《Agriculture, Ecosystems & Environment》：Microbial network stability is linked to soil multifunctionality and functional trade-offs under long-term fertilization in a dryland agroecosystem
编辑推荐：
•基于粪肥的施肥使土壤多功能性提高了208%–221%。•粪肥改良显著增强了细菌和真菌网络的稳定性。•在基于粪肥的施肥条件下，土壤功能呈现出协同关系。•网络稳定性与更高的多功能性以及较弱的功能权衡相关。引言干旱地区约占全球陆地面积的41%，包含大面积的农田，对全球粮食生产和生
- •
基于粪肥的施肥使土壤多功能性提高了208%–221%。
- •
粪肥改良显著增强了细菌和真菌网络的稳定性。
- •
在基于粪肥的施肥条件下，土壤功能呈现出协同关系。
- •
网络稳定性与更高的多功能性以及较弱的功能权衡相关。
引言
干旱地区约占全球陆地面积的41%，包含大面积的农田，对全球粮食生产和生态稳定性有重要贡献（Reynolds等人，2007）。这些生态系统具有固有的功能脆弱性，其中土壤过程之间的协调作用容易受到外界干扰的影响（Hu等人，2021）。虽然集约化农业是提高耕地生产力的关键策略，但长期高强度利用往往会导致土壤退化和功能失衡，从而危及土壤过程的长期可持续性（Lal，2009）。在维持作物产量的同时实现多种土壤功能的协同增强，是干旱地区农业可持续发展的重大挑战。
土壤多功能性（SMF）指土壤同时维持多种功能的能力，包括养分供应、碳固存和生物多样性维持等，越来越被视为农业可持续性的基石（Delgado-Baquerizo等人，2016；Manning等人，2018）。然而，农业管理往往引起异步响应，触发功能权衡，即一种功能的增强伴随着另一种功能的下降，这是由于对不同驱动因素的相反响应或对有限资源的竞争所致（Bennett等人，2009；Bradford和D'Amato，2012）。尽管人们对SMF的兴趣日益增长，但功能权衡的幅度和机制仍然知之甚少，特别是在水资源受限的农业生态系统中，资源匮乏可能加剧功能失衡（Schulte等人，2014）。
微生物群落是大多数土壤生物地球化学过程的基础（Du等人，2022）。微生物多样性和组成描述了物种的出现和丰度，但它们对群落组织如何在环境压力下维持多种功能提供的信息有限（Fuhrman，2009；Faust和Raes，2012）。微生物共现网络表征了物种间的潜在关联，越来越多的证据表明，网络属性对土壤功能的解释作用超出了分类学多样性（Wagg等人，2019）。Long等人证明了微生物网络稳定性比网络复杂性或微生物生物多样性更强地预测SMF（Long等人，2025），Hou等人发现细菌-真菌关联和网络稳定性支撑了沙漠恢复过程中的生态系统多功能性（Hou等人，2026）。
微生物网络稳定性可能通过缓冲微生物介导的过程免受物种丧失或环境干扰的影响，从而维持多功能性并削弱功能权衡。结构稳定的网络可能对级联中断的脆弱性较低，并且在特定物种或连接丢失时能保留替代关联途径（Wu等人，2010；Yuan等人，2021）。这种缓冲作用可能使不同的土壤功能在资源限制条件下做出更均衡的响应，从而降低权衡强度。将微生物网络组织与多功能性联系起来并识别功能性冗余或关键物种的证据为该机制提供了间接支持（Banerjee等人，2016）。尽管共现模式仅提供此类缓冲的间接证据，但在干旱灌溉农田长期施肥条件下，微生物网络稳定性是否与SMF和功能权衡均相关仍不清楚。
施肥制度可以重塑微生物群落并改变土壤功能（Geisseler和Scow，2014）。有机改良剂，特别是粪肥，通过增加土壤有机碳、刺激微生物活性和改善养分保留来增强土壤肥力和作物产量（Maillard和Angers，2014；Cai等人，2019）。有机-无机配施通过平衡快速养分供应与持续的有机质积累来增强产量可持续性（Yang等人，2025）。尽管已有研究表明有机施肥对土壤功能具有益处，但其如何影响不同功能之间的关系仍不清楚。
我们使用了位于中国新疆的一个包含九种施肥处理的33年田间试验。这一长期试验能够捕捉土壤性质和微生物群落的累积的、与处理相关的变化，同时该地点的高pH值、依赖灌溉的条件为在强环境和资源约束下研究施肥效应提供了适当的环境。具体而言，我们的目标是：（1）评估施肥对五种机制上不同的土壤功能（养分供应、碳固存、物理结构稳定性、缓冲能力和生物多样性维持）的影响，并量化SMF和功能权衡强度；（2）表征细菌和真菌网络稳定性并识别不同施肥处理下的关键物种；（3）使用分段结构方程模型（pSEM）评估施肥投入、微生物网络稳定性、SMF和功能权衡强度之间的直接和间接路径。我们假设基于粪肥的施肥将增强微生物网络稳定性和SMF，同时降低功能权衡强度，并且更高的网络稳定性将与更高的SMF和较弱的功能权衡相关。通过揭示不同施肥策略下土壤功能协同与权衡的机制，本研究为干旱地区农业的可持续管理提供了机制性见解。
部分摘录
场地描述
土壤样品采集自中国新疆维吾尔自治区乌鲁木齐的一个长期试验站（北纬43°58′，东经87°25′）。该试验站建立于1990年，是国家土壤肥力与肥料效应长期监测网络的组成部分。该场地海拔600米，具有中温带干旱至半干旱沙漠气候。年平均气温为7.6°C，年累计有效温度为1734°C。年平均降水量为310毫米，
土壤多功能性和作物产量对长期施肥的响应
五种土壤功能对九种施肥处理表现出不同的响应（图1）。养分供应（NS）和碳固存（CS）在基于粪肥的改良处理（M、NPKM和HNPKM）下最高，相比CK分别增加了599%–667%和499%–610%（P < 0.05；图1a、b）。HNPKM两种功能的值最高（分别为0.91和0.92）。NPKS和NPK也产生了两种功能相比CK的显著增加，其中CS显著更高
基于粪肥的施肥增强土壤多功能性
在33年的施肥之后，三种添加粪肥的处理实现了最高的SMF，相比CK增加了208%–221%，且三者之间无显著差异（图1f），这与我们假设的基于粪肥的施肥将增强SMF一致。尽管HNPKM的NS和CS显著高于M和NPKM（图1a、b），但这三种处理的PSS、BC、BM和微生物网络稳定性相当（图1c-e；图3d）。因此，HNPKM下的额外投入
CRediT作者贡献声明
李芳芳：撰写–审阅与编辑，撰写–初稿，调查，概念构思。王夕合：撰写–审阅与编辑，方法论。黄雅平：方法论，调查。李欣：方法论，调查。吴磊：调查。杨金宇：调查。徐万里：调查，概念构思。张文菊：撰写–审阅与编辑，基金获取。
利益冲突声明
作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能影响本文所报道的工作。
致谢
本研究得到新疆维吾尔自治区重大科技项目（2022A02007-1）资助。
李芳芳|王夕合|黄雅平|李欣|吴磊|杨金宇|徐万里|张文菊
