《Diversity》：Florpyrauxifen-Benzyl Drives Dose- and Time-Dependent Changes in the Structure and Function of Fungal Communities in Rice Rhizosphere Soil by Modulating Soil Physicochemical Properties
编辑推荐：
除草剂对于保障粮食生产和提高农业产量至关重要；然而，其残留可能改变土壤生态，并经由生物富集对动物、植物和人类构成风险。氯氟吡啶酯（Florpyrauxifen-benzyl）是一种新型除草剂，现有研究主要集中于其除草效果、作物安全性及一般环境影响。然而，关于其
除草剂对于保障粮食生产和提高农业产量至关重要；然而，其残留可能改变土壤生态，并经由生物富集对动物、植物和人类构成风险。氯氟吡啶酯（Florpyrauxifen-benzyl）是一种新型除草剂，现有研究主要集中于其除草效果、作物安全性及一般环境影响。然而，关于其施用对土壤真菌多样性的影响仍知之甚少。为阐明氯氟吡啶酯的降解途径及其对土壤微生物的影响，本研究采用液相色谱和高通量测序技术，分析了除草剂施用后氯氟吡啶酯残留、土壤理化性质变化以及土壤真菌群落的改变，从而揭示氯氟吡啶酯与土壤真菌之间的相互作用。研究结果表明，与未处理对照相比，10倍推荐剂量显著提高了Pseudeurotium bakeri和Phialophora cyclaminis的相对丰度。此外，在后期采样阶段，5倍和10倍推荐剂量组的真菌多样性指数显著高于未处理对照组和推荐剂量组。氯氟吡啶酯施用后，各处理组的核心真菌群落与未处理对照存在显著差异。这些发现为氯氟吡啶酯的安全合理使用提供了指导，并为土壤污染的生态监测和除草剂降解机制的阐明提供了理论框架和科学依据。
论文解读
一、研究背景与科学问题
除草剂是保障粮食生产、提高农业产量的关键农用投入品，但长期施用可能导致其在土壤和水体中大量残留，进而对土壤生态系统产生潜在风险。氯氟吡啶酯（Florpyrauxifen-benzyl）作为一种新型除草剂，通过干扰植物生长发育发挥除草功效——其与靶标位点结合后破坏植物正常生理过程，导致植株畸形直至死亡。该除草剂主要通过叶片吸收，少量经根系摄取，并经由维管组织转运至生长点积累，从而杀灭目标杂草。然而，目前关于其环境归趋（包括残留和代谢）的报道仍然有限，分析方法的发展因此成为研究重点。
已有研究涉及土壤水分对氯氟吡啶酯吸收、转运和代谢的影响，鉴定出其水解产物为氯氟吡啶酸（florpyrauxifen-acid），并建立了有效成分的分析检测方法。在除草剂对土壤微生物和理化性质影响方面，已有研究探讨了甲磺隆对土壤生物降解能力和氮转化的影响、阿特拉津对土壤团聚体和有机碳的作用，以及草甘膦对土壤碳、氮、磷动态的影响。不同除草剂对微生物多样性的影响也有报道，如啶磺草胺改变了与土壤氮碳循环相关的优势菌门和功能菌属，长期烟嘧磺隆暴露提高了细菌和古菌的α多样性，阿特拉津显著增加了放线菌的相对丰度，氯嘧磺隆低浓度促进而高浓度抑制土壤微生物群落多样性。
然而，现有研究主要集中在除草效果、药剂兼容性、对当茬和后茬作物的安全性、土壤吸附与转运、水生植物响应以及对土壤细菌群落的影响等方面，氯氟吡啶酯残留对土壤真菌群落结构的影响仍知之甚少，土壤真菌群落的生态角色和潜在响应性尚未得到充分阐明。为明确氯氟吡啶酯对土壤真菌的扰动规律并评估相关土壤生态风险，研究人员开展了本研究。
二、研究设计与主要技术方法
