基于原始DNA序列的集成深度学习模型用于人类样本中病毒基因组的识别 Marco De Nat, Simone Boscolo, Sonia Pilar Gallo, Loris Nanni, Daniel Fusaro

《Sensors》：Ensemble Deep Learning Models on Raw DNA Sequences for Viral Genome Identification in Human Samples Marco De Nat, Simone Boscolo, Sonia Pilar Gallo, Loris Nanni and Daniel Fusaro

　　**简单总结**
中国东北黑土地区长期采用传统农业方式导致的土壤退化威胁到了玉米生产和粮食安全，土壤健康状况恶化以及微生物活性减弱降低了作物产量。本研究通过比较三种常见的农业种植方式，探讨了结合不同施肥方法和垄作方式如何改善土壤质量、土壤微生物活性和玉米产量。研究发现，使用定制肥料并进行宽双行垄作效果最佳：该方法显著提高了土壤养分水平，使玉米产量比传统种植方式提高了11%，并增加了土壤微生物的多样性，包括能够分解有机物并将养分循环回土壤的关键微生物。氮和有机物等土壤养分是这些健康微生物群落的主要驱动因素。这种农业方法是一种实用且可持续的方式，有助于改善当地农民的土壤健康和玉米产量，支持这一重要粮食生产区的粮食供应和长期农业发展。

**摘要**
本研究调查了施肥制度和垄沟种植模式对中国东北地区春玉米根际土壤养分状况及微生物分类组成和功能的影响。比较了三种处理方式：CK（复合肥料，窄垄）、KF（配方肥料，窄垄）和BMP（配方肥料，宽双行垄）。高通量测序技术用于表征土壤细菌和真菌群落的组成和多样性。结果表明，配方肥料与宽垄种植的结合显著改善了土壤理化性质，并显著提高了玉米产量（p < 0.05）。与CK相比，BMP和KF均显著改善了微生物群落的组成和多样性。值得注意的是，BMP处理增加了子囊菌门和担子菌门的相对丰度——这些是分解土壤有机物、木质素和纤维素的关键微生物，表明这种综合管理方式增强了养分循环潜力。在三种处理方式中，BMP（N:P2O5:K2O = 1:2:1，宽130厘米双行垄）实现了最高的玉米产量（859 ± 14公斤/公顷），比传统种植方式（CK，774 ± 13公斤/公顷）提高了11.0%。我们提出，在中国东北黑土地区，将优化施肥与垄作配置相结合是提高土壤质量、微生物功能性和作物生产力的有效策略。

**1. 引言**
施肥是一种基本的农业措施，可以增加土壤养分的有效性、改善土壤结构并提高作物产量[1]。除了对植物生长的直接影响外，施肥在调节土壤微生物活性、提高产量稳定性和确保粮食安全方面也起着关键作用[2]。现代研究表明，施肥制度显著重塑了土壤微生物群落，而这些微生物群落是土壤生物地球化学循环和生态系统功能的核心[3,4]。越来越多的证据表明，施肥制度可以显著改变微生物的多样性、组成和功能潜力[5]，从而影响土壤肥力和作物表现[6]。垄沟种植被广泛用于提高水分利用效率和土壤保护，特别是在雨养或半干旱地区。最近的研究表明，垄作配置不仅改变了土壤的物理和水文性质，还作为重要的生态过滤器，影响养分动态和微生物群落的形成[7]。然而，目前尚不清楚这种综合措施如何具体调节氮转化、碳循环和植物-微生物相互作用等关键过程，尤其是关键微生物功能群落的响应。

土壤细菌是数量最多、分布最广的土壤微生物，在维持土壤生态功能方面发挥着重要作用，也是土壤质量和生产力的重要指标[8]。此外，土壤细菌通过化学信号传递促进作物生长所需的重要养分的吸收，并是碳和氮循环系统的关键驱动因素[5]。土壤细菌的多样性和丰度对提高土壤肥力和促进作物健康生长具有重要意义[6]。农业系统中的土壤细菌群落组成和多样性与土壤微生物环境密切相关。利用高通量测序技术的研究表明，根际细菌可以通过释放激素和应激相关信号来保护作物免受病原体侵害，从而增强作物抗性[9]。合理的施肥已被证明可以有效增加农田中土壤细菌的多样性和丰度[10]，进而提高整体细菌生物量，促进土壤碳和氮的有效循环和转化[11]。然而，肥料往往会通过pH值选择作用减少细菌多样性，有利于营养型细菌（如变形菌门）而非寡营养型细菌（如酸杆菌门）的生长[3]。功能结果同样显著：矿物肥料通常会刺激硝化单胞菌属的丰度增加，并导致N2O排放量增加15–30%[12]。

