《Food and Energy Security》：Responses of Soil Properties and Microbial Communities to Long-Term Winter Land-Use Systems in the Erhai Lake Basin
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冬季土地利用系统是农业管理中重要但研究不足的组成部分，因为长期实践可能与独特的土壤条件和微生物特征相关。然而，不同冬季土地利用系统是否始终与土壤性质和微生物群落的差异相关仍不清楚。本研究比较了中国洱海流域四种长期冬季土地利用系统——冬季休耕、羊肚菌栽培、马铃薯
冬季土地利用系统是农业管理中重要但研究不足的组成部分，因为长期实践可能与独特的土壤条件和微生物特征相关。然而，不同冬季土地利用系统是否始终与土壤性质和微生物群落的差异相关仍不清楚。本研究比较了中国洱海流域四种长期冬季土地利用系统——冬季休耕、羊肚菌栽培、马铃薯栽培和油菜栽培——以评估土壤化学性质及细菌和真菌群落的差异。土壤样本采集自夏季烟草生产后可比红壤上的既有农户管理田块。研究人员采用化学分析、高通量测序（high-throughput sequencing）和多变量统计方法对土壤理化性质及细菌和真菌群落进行了表征。四种冬季土地利用系统表现出不同的土壤化学特征。休耕土壤以较高的土壤有机碳（soil organic carbon，SOC）和碱解氮（available nitrogen，AN）为特征，而油菜种植土壤pH较低且磷有效性较高。马铃薯种植土壤的速效钾（available potassium，AK）和速效磷（available phosphorus，AP）较低，而羊肚菌种植土壤速效钾较高但碳和氮有效性较低。细菌和真菌群落组成在系统间存在显著差异。羊肚菌栽培下细菌α多样性（α-diversity）和丰富度较低，而真菌α多样性变异有限。LEfSe（linear discriminant analysis effect size）分析鉴定出与不同冬季土地利用系统相关的独特细菌和真菌生物标志物类群。长期冬季土地利用系统与可比红壤上独特的土壤养分条件和微生物群落特征相关。微生物差异与土壤pH、有机质、阳离子交换量（cation exchange capacity，CEC）和养分有效性的变化密切相关。这些发现表明，不同的冬季土地利用选择对应不同的土壤化学和微生物模式，并为亚热带高原农业的土壤特异性冬季管理提供了证据。
土壤健康是农业生产力与生态韧性的基础，但正日益受到养分耗竭、结构退化和高强度土地利用的威胁。以往管理研究多聚焦于主要生长季，而对收获后至下一季播种之间的冬季间隔期关注不足。这一阶段可塑造土壤理化性质与微生物活性，其效应方向与强度随冬季土地利用选择而变化，并可能决定后续季节土壤肥力的恢复或衰退。在云南等亚热带高原系统中，冬季实践涵盖主动耕作至季节性休耕等多种形式，但关于这些选择跨期效应的定量证据仍然有限。洱海流域地处亚热带季风气候区，降雨集中于夏季、冬季干燥，土壤面临侵蚀和养分流失风险。烤烟收获后，农户主要采用四种冬季策略：马铃薯栽培、油菜栽培、羊肚菌（Morchella sextelata）栽培和季节性休耕。这些系统在有机投入质量与扰动强度上存在差异，形成反映高原农业冬季决策多样性的管理梯度。
研究人员以洱海流域古生村夏季烟草后可比红壤上的四种长期冬季土地利用系统为对象，整合土壤化学分析、高通量测序、多变量统计和网络分析，系统比较了系统间土壤养分状况、酸碱度、细菌与真菌群落组成、α多样性、生物标志物类群及共现网络拓扑的差异，揭示了不同冬季土地利用选择对应不同的土壤化学与微生物模式。研究为亚热带高原农业中土壤特异性冬季管理提供了证据，论文发表于《Food and Energy Security》。
研究在云南省大理市古生村（25.81°N，100.13°E，海拔1930 m）开展，于2024年12月从四种长期冬季土地利用系统（冬季休耕、羊肚菌栽培、马铃薯栽培、油菜栽培）中各设3个5×4 m样方，共12个样方，采集0–15 cm表层土壤复合样本。采用化学分析法测定pH、碱解氮（AN）、速效磷（AP）、速效钾（AK）、阳离子交换量（CEC）和土壤有机碳（SOC）；扩增细菌16S rRNA基因V3-V4区并基于Illumina Nextseq2000平台进行高通量测序；运用CPCoA/PERMANOVA、LEfSe、RDA、Spearman相关分析和共现网络分析进行数据解析。
