《Global Change Biology》：Differential Effects of Long-Term Fertilization and Plant Species Richness on Soil Fungi and Protists
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人工营养富集和植物多样性丧失重塑土壤生物多样性，然而，解析它们对真菌和原生生物（protists）等关键类群的单独和联合效应仍是一个重大挑战。在这里，研究人员使用长读长扩增子rRNA基因测序（long-read amplicon rRNA gene seque
人工营养富集和植物多样性丧失重塑土壤生物多样性，然而，解析它们对真菌和原生生物（protists）等关键类群的单独和联合效应仍是一个重大挑战。在这里，研究人员使用长读长扩增子rRNA基因测序（long-read amplicon rRNA gene sequencing），在一个温带草地实验中研究了土壤微真核生物（microeukaryote）群落，该实验进行了11年的中等NPK（氮磷钾）施肥和植物多样性处理（1、2或4种植物物种）。研究结果表明，施肥对微真核生物群落的影响通常强于植物物种丰富度（plant species richness）。施肥改变了真菌（fungi）和原生生物（protists）的群落组成，操作分类单元（OTU）丰富度分别增加了20.8%和52.7%，并改变了群落优势度，从真菌转向原生生物。植物多样性只影响原生生物，导致群落组成变化。群落变化主要由植物生物量增加（由施肥和植物多样性共同导致）以及土壤磷升高和土壤pH降低驱动，后者仅受施肥影响。此外，实验处理对真菌和原生生物的不同生活策略（life strategies）产生了显著影响。施肥增加了真菌腐生菌（saprophytes，仅丰富度）、真菌动物病原体（animal pathogens）和原生生物消费者（consumers），而植物多样性的降低增加了光养原生生物（phototrophic protists）并减少了原生生物动物病原体。值得注意的是，施肥和植物多样性下降共同导致真菌植物病原体（plant pathogens）的累积增加。总之，研究结果表明，施肥和植物物种丰富度降低对土壤微真核生物群落产生不同但相互作用的效应。这强调了在评估全球变化效应时，需要对这两个因素进行综合评估，而不是单独研究。
**研究背景与问题**
人类活动引起的全球环境变化，如营养富集和植物多样性丧失，正在重塑土壤生物多样性。然而，以往研究多单独关注施肥或植物多样性丧失对土壤微生物的影响，缺乏对二者联合效应的解析。土壤真菌（fungi）和原生生物（protists）是土壤微真核生物（microeukaryotes）的关键类群，分别参与分解、植物营养、病原调控等生态过程。施肥通过改变土壤性质（如pH、磷含量）和增加植物生物量影响真菌和原生生物群落，而植物多样性降低则通过减少生物量、凋落物输入和根系沉积影响这些群落。但二者是否独立作用或存在拮抗效应尚不清楚。为此，研究人员利用一个为期11年的温带草地实验（德国Bad Lauchst?dt），通过独立操控施肥（NPK施肥 vs. 不施肥）和植物物种丰富度（1、2、4种植物），系统解析了二者对土壤真菌和原生生物群落组成、多样性和生活策略的单独及交互效应，并探讨了潜在的中介机制。该研究发表于《Global Change Biology》。
**主要技术方法**
研究基于德国Bad Lauchst?dt的温带草地实验（DivResource Experiment），土壤为黑钙土（Chernozem）。共设置48个样地，包括施肥与不施肥处理，以及1、2、4种植物物种丰富度梯度。2022年6月，研究人员采集0–10 cm土壤样品，提取DNA后，使用通用真核引物V4F/21R扩增rRNA操纵子（SSU-ITS-LSU）主要部分，通过Oxford Nanopore长读长测序（MinION R9.4.1）获取序列。生物信息学分析包括Guppy碱基识别、Decona聚类（97%相似度）生成OTU（操作分类单元），并使用EUKARYOME v1.8数据库进行BLAST注释。真菌和原生生物OTU分别依据FungalTrait数据库和已有文献划分生活策略（如植物病原体、腐生菌、消费者等）。同时测定土壤性质（pH、氮、磷、钾）、植物地上生物量及功能性状（比叶面积SLA、比根长SRL），并通过主成分分析（PCA）和结构方程模型（SEM）解析中介路径。
