孔数量和最大孔径均显著减少；例如，大孔占总孔隙度的比例从36.24%下降到14.28%（Zhu等人，2024年）。Zhang等人（2020年）通过实验进一步证实，在压实过程中，大孔首先会分裂成中孔，然后部分中孔会进一步变成微孔，直到孔隙结构趋于未受压实的状态。此外，局部压实还会降低土壤的渗透性，从而增加地表径流和土壤侵蚀的风险（Alaoui等人，2018年；Du等人，2022年）。此外，压实还通过改变土壤结构影响作物的生长和发育（Shaheb等人，2021年）；具体来说，容重的增加和渗透阻力的提高减少了根系长度密度，最终导致产量下降（de Moraes等人，2020年；Gao等人，2025b年）。

土壤微生物是土壤生态系统的主要生物驱动力，细菌和真菌共同奠定了养分循环、碳（C）封存和植被健康的生物学基础。土壤微生物群落结构的变化会调节酶活性、土壤有机物的分解速率和养分矿化过程，最终表现为作物产量下降、养分利用效率降低以及土壤碳保持能力减弱。在压实条件下，细菌多样性明显下降，尤其是那些需要大量氧气的细菌类群；例如，在压实土壤中，某些分解有机物的细菌几乎停止生长或数量大幅减少（Longepierre等人，2021年；Liang等人，2024年）。同时，强烈的人为土壤扰动经常破坏脆弱的地下菌丝和真菌网络，从而削弱它们作为抵御环境压力的生态功能（Wang等人，2025b）。微生物，包括细菌、真菌和原生动物，不仅在土壤碳的输出中起着关键作用，它们的死亡质量也是稳定土壤有机碳（SOC）的重要组成部分（Sokol等人，2022年；Wu等人，2024年）。微生物死亡质量是指死亡微生物（古菌、细菌、真菌）的残留生物质，是稳定SOC的重要来源，占陆地生态系统SOC的35%–80%（Liang等人，2019年；Wang等人，2021年）。与植物残余物不同，微生物死亡质量是稳定SOC池的关键组成部分。先前的研究表明，真菌死亡质量更倾向于被包裹在土壤团聚体中形成稳定的碳池，而细菌死亡质量则更容易被微生物利用并参与SOC的循环（Qiao等人，2025年；Hu等人，2020年）。然而，在机械压实作用下，土壤物理结构的改变可能会影响微生物死亡质量的分解速率和转化途径，从而改变其对SOC池的贡献。机械压实是加速还是减缓微生物生物质向稳定死亡生物质的转化，以及这一转化过程的具体机制，仍是尚未解决的关键问题。

目前，传统研究主要集中在宏观物理指标（如土壤容重和孔隙度）及其对作物生长的影响上，而忽视了土壤物理结构变化对微生物动态的影响。此外，现有的微生物学研究主要关注群落多样性，而不是微生物周转带来的长期后果，特别是微生物死亡质量如何在机械应力下保持及其与SOC的关系。因此，本研究采用了不同压实次数的田间模拟处理，以建立机械压实强度的梯度，旨在表征0–60厘米土壤剖面内微生物死亡质量碳（MNC）、微生物生物量和细菌及真菌群落结构的变化。具体目标包括：（1）确定不同程度的土壤压实如何影响微生物生物量和MNC；（2）研究不同压实强度下土壤细菌和真菌群落结构的响应模式；（3）通过结构方程建模识别土壤压实、微生物死亡质量和SOC含量之间的潜在关联路径。这些发现有望加深对土壤压实如何影响不同深度土壤微生物的机制理解，为农业土壤管理和生态系统健康评估提供科学依据。

章节摘要

实验设计和土壤采样

实验地点位于中国吉林省松原市宁江区杨家村（北纬45°26′，东经125°88′）。年平均降水量为350毫米，主要集中在5月至10月之间。本研究是在一个长期建立的绿色农业科学技术实验平台上进行的（2015年）。为了评估土壤-微生物系统的短期响应，进行了机械压实处理

土壤理化性质

在玉米抽丝期，与C1处理相比，C2和C3处理显著降低了0–20厘米和40–60厘米层次土壤的含水量（图S1a），而在20–40厘米层次则观察到含水量增加（图S1b）。20–40厘米层次的容重也显著增加（图S1b）。此外，C2和C3处理显著降低了0–40厘米土壤层的SOC含量，平均降低了4.74%和5.05%（图S1c）。在玉米成熟期，与C1处理相比

压实改变土壤物理结构和SOC

本研究表明，土壤压实显著降低了土壤物理质量，表现为0–40厘米层次容重的增加和团聚体稳定性的下降。具体而言，与C1处理相比，C2和C3处理导致0–40厘米层次的R_0.25、MWD和GMD显著降低。这些结果与先前的多项研究一致，表明农业机械产生的巨大机械应力不仅直接压缩了土壤

结论

本研究探讨了不同压实强度对多个生长阶段和不同土壤深度下微生物死亡质量碳、微生物生物量以及细菌和真菌群落结构的短期响应。土壤压实通过增加容重和降低0–20厘米层次的土壤含水量显著改变了土壤物理性质，这也伴随着团聚体稳定性的降低和SOC含量的减少。与C1处理相比，C2处理

CRediT作者贡献声明

梁天锋：撰写——原始稿、方法学、数据管理。王玲：方法学、项目资金申请。王思凯：软件、数据管理。朱文静：软件、数据管理。郑永召：撰写——原始稿、软件。李倩：撰写——原始稿、软件。孙波：项目管理、方法学。秦宇博：项目管理、方法学。李翠蓝：撰写——审稿与编辑、数据分析。张金晶：撰写——审稿与编辑、验证。刘航：

资金支持

本工作得到了国家重点研发计划（资助编号2024YFD1500300）和吉林农业科技创新项目（资助编号CXG2025ZD003）的财政支持。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。

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