3.1 冬季土地利用显著分化土壤化学性质
化学分析表明，休耕土壤（R_F）的SOC（75.7 g kg
?1）、AN（0.52 g kg
?1）和CEC（30.4 cmol kg
?1）显著高于其他处理；油菜土壤（R_R）pH最低（5.55）但AP最高（171.9 mg kg
?1）；马铃薯土壤（R_P）的AK（86.3 mg kg
?1）和AP（56.8 mg kg
?1）较低；羊肚菌土壤（R_M）AK最高（399.9 mg kg
?1）但SOC（48.0 g kg
?1）和AN（0.31 g kg
?1）最低。
3.2 微生物群落组成与多样性对冬季管理的响应
约束主坐标分析（CPCoA）显示，冬季土地利用系统分别解释细菌和真菌群落组成总变异的62.7%和61.0%（PERMANOVA，p=0.001）。细菌α多样性在羊肚菌土壤中显著降低（Shannon、ACE和Chao指数均最低），而真菌α多样性各指数在各系统间无显著差异。
3.3 生物标志物类群突出系统特异性微生物功能群
LEfSe分析（Wilcoxon p<0.05）鉴定出系统特异性细菌生物标志物（如Bacillales/Peribacillus、Clostridiales、Vicinamibacterales/Vicinamibacteraceae、Anaerolineales/Anaerolineaceae等）和真菌生物标志物（如Mortierellales/Mortierellaceae、Pezizales（含Morchella）、Hypocreales（含Fusarium）、Sordariales等）。
3.4 土壤-微生物相关性揭示不同的养分关联
Spearman相关分析显示，细菌优势属与AN（15项）、土壤有机质（SOM，11项）、CEC（10项）正相关最多，与AK（8项）、AP（4项）负相关最多；真菌与AP（8项）和AK（7项）的负相关数多于细菌，表明真菌类群对土壤养分失衡更为敏感。
3.5 不同冬季土地利用制度下的网络拓扑结构变化
共现网络分析表明，所有网络均具小世界属性。油菜土壤细菌网络 closeness centrality 最高（0.73），网络整体整合度强；羊肚菌土壤细菌网络最密集（7967条边，平均度79.67）；马铃薯土壤细菌网络最分散（closeness centrality 0.20），但真菌网络 closeness centrality 最高（0.80）。
3.6 微生物群落与土壤性质之间的关联
基于距离的冗余分析（RDA）表明，SOM（14.8%，p<0.01）、CEC（10.6%，p<0.01）和AN（9.5%，p<0.01）显著影响细菌群落结构，SOM、CEC、AP和AK是共同关键因子。放线菌门（Actinobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、假单胞菌门（Pseudomonadota）等与油菜和休耕处理密切关联，受SOM、CEC和AN正调控；子囊菌门（Ascomycota）与休耕和油菜处理正相关。
讨论部分指出，四种冬季土地利用系统在土壤化学和微生物特征上呈现系统特异性分化，并与经济收益存在权衡：马铃薯和油菜提供直接冬季生产回报，羊肚菌属高价值但依赖外部投入的真菌种植系统，冬季休耕无直接经济收益。根系相关过程可能部分解释植物基系统间的差异，但根性状和分泌物未直接测定，属推断性解释；羊肚菌系统应理解为基质支撑的真菌种植体系。共现网络代表统计关联而非直接微生物互作或稳定性证据。未来需结合受控长期试验与重复采样，并整合根性状、养分吸收、基质与灌溉投入及微生物功能指标，以评估经济-生态权衡。研究结论为：四种长期冬季土地利用系统在夏季烟草后的可比红壤上与不同的土壤化学和微生物特征相关。休耕土壤SOC和碱解氮较高，油菜土壤pH较低且有效磷较高，马铃薯土壤速效钾和速效磷较低，羊肚菌土壤速效钾较高但SOC和碱解氮较低。细菌群落组成、多样性、指示类群和网络性质在系统间存在差异，而真菌α多样性变异有限。这些微生物差异与土壤pH、有机质、CEC和养分有效性密切相关。同一冬季土地利用系统的重复使用可能逐渐强化不同的土壤条件特征，但该假设仍需通过长期