**研究结果**
**3.1 施肥和植物物种丰富度对真菌和原生生物群落组成、相对丰度和丰富度的影响**
施肥显著影响真菌（F
1,37=2.48, p=0.001）和原生生物（F
1,37=7.65, p=0.001）的群落组成，而植物物种丰富度仅影响原生生物（F
1,37=2.55, p=0.009），对真菌无显著影响（F
1,37=1.30, p=0.118）。施肥使总OTU丰富度平均增加25.3个（+36.2%），并降低真菌与原生生物的比例（F:P ratio），表明群落从真菌主导转向原生生物主导。真菌OTU丰富度增加（+7.5个），主要来自子囊菌门（Ascomycota）和非双核菌（Non-Dikarya）的增加，但相对丰度下降（-10.3%），主要由担子菌门（Basidiomycota）丰度降低驱动。原生生物OTU丰富度增加（+17.8个），主要来自根肿菌（Rhizaria）和囊泡虫（Alveolata），相对丰度整体增加（+10.3%），但变形虫（Amoebozoa）和淡色藻（Stramenopiles）丰度下降。植物物种丰富度增加提高了囊泡虫的丰富度和相对丰度，但降低了绿藻（Chlorophyta）的丰富度和相对丰度。
**3.2 施肥和植物物种丰富度对真菌和原生生物生活策略的影响**
施肥增加了真菌植物病原体（+3个OTU，相对丰度+2.0%）、真菌动物病原体（+1.1个OTU，+2.3%）和原生生物消费者（+16.6个OTU，+12.1%）的丰富度与相对丰度；真菌腐生菌的丰富度增加（+2.6个OTU），但相对丰度下降（-13.6%）。植物物种丰富度增加降低了真菌植物病原体的相对丰度（-9.5%），同时降低了光养原生生物（绿藻）的丰富度和相对丰度（-3.8个OTU，-7.8%），但增加了原生生物动物病原体的丰富度和相对丰度（+1.9个OTU，+34.7%）。此外，施肥与植物物种丰富度对真菌微真核生物病原体（microeukaryote pathogens）存在交互效应：在4种植物群落中，施肥使其相对丰度下降（-8.7%）。
**3.3 施肥和植物物种丰富度的中介效应**
主成分分析（PCA）显示，PC1主要反映土壤pH（负相关）与土壤磷、植物生物量（正相关），PC2反映植物功能性状（SLA和SRL），PC3反映土壤氮。施肥显著影响PC1和PC2，但不影响PC3。多元置换方差分析（PERMANOVA）表明，真菌和原生生物群落组成主要受PC1（土壤磷、植物生物量、pH）影响，真菌群落还受PC2（植物性状）影响。混合效应模型显示，PC1对原生生物OTU丰富度和相对丰度有正效应，对真菌有负效应（尤其是腐生菌）。PC2对真菌相对丰度有负效应，对原生生物有正效应。PC3仅对原生生物动物病原体有负效应，对消费者有正效应。结构方程模型（SEM）进一步证实，施肥通过增加土壤磷、植物生物量和SRL，同时降低土壤pH，间接影响真菌和原生生物群落组成；植物物种丰富度则通过增加植物生物量间接影响原生生物群落，且对原生生物PCoA2有直接正效应。
**讨论与结论**
讨论部分指出，施肥对真菌和原生生物的影响强于植物物种丰富度，且二者作用路径不同：施肥主要通过改变土壤性质（pH、磷）和增加植物生物量驱动群落变化，而植物物种丰富度主要通过调节植物生物量影响原生生物，尤其对光养原生生物和动物病原体有选择性作用。未观察到拮抗交互效应，但二者在植物病原体上存在累积效应——施肥和植物多样性降低共同增加真菌植物病原体相对丰度，表明植物多样性丧失削弱了病原稀释效应，而施肥进一步加剧病原积累。研究强调，长期中等施肥与低植物物种丰富度（如从4种降至2种）的结合已足以显著改变土壤微真核生物群落，呼吁在评估全球变化影响时，需同时考虑营养富集和植物多样性丧失这两大驱动因素。
**研究结论翻译**
通过区分施肥和植物物种丰富度降低的效应，本研究表明这两种驱动因素对土壤微真核生物群落产生不同的影响。施肥直接改变土壤条件和植物生物量生产，而植物物种丰富度的丧失及群落性状值的变化则是影响地下群落的另一条独立路径。这一见解有助于解释不同研究中施肥效应的变异，其中植物多样性动态并未被明确考虑。此外，研究人员发现，即使是中等程度的长期施肥，加上在已具低植物物种丰富度的群落中进一步降低物种丰富度，也能导致土壤微真核生物群落的显著变化。综上所述，这些发现强调了长期实验的重要性，这种实验能够将直接施肥效应与植物物种减少所介导的间接效应分离开来，同时关注代表管理草地生态系统的实验性现实水平的营养富集和生物多样性变化。
