《Agroforestry Systems》：Coffee, microbial diversity and agroecology: a path towards sustainable production
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摘要译文：作物管理措施影响土壤和咖啡果实的微生物群落。本研究旨在比较巴西米纳斯吉拉斯州南部常规管理和农林复合管理系统下栽培的咖啡（Coffea arabica L.）土壤和果实中细菌与真菌群落的特征，每个系统设置三个生物学重复。土壤化学性质通过常规化学分析测定
摘要译文：作物管理措施影响土壤和咖啡果实的微生物群落。本研究旨在比较巴西米纳斯吉拉斯州南部常规管理和农林复合管理系统下栽培的咖啡（Coffea arabica L.）土壤和果实中细菌与真菌群落的特征，每个系统设置三个生物学重复。土壤化学性质通过常规化学分析测定，微生物群落则通过高通量测序从土壤和果实样本中确定。同时，通过孢子计数和根系定殖评估丛枝菌根真菌（AMF）。典型相关分析表明，与常规系统相比，农林复合管理系统中pH、钙（Ca）、有机质、镁（Mg）和有效磷对细菌和真菌多样性的影响更大。土壤和咖啡果实中细菌与真菌群落的β多样性在不同管理系统中表现出显著差异。然而，两者之间的α多样性指数无显著差异。在土壤样本中共鉴定出52个AMF扩增子序列变体（ASVs）。两种管理系统之间仅有少量（8%）ASVs为共有。此外，农林复合系统表现出更高的菌根定殖率和更多的孢子数量，优于常规系统。本研究结果凸显了微生物生物多样性对农业生态系统长期可持续性的重要性，但仍需进一步研究以探究功能性微生物活性及其对咖啡品质的影响。
论文解读：咖啡微生物多样性与农业生态学——基于巴西常规与农林复合管理系统的比较研究
1. 研究背景与问题
咖啡是全球广泛消费的饮品，也是支撑50多个咖啡生产国就业与收入的关键农产品。巴西作为全球最大的咖啡生产国和出口国，其咖啡经济地位举足轻重。然而，以机械化、单一种植和高农化投入为特征的常规土壤管理模式，虽提高了产量，却导致土壤有机质下降、生物多样性失衡、养分有效性降低及水土流失加剧等问题。此类管理方式使农户高度依赖农化投入，进一步损害土壤微生物结构，影响土壤肥力。因此，从常规农业向可持续农业转型已成为迫切需求，而农业生态学特别是农林复合系统被视为重要路径。在咖啡栽培中，农林复合系统能够增加局部生物多样性、减少土壤侵蚀、改善水分入渗并调节极端气候。尽管已有研究对咖啡相关微生物群落进行了表征，然而关于农林复合管理如何同时影响土壤和果实微生物群落，尤其是AMF在可持续咖啡生产中的贡献，相关研究仍十分有限。该研究提出假设：常规管理与农林复合管理会影响土壤和咖啡果实中的微生物群落，并据此开展比较研究。
2. 研究目标与主要技术方法
本研究旨在比较巴西米纳斯吉拉斯州南部常规管理和农林复合管理下Coffea arabica L.土壤和果实中细菌与真菌群落的差异。研究在巴西Campanha市开展（21.91°S, 45.46°W），属Cwb（亚热带高原气候）类型，年均降雨量1571.4毫米，年均温度18.1°C，海拔约1000米。供试品种为常规管理下的Mundo Novo和农林复合管理下的Catuaí Amarelo 2SL。于2020年6月采集土壤、细根和果实样本，每个管理系统设置三个复合样本作为生物学重复。主要技术方法包括：（1）常规土壤化学分析，测定pH、磷（P）、钾（K）、钙（Ca）、镁（Mg）、铝（Al）、有机质及阳离子交换量等参数；（2）基于Illumina NovaSeq 6000平台的高通量测序，对细菌16S rDNA基因（V3/V4区）和真菌ITS1区进行扩增与测序，并通过DADA2算法生成扩增子序列变体（ASVs）；（3）采用湿筛倾析-蔗糖离心法提取丛枝菌根真菌（AMF）孢子并计数，利用Trypan blue染色和网格线交点法评估根内菌根定殖率；（4）使用典型相关分析（CCA）、PERMANOVA（1000次置换）、主坐标分析（PCoA）、Chao1丰富度与Shannon多样性指数及Venn图和热图进行统计与可视化。
3. 研究结果
3.1 土壤化学参数与菌根特征
常规与农林复合管理下土壤化学性质存在差异。农林复合管理的剩余磷、潜在阳离子交换量、盐基饱和度、有效阳离子交换量、盐基总和、镁、土壤有机质和钙含量均高于常规管理；而铝、有效磷和钾水平在两系统间无显著差异。典型相关分析表明，pH、钙、有机质、镁和有效磷在农林复合管理中对细菌和真菌多样性的影响大于常规管理。此外，农林复合管理土壤中的菌根定殖率和孢子数量显著高于常规管理。
3.2 微生物多样性分析