在土壤微生物中，真菌的数量仅次于细菌，在土壤有机物的分解和腐殖质的形成中起着重要作用。它们是土壤养分循环的主要驱动因素，对物质和能量流动有重要影响[13]。真菌群落占土壤微生物生物量的20–30%，对农业管理措施特别敏感[14]。子囊菌门和担子菌门是参与分解过程的主要门类，约占针对难降解有机化合物的酶活性的70%[15]。在真菌功能群中，某些群落具有特定的生态功能：青霉菌可以分解纤维素、半纤维素、果胶、木质素和淀粉等有机化合物[16]。莫蒂埃拉菌通过释放有机酸激活土壤磷，增强磷酸酶活性，为植物提供氮养分，并提高抗病性，从而促进植物生长和发育[17]。研究表明，人为干扰显著影响农业土壤中真菌群落的结构和多样性，其中土壤养分状况和农业管理措施是重要影响因素，因为土壤真菌群落对这些变化非常敏感[18]。

玉米（Zea mays L.）是中国最大且最具战略意义的作物，在粮食安全、动物饲料供应和工业应用中发挥着重要作用[19]。中国东北地区（NEC）是国家“黄金玉米带”的核心，贡献了全国30–35%的玉米产量，是重要的商业粮食基地之一[20]。在该地区的农业生产中，施肥作为一种提高养分供应、增加作物产量和改善作物质量的关键手段，对其对土壤理化性质的影响受到了广泛关注。然而，数十年的连续单一种植和传统施肥方式导致了严重的土壤退化，表现为土壤有机碳每年减少0.5–1.2%，微生物α多样性指数减少15–20%，真菌生物量减少40%[21,22]。这些变化严重损害了关键生态系统服务，特别是难降解有机物的分解和养分循环效率[23]。然而，关于农业管理措施对NEC地区春玉米土壤微生物特征和组成的影响的研究有限。特别是肥料和垄作应用对产量与土壤微生物关系的影响尚不清楚。尽管关于施肥和耕作方式的研究很多，但对其对根际微生物群落的综合影响及其与土壤性质、微生物动态和作物产量之间的关联机制的关注较少。我们假设，将施肥与垄作管理相结合可能会丰富土壤中的有益微生物群落，从而提高土壤生物多样性，这是植物生产力和土壤功能的基本驱动力。为填补这些知识空白，我们在不同的施肥和垄作管理方式下种植了春玉米，并对三种管理系统进行了全面比较：CK（传统65厘米单行种植，使用合成肥料）、KF（优化65厘米单行种植，使用配方肥料）和BMP（创新130厘米双行种植，使用配方肥料）。为了量化关键微生物群落参数，我们采用了高通量测序分析，评估了α多样性、β多样性和功能群落分布。本研究旨在探讨这些施肥处理对春玉米田土壤微生物生态系统的影响，重点揭示它们对根际微生物群落、多样性和功能的影响。我们的发现为优化NEC地区集约化玉米系统的土壤施肥管理提供了重要见解，直接为国家“高标准农田”发展计划提供了参考。

**2. 材料与方法**
**2.1. 研究地点**
实验地点位于中国东北黑龙江省拜安县农业科学研究所的示范区内（北纬45°54′28″–46°40′18″，东经126°45′53″–127°42′16″，图1），代表了该地区肥沃黑土带的典型集约化玉米生产系统。该地区具有温带大陆性季风气候，季节变化明显，年平均气温为2.9°C，1月份最低温度为-25°C，7月份最高温度为22°C，年太阳辐射量为4800–5200 MJ m?2，年日照时间为2640小时。降水量具有明显的季节性，年平均降水量为560毫米，其中约70%发生在夏季生长季节（6月至8月），潜在蒸散量为850毫米。主要土壤类型为棕壤，由黄土母质发育而成，具有良好的农业性质。该实验地点在过去15年中一直采用传统管理方式种植玉米，包括每年深耕30厘米，以及平均每年施用250公斤氮肥、100公斤五氧化二磷和120公斤钾肥。