本研究采用中国东北黑龙江哈尔滨稻田黑土，在室外盆栽系统中开展水稻试验。供试土壤采自哈尔滨稻田（46.00° N, 126.64° E），试验在黑龙江大学生命科学学院盆栽试验设施（45.71° N, 126.62° E）进行，土壤类型为黑土，前3–5年主要种植当地优势水稻品种五优稻1号，无微生物接种史。试验设置4个处理：F0（未施药对照）、F1（5 g a.i. ha?1，推荐剂量）、F5（25 g a.i. ha?1，5倍推荐剂量）和F10（50 g a.i. ha?1，10倍推荐剂量），共48盆，于施药后第1、5、15、30天破坏性采样。
研究采用的主要技术方法包括：超高效液相色谱法（UPLC）测定土壤中氯氟吡啶酯残留量并计算降解半衰期；滴定比色法、凯氏定氮法、火焰光度法等测定土壤总氮（TN）、总磷（TP）、总钾（TK）、有机质（SOM）、含水量和pH六项理化指标；基于PacBio Sequel II平台的真菌18S rRNA基因全长高通量测序；QIIME 2和USEARCH进行OTU聚类与物种注释；FUNGuild进行真菌功能注释；LEfSe分析筛选差异标志物种；共现网络分析揭示属间互作模式；冗余分析（RDA）解析除草剂残留、土壤理化性质与真菌群落间的关联。
三、主要研究结果
3.1 氯氟吡啶酯在土壤中的残留动态
氯氟吡啶酯施用后在水稻土中产生可检测的残留积累，残留浓度随施用剂量增加而升高，所有处理组残留浓度在30天试验期内持续下降。F10、F5和F1处理的降解曲线均较好地拟合指数衰减函数，R2值分别为0.92、0.88和0.84。
3.2 氯氟吡啶酯对土壤理化性质的影响
土壤总氮、总磷、有机质和pH均对除草剂剂量和培养时间表现出明显的动态响应，剂量与培养时间之间存在交互效应。高剂量处理显著调节了土壤氮磷有效性、有机质分解和土壤酸碱状态，扰动主要发生在培养前期（第1天和第15天），至第30天各处理间差异逐渐趋于稳定。
3.3 氯氟吡啶酯对水稻根际土壤真菌群落结构的影响
3.3.1 对土壤真菌物种组成的影响
优势真菌门为子囊菌门（Ascomycota，7.796–74.625%）、壶菌门（Chytridiomycota，0.958–70.28%）、被孢霉门（Mortierellomycota，4.123–50.78%）等。培养期间，壶菌门、球囊菌门（Glomeromycota）和Aphelidiomycota相对丰度显著增加，而子囊菌门、被孢霉门等显著下降。第15天，F5和F10组子囊菌门相对丰度较对照显著增加；第30天，F10组Monoblepharomycota和Blastocladiomycota显著高于对照。优势属包括被孢霉属（Mortierella）、瓶霉属（Phialophora）、毛壳菌属（Chaetomium）、镰刀菌属（Fusarium）等。第30天，F10组镰刀菌属和曲霉属（Aspergillus）较对照显著增加。物种水平上，10倍推荐剂量显著提高了Pseudeurotium bakeri和Phialophora cyclaminis的相对丰度。
3.3.2 对土壤真菌多样性的影响
第15天，F1组ACE和Chao1指数较对照显著降低，F5组Chao1指数显著升高。第30天，F10组Shannon、ACE和Chao1指数均较对照和F5组显著升高。PCoA分析显示四组样本在排序空间中明显分离，F0对照与所有施药组分离最为清晰，群落组成呈剂量依赖性变化。PERMANOVA分析表明，第1天和第5天各组间无显著差异，第15天和第30天出现显著组间差异。βNTI值在所有采样时间点均处于?2至2范围内，表明真菌群落组装主要处于确定性与随机性过程的过渡区。
3.3.3 真菌群落差异显著性分析