测序数据显示，每个样本获得超过1.2×10?条原始读长。土壤和咖啡果实中细菌和真菌群落的β多样性在不同管理系统间呈现显著差异，但α多样性指数（Chao1丰富度和Shannon多样性）无显著差异。农林复合系统的细菌群落重复样本聚类更紧密，表明其细菌群落组成更具一致性和同质性；常规系统样本则沿第一主坐标分布在另一侧，显示管理实践显著塑造了微生物群落结构。真菌β多样性中，果实样本虽在管理系统间分化，但系统间距离较近（F统计量=1.16），而土壤细菌群落间距较大（F统计量=1.53），且重复样本间距离更远。
3.3 微生物门的相对丰度
土壤和咖啡果实中共鉴定出20多个细菌门和8个真菌门。变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteriota）、酸杆菌门（Acidobacteriota）、厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidota）、绿弯菌门（Chloroflexi）、粘球菌门（Myxococcota）和芽单胞菌门（Gemmatimonadota）为主要优势菌门，其中土壤中的代表数量大于果实。子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）为优势真菌门，果实中未知真菌门的相对丰度在农林复合管理中更高。球囊菌门（Glomeromycota）在两种管理中相对丰度均较低，这与ITS引物对该门类检测效率有限有关。
3.4 微生物属的鉴定与相对丰度
咖啡果实和土壤中共发现约15个细菌属和真菌属。鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）为唯一在果实和土壤中均存在的细菌属。真菌属Papiliotrema、Penicillium、Trichoderma、Aspergillus和Mortierella同时存在于果实和土壤中。在果实中，Aureimonas、Acidiphilium和Methylorubrum在常规管理中的相对丰度更高；Enterobacter和Actinomycetospora在农林复合管理中更丰富；Castellaniella、Enhydrobacter和Pantoea仅在常规管理果实中出现。在土壤中，Pseudarthrobacter、Chujaibacter、67-14（Solirubrobacterales）和Conexibacter在常规管理中丰度更高；Bacillus、Acidibacter和Candidatus udaeobacter在农林复合管理中丰度更高。真菌属Trehalomyces（原文Strealtiziana可能为Strealtiziana的拼写错误，此处按原文保留）和Colletotrichum在常规管理果实中更丰富，而Trichoderma在农林复合管理土壤中更丰富。Mortierella、Acrocalymma、Trechispora、Metharhizium、Geastrum和Paraconiothyrium在农林复合土壤中更显著，Aspergillus、Microascus、Beauveria和Petriella在常规管理中更丰富。
3.5 丛枝菌根真菌ASVs
在土壤样本中共鉴定出52个AMF的ASVs，其中农林复合管理中的AMF ASVs数量高于常规管理。两种管理系统间仅有8%的ASVs为共有，说明农林复合系统拥有大量特有AMF类群，反映出其微生物群落的更高特异性和多样性。
4. 总结与结论
讨论部分指出，农林复合系统中较高的pH、钙含量和有机质等土壤属性促进了微生物多样性和菌根共生体的建立。有机肥使用和植物覆盖提升了土壤缓冲能力和养分循环效率，进而有利于AMF定殖和土壤健康。β多样性差异表明管理方式强烈影响微生物群落结构，而α多样性无显著差异暗示微生物群落可能存在功能冗余。常规管理系统中较高的炭疽菌属（Colletotrichum）丰度可能对发酵过程不利，而农林复合系统较低的此类真菌丰度则可能有利于发酵品质。AMF在农林复合系统中的优势与更高的有机质、植被多样性和较少农化投入相关，这些因素创造了有利的生态位。
研究结论为：常规和农林复合系统的土壤化学参数存在差异，并显著影响土壤和咖啡果实的微生物组成。管理方式影响了β多样性，农林复合管理回收了更高的序列数量，包括28个特有ASVs。农林复合管理系统对咖啡根系和土壤中的菌根定殖及AMF孢子数量产生积极影响，有助于提升系统稳定性和性能。这些发现为采用农林复合系统作为可持续和韧性咖啡生产的战略路径提供了科学依据，其通过促进有益微生物互作、增强土壤健康，并可能减少对外部农化投入的依赖。未来研究需探索微生物变化对咖啡品质和生态系统服务功能的影响，并应采用同一咖啡品种进行比较，以更好区分管理和基因型效应。尽管仍需进一步研究功能性微生物活性和咖啡品质结果，当前结果凸显了微生物生物多样性对农业生态系统长期可持续性的重要性。