**2.2. 实验处理**
2019–2023年间，在拜安县农业科学研究所的示范区内建立了多个监测地块，每个地块面积为700厘米×520厘米（约35平方米）。实验区的土壤被归类为重壤土（黑土）。实施了三种施肥和垄作管理方式：CK（对照组，施用缓释复合肥料SACF，窄垄种植，垄宽65厘米）、KF（配方肥料，窄垄种植，垄宽65厘米）和BMP（配方肥料，宽双行垄种植，垄宽130厘米）。CK处理施用了45% SACF复合肥料（N15–P15–K15%），施用量为375公斤/公顷，垄宽65厘米。KF和BMP处理均使用相同的矿物肥料配方，包括46%尿素、46%三重过磷酸钙和50%硫酸钾，N:P2O5:K2O = 1:2:1，施用量为300公斤/公顷。KF处理在窄垄（65厘米）上进行种植，而BMP处理采用宽垄（130厘米）和双行种植模式。对于CK和KF处理（窄垄65厘米，单行种植），行间距为65厘米，株间距为30.6厘米。对于BMP处理（宽垄130厘米，双行种植），每个130厘米的垄上种植两行，行间距为50厘米，垄中心间距为130厘米。所有处理的种植密度均为50,250株/公顷，肥料通过人工开沟均匀施用。杂草控制通过人工锄草和垄形成时施用除草剂（乙酰氯）进行。灌溉采用喷灌系统统一管理，根据当地传统做法在关键生长阶段保持适当的土壤湿度。

**2.3. 采样方案**
中国东北地区的春玉米主栽品种于5月在监测地块播种，每年9月成熟。经过五年的不同管理方式后，定期进行调查以评估与垄相关的农艺因素。2023年8月15–20日期间在玉米收获期间采集土壤样本。每个地块选取五个采样点，采用S形采样模式以确保代表性。使用直径5厘米的不锈钢钻头从0–20厘米的耕作层采集土壤芯样。将同一地块的五个芯样合并为一个复合样本。手动去除可见的根系、石块和有机杂物。新鲜的土壤样本被立即送往实验室，在那里它们被分成三个子样本：一个样本在4°C下储存，用于分析无机氮（NO3?-N和NH4+-N）；另一个样本在液氮中快速冷冻并储存在-80°C下，以备后续的DNA分析；剩余的样本则被风干、研磨并过筛（2毫米和0.25毫米），以便分析其他物理化学性质。

2.4 分析方法
2.4.1 土壤物理化学性质的测定
表1显示了用于测量物理化学性质的方法。

2.4.2 玉米产量
当玉米达到生理成熟期，其特征是籽粒乳线消失并出现黑色层时，从每个处理区收获所有的玉米穗。随后将籽粒脱粒，并使用谷物水分仪（型号8188-A，山东泽顺电子科技有限公司，德州，中国）测定其水分含量。每个处理区的测量产量都调整到标准水分含量14%，以获得最终产量。

2.4.3 土壤微生物DNA提取
使用商业土壤DNA提取试剂盒（MagaBio Soil Genomic DNA Purification Kit（Thermo Fisher Scientific，上海，中国）按照制造商的规格从不同处理的土壤样本中分离出土壤微生物基因组DNA。提取后，通过分光光度法定量DNA浓度和纯度，以确保其适合下游的高通量测序应用，吸光度比值（A260/280和A260/230）在1.8–2.0的最佳范围内。

2.4.4 PCR扩增和测序
使用细菌特异性引物对338F（5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3′）和806R（5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′）通过PCR扩增16S rRNA基因的V3-V4高变区。使用真菌特异性引物对ITS1F（正向：5′-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3′；反向：5′-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3′）在优化的PCR条件下扩增真菌核糖体DNA的高变ITS区。PCR扩增在20 μL体积中重复三次，包含4 μL的5×缓冲液、2 μL的2.5 mM dNTPs、0.8 μL的每种引物（5 μM）、0.4 μL的聚合酶和10 ng的模板DNA。热循环条件如下：初始变性在95°C下3分钟，然后是27个循环（对于细菌）或35个循环（对于真菌），每个循环包括95°C下的30秒变性、55°C下的30秒退火和72°C下的45秒延伸，最后在72°C下延伸10分钟。扩增产物在含有溴化乙锭的1%（w/v）琼脂糖凝胶上进行电泳以评估视觉质量，随后使用QIAquick PCR Purification Kit（QIAGEN，希尔德恩，德国）进行纯化。验证后的扩增子随后在Illumina HiSeq平台（圣地亚哥，CA，美国）上进行测序（2 × 250 bp双端测序），以生成高分辨率的微生物群落谱型，在整个实验过程中包括适当的阴性对照以监测潜在污染。

