《Applied Soil Ecology》：Soil management legacy drives the short-term response of the soil microbiome to compost application
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土壤管理历史（有机vs常规）对细菌、真菌及古菌群落响应堆肥类型的影响。研究显示有机田真菌和古菌多样性更高，常规田受堆肥影响更大，尤其是细菌网络复杂度变化显著。堆肥类型（如橄榄渣-牛粪）影响群落富集程度，有机田真菌/古菌结构更稳定，常规田细菌网络更复杂。网络分析表明管理历史与堆肥互作效应明显，建议根据历史调整堆肥策略。
哈利玛·马拉尔（Halima Malal）| 格雷格·T·斯蒂芬森（Gregg T. Stephenson）| 克里斯蒂娜·拉兹卡诺（Cristina Lazcano）| 凯瑟琳·R·瓦茨（Katharine R. Watts）| 阿什拉夫·M·图贝莱（Ashraf M. Tubeileh）
美国加州大学戴维斯分校土地、空气与水资源系
摘要
土壤微生物组是土壤健康的关键驱动因素，因此采取促进其多样性和功能的管理措施至关重要。使用堆肥是实现这些目标的知名策略之一；然而，不同农场对堆肥应用的反应差异很大。了解影响微生物对有机改良剂反应的因素对于优化堆肥策略至关重要。在本研究中，我们调查了田间管理历史（有机农业与传统农业）如何影响细菌、真菌和古菌群落对四种不同类型堆肥（奶牛粪便堆肥、葡萄渣堆肥、橄榄渣-奶牛粪便堆肥以及混合作物残渣堆肥）的应用反应。在堆肥施用前后以及三个月后，从相邻的有机农业田地与传统农业田地采集了土壤样本。研究结果表明，有机农业田地的真菌和古菌多样性高于传统农业田地。堆肥施用对土壤微生物组结构的影响较为温和，主要影响细菌，尽管可能忽略了早期对易分解碳的快速响应。这种影响取决于田间管理历史。例如，有机农业田地中Psesudomonas stutzeri的数量增加，而传统农业田地中Brevundimonas和Gordonia terrae的数量增加。堆肥类型也影响了微生物富集的程度。橄榄渣-奶牛粪便堆肥对细菌多样性的影响最大，在两种田地中都产生了最多的富集物种。相比之下，真菌和古菌群落在堆肥施用后没有表现出显著的组成或多样性变化，其结构主要由田间管理历史决定。网络分析显示，根据田间管理历史的不同，堆肥施用的影响也有所不同：在传统农业田地中，堆肥施用增加了细菌网络的复杂性，而在有机农业田地中则降低了网络复杂性。相反，无论管理历史如何，真菌和古菌网络复杂性在堆肥施用后都降低了，其中奶牛粪便堆肥造成的降低最为明显。这些发现表明，长期管理实践的遗留效应强烈影响了堆肥施用后的短期微生物反应，这表明堆肥施用建议应根据具体的管理历史进行定制。
引言
土壤微生物组是土壤生态系统功能、植物生长和土壤健康的关键驱动因素（Saleem等人，2019年）。随着全球农业面临采用更可持续管理措施的日益压力，了解农业管理措施如何影响微生物群落对于优化农业生态系统功能变得至关重要。堆肥施用是一种广泛使用的策略，通过增加有机物质输入和改善物理化学性质来增强土壤健康（De Corato，2020年）。然而，关于堆肥对土壤微生物组影响的研究结果差异很大，一些研究显示微生物多样性增加（Heisey等人，2022年；Liu等人，2022年），而其他研究则发现影响微小或依赖于具体情境（Goyer等人，2022年；Heisey等人，2022年；Kraut-Cohen等人，2023年）。