LEfSe分析揭示了各处理组核心真菌类群的动态演替。F0组核心类群从第1天的Discosia和Discosia pseudoartocreas逐步转变为第30天的Clonostachys和Bionectriaceae；F1组从第1天的镰刀菌属和Talaromyces等转变为第30天的壶菌门；F5组从第1天的Phialophora和Phialophora cyclaminis演替至第30天的Lobulomycetes纲；F10组从第1天和第5天的被孢霉属（Mortierella rishikesha和Mortierella hyalina）转变为后期的枝孢属（Cladosporium）。
3.3.4 土壤真菌物种相关性网络分析
属级共现网络显示，各处理组核心网络类群随时间和剂量发生更替。F0组核心类群从第1天的Phialophora和Discosia转变为第30天的Mortierella、Condenascus等；F10组从第1天的Mortierella和Phialophora转变为第30天的Mortierella、Botryotrichum和Aspergillus。36个分析的真菌属间未检测到负相关，全部呈现正相关关系。
3.3.5 土壤真菌功能预测分析
FUNGuild功能注释显示，施药后第1天，各处理组腐生营养型真菌相对丰度较对照显著升高，致病营养型显著降低；第30天，各处理组腐生营养型显著降低，F10组致病营养型显著升高，F5和F10组共生营养型显著升高。与F0D30相比，F10D30中未分类腐生真菌显著降低，而内生真菌、动物病原菌、土壤腐生真菌等9个功能类群显著升高。
3.3.6 氯氟吡啶酯残留与土壤理化性质及真菌优势属的相关性分析
与氯氟吡啶酯残留正相关的环境因子排序为含水量（MC）> pH > 总钾（TK）> 总磷（TP）；负相关的环境因子排序为培养天数 > 总氮（TN）> 有机质（OM）。与残留正相关的真菌属排序为Aspergillus > Phialophora > Fusarium > Penicillium > Chaetomium > Mortierella；负相关的真菌属排序为Talaromyces < Gelasinospora < Discosia < Botryotrichum。
四、讨论与结论
讨论部分指出，氯氟吡啶酯对土壤理化性质的影响具有时间和剂量依赖性，但并非所有指标均对除草剂胁迫产生响应。与同类除草剂研究相比，高剂量处理在培养中后期提高真菌α多样性的现象与乙草胺和噁唑菌酮的土壤微宇宙实验结果一致，可能是高浓度除草剂胁迫下某些耐受类群增殖所致。部分稻田除草剂研究报道除草剂降低真菌多样性，这种差异可能归因于除草剂化学类别、初始土壤微生物群落组成和采样时间窗口的不同。PERMANOVA结果中群落分化主要发生在中后期，与“滞后响应”模式一致。子囊菌门和被孢霉门为优势菌门，与东北稻田土壤的背景群落结构一致。功能注释发现同一功能类群内部分真菌属丰度下降伴随其他类群增加，暗示群落内存在功能冗余和补偿性增殖机制。
研究结论为：氯氟吡啶酯在推荐剂量、5倍和10倍推荐剂量施用于盆栽水稻土后，残留遵循负指数衰减函数。较高施用剂量对土壤真菌群落结构产生显著影响：与未处理对照相比，10倍剂量组中Pseudeurotium bakeri和Phialophora cyclaminis的丰度分别在第5天和第15天显著增加；5倍和10倍剂量组的真菌多样性指数在第15天和第30天显著高于对照和推荐剂量组；施药后第1天，施药组与对照组的核心真菌微生物组组成即存在显著差异；不同施用剂量对土壤真菌营养类群丰度的影响随时间变化——与对照相比，腐生营养型丰度在施药当天（第0天）增加但在第15天和第30天降低，致病营养型在第1天至第15天的三个时间点降低，共生营养型在第1天至第30天的四个时间点显著增加。这些发现为阐明氯氟吡啶酯对土壤真菌的扰动规律、减轻作物根部土传病害以及预防土壤微生态失衡提供了理论依据。