2.4.5 数据处理和分析
使用SPSS 22.0（IBM公司，阿蒙克，NY，美国）进行统计分析，并使用R（版本4.0.4）生成图表。进行了单因素方差分析（ANOVA）和Duncan的多重比较。使用LEfSe软件（http://huttenhower.sph.harvard.edu/galaxy/，访问日期2026年3月26日）实施了线性判别分析（LDA）效应大小（LEfSe）。使用Wekemo Bioincloud（https://www.bioincloud.tech/task-meta，访问日期2026年3月26日）进行了冗余分析（RDA），以评估环境因素对玉米产量和土壤微生物群落组成的影响。

3. 结果
3.1 物理化学性质和玉米产量
与CK相比，BMP处理显著改善了多种土壤物理化学性质。土壤pH值从5.1 ± 0.2增加到5.9 ± 0.2（p < 0.05），而NH4+-N和TN分别增加了76%和61%（p < 0.01）。BMP处理下的土壤有机质也有所增加（p < 0.05）。KF处理在三个组中表现出最低的TP（0.08± 0.01 g kg?1）、AK（168 ± 2 g kg?1）和水分含量（29.4 ± 0.5%）（图2）。
图2. 施肥和垄作制度对春玉米根际土壤物理化学性质和产量的影响。(A) NH4+-N；(B) pH；(C) Olsen-P；(D) 水分含量；(E) TN；(F) TK；(G) TP；(H) NO3?-N；(I) SOM；(J) AK；(K) 玉米产量。注意：箱形图上不同的小写字母表示处理之间的显著差异，p < 0.05。玉米产量在不同处理间有显著差异，BMP处理的产量最高（859 ± 14 kg ha?1），其次是KF和CK。BMP处理的产量比CK处理高11.0%（774 ± 13 kg ha?1）。

3.2 物理化学性质与玉米产量的相关性分析
我们分析了土壤物理和化学性质与作物产量之间的相关性，发现多个指标之间存在显著关联（图3）。在p < 0.01的水平上，确定了七组高度显著的正相关：总氮与总磷、总磷与有效磷、有机质与产量、总氮与产量、总氮与总钾以及总磷与总钾。在p < 0.05的水平上，观察到了四组显著的相关性。值得注意的是，硝酸盐氮与铵态氮之间存在唯一的显著负相关。相反，铵态氮与总钾、有效磷、产量以及总氮和有效磷均表现出显著的正相关。
图3. 不同施肥和垄作制度下春玉米物理化学性质与产量之间的相关性热图。注意：颜色深度表示正相关或负相关的强度。星号表示统计显著性：* p < 0.05，** p < 0.01，*** p < 0.001。实验结果表明，土壤有机质、总氮、总磷和总钾与作物产量之间存在强烈的协同关系。此外，有效磷的含量受到总养分（TP、TK和TN）水平的显著影响，对作物产量有积极贡献。硝酸盐氮与铵态氮之间的负相关表明这些氮形式在土壤转化过程中可能存在竞争或动态相互作用。

3.3 土壤细菌群落的多样性
使用Chao1和ACE指数（用于群落丰富度）以及Simpson和Shannon指数（用于群落多样性）评估了不同施肥和垄作制度下春玉米根际细菌群落的α多样性。所有细菌指数的值顺序为BMP > KF > CK。对照（CK）和施肥处理（KF和BMP）在丰富度指数（Chao1和ACE）和Shannon多样性指数上存在显著差异。然而，在Simpson指数上各处理之间没有显著差异。
表2. 施肥对春玉米根际土壤微生物群落α多样性的影响。α多样性分析显示，不同处理之间的真菌群落结构存在显著变化，这通过互补多样性指数量化（表2）。Shannon指数显示BMP处理下的真菌多样性显著高于其他组（p < 0.05）。Chao1和ACE指数显示出一致的趋势，KF和BMP处理的值显著高于CK，表明配方施肥制度显著增强了真菌群落的丰富度。这些结果共同表明，改良的施肥方法显著影响了春玉米栽培系统中根际真菌群落的多样性和丰富度。基于Bray–Curtis距离的PCoA用于分析不同施肥和垄作制度下春玉米根际土壤微生物的β多样性。细菌β