在这种情况下，一个关键因素是田间管理历史，它通过不同的投入和干扰机制塑造了土壤微生物组，从而可能影响对新的改良剂（如堆肥）的反应。依赖合成肥料、农药和频繁耕作的传统农业系统通常会导致微生物多样性降低和土壤有机质含量减少（Morales-Salmerón等人，2024年；Sun等人，2015年），可能损害诸如养分循环、团聚体形成、碳封存和抵抗土壤传播病原体等生态系统服务。相比之下，有机农业系统限制合成投入，依靠有机改良剂、减少耕作、多样化的作物轮作和覆盖作物，通常能维持较高的土壤有机质水平，并支持更多样化的微生物群落。例如，Peltoniemi等人（2021年）发现，有机谷物轮作系统支持的细菌群落更加多样化，具有更强的特定功能，包括固氮、磷溶解、植物激素生产和病原体抑制，而传统农业系统的细菌群落较为单一，主要由通用分解者类群主导。这些微生物群落结构和资源可用性的基线差异表明，有机农业和传统农业土壤对堆肥施用的反应可能不同（Liu等人，2025年；Zhao等人，2024年）。Gravuer和Scow（2021年）指出，由于长期施用有机改良剂，有机土壤可能具有更多已被现有群落占据的饱和微生物生态位，这可能产生对堆肥传播微生物的生物抵抗。相反，微生物多样性较低的传统农业系统可能包含更多未填充的生态位和不太饱和的微生物网络，从而可能更容易接纳引入的微生物。Hartmann等人（2015年）也发现，施用农家肥的有机系统支持特定微生物类群，这些微生物适应分解复杂有机化合物（如粪便和堆肥），而没有有机改良剂的系统则容纳更多分散的、功能多样的群落，主要由适应营养限制环境的寡营养生物主导。Kraut-Cohen等人（2023年）发现，有机质含量较低的田地在堆肥添加后微生物多样性增加幅度更大。这些发现表明，长期管理实践的遗留效应强烈影响了堆肥施用后的短期微生物反应，这表明堆肥施用建议应根据具体的管理历史进行调整。
研究方法
本研究在加州州立理工大学圣路易斯奥比斯波分校的两个相距450米的田地进行，时间跨度为2018年5月至11月。2017-2018年的年降水量为277毫米，平均最低温度为8.7°C，平均最高温度为21.8°C。土壤类型为粘壤土，属于Mollisols（Xerolls）（表1）。其中一个田地自2004年起采用认证的有机管理方法，使用批准的非合成有机物质。
细菌、真菌和古菌群落α多样性的变化
线性混合效应模型分析显示，管理历史和时间对细菌ACE指数有显著交互作用（图1A）。具体来说，在传统农业田地中，细菌丰富度从第一次采样到第二次采样显著增加。然而，堆肥处理对ACE指数没有显著影响（图1A）。同时，Shannon多样性指数分析显示，管理历史、堆肥添加或采样时间对这些指标均无显著影响。
讨论
α多样性和PERMANOVA分析结果显示，田间管理历史是决定土壤微生物群落结构的主要因素，这与文献中的研究结果一致，即长期农业实践会形成不同的土壤微生物组（Geisseler和Scow，2014年；Hartmann等人，2015年；Mo等人，2024年）。在所有微生物类群（细菌、古菌和真菌）中，有机农业田地与传统农业田地之间存在显著差异。
结论
我们的田间试验表明，田间管理历史是塑造细菌、真菌和古菌群落的主要因素，有机农业田地支持更高的微生物多样性和更复杂的微生物网络。同时，堆肥施用在施用后三个月主要对细菌群落结构有温和影响，尽管这种单时间点的评估可能未能捕捉到早期对易分解碳输入的快速微生物反应。
作者贡献声明
哈利玛·马拉尔（Halima Malal）：撰写初稿、可视化处理、正式分析、数据管理。
格雷格·T·斯蒂芬森（Gregg T. Stephenson）：方法论设计、研究实施、数据管理。
克里斯蒂娜·拉兹卡诺（Cristina Lazcano）：撰写、审稿与编辑、资源协调。
凯瑟琳·R·瓦茨（Katharine R. Watts）：方法论设计。
阿什拉夫·M·图贝莱（Ashraf M. Tubeileh）：撰写、审稿与编辑、监督、资源协调、项目管理、概念构思。
资助
本研究得到了
加州州立大学农业研究所（资助编号：20–03-112）和
美国农业部自然资源保护服务创新资助计划（CIG）（项目编号：NR243A750011G003）的支持。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
