环境干扰日益被认为是土壤生物地球化学不稳定的主要驱动因素。其中,干湿交替循环(DWCs)在全球气候变化下变得更为频繁,对土壤微生物施加了强烈的生理和物理胁迫,并经常在复湿期间触发快速的养分脉冲(Oskonbaeva et al., 2024; Singh et al., 2023; Yakubu et al., 2025)。在农业生态系统中,特别是稻田土壤,这种水分波动因水分管理措施而进一步加剧,包括中期排水、干湿交替和定期田间干燥(Echeverría-Progulakis et al., 2025a, 2025b)。这些措施有意在洪涝和非洪涝条件之间创造重复转换,产生类似 DWCs 的干扰,可能大幅改变微生物活性和养分周转(Cao et al., 2022; Majumdar et al., 2023)。与此同时,长期集约化施肥已导致全球许多农业土壤中磷(P)大量积累(Panagos et al., 2022)。过量的磷添加重塑了养分供应和微生物微环境,而重复的 DWC 周期进一步加剧了施肥引起的长期养分失衡(Kong et al., 2022; Liu et al., 2023)。虽然 DWCs 和养分输入对土壤过程的单独影响已得到广泛研究,但磷积累和 DWC 诱导胁迫对土壤 - 微生物化学计量学的交互作用仍理解不足(Kong et al., 2022; Martinengo et al., 2025)。
生态化学计量学提供了一个有用的框架,用于将资源可用性与微生物代谢需求联系起来(Cui et al., 2024; Graham and Hofmockel, 2022)。土壤微生物即使在外部养分供应波动的情况下,也努力维持相对稳定的生物量 C:N:P 比(Asada et al., 2022; Fang et al., 2022)。环境化学计量失衡可以深刻改变微生物养分限制、资源分配模式和代谢策略(Wang et al., 2023)。这些适应性反应主要体现在改变的微生物生物量化学计量学和分泌的获取碳、氮和磷的胞外酶(Brown et al., 2022; Huang et al., 2021)。由于此类化学计量调整直接调节微生物代谢,它们进一步塑造了微生物群落动态和生态系统功能(Kong et al., 2022; Mao et al., 2024; Matthews et al., 2023)。然而,在包括磷积累和重复 DWCs 的耦合变化下,化学计量重组如何桥接资源失衡和微生物生态反应仍不清楚。
土壤微生物系统对干扰的反应可以从两个互补的角度进行评估:群落抗性和功能耐受性(Du et al., 2023; Kost et al., 2024; Philippot et al., 2021; Wang et al., 2022a)。群落抗性指的是干扰下微生物群落组成的稳定性,而功能耐受性代表生态系统过程和功能在环境变化下持续的能力(Kost et al., 2024; Philippot et al., 2021; Wang et al., 2022a)。越来越多的证据表明,这两个稳定性维度并不总是同步变化,生态系统功能的维持往往以群落组成稳定性为代价(Philippot et al., 2021)。化学计量偏移可以重塑微生物养分获取策略、种间相互作用和群落构建,从而在调节群落和功能耐受性方面发挥核心作用(Zheng et al., 2025)。然而,在磷积累和 DWCs 的综合作用下,这两种属性如何响应、是否存在固有的权衡,以及化学计量重组如何介导这种权衡仍 largely 不清楚。
为了探讨不同的磷积累水平如何调节微生物对水分干扰的反应,我们建立了土壤磷积累梯度并使土壤暴露于模拟的干湿交替循环。具体而言,本研究的目的是:(1)确定磷积累如何调节 DWC 条件下与养分限制和微生物生物量相关的化学计量学;(2)探讨化学计量偏移、微生物群落构建及其生态功能之间的联系;以及(3)评估磷和水文变化共同作用下的群落抗性与功能耐受性之间的权衡。我们假设适度的磷积累在 DWC 条件下能更好地维持养分和微生物化学计量平衡,从而在很大程度上减轻微生物群落稳定性与生态系统多功能性之间的权衡。这项工作的发现将加深我们对养分和水文耦合调节土壤微生物恢复力的机制理解,并为频繁干湿交替干扰下稻田生态系统的合理磷管理和生态稳定性维持提供理论见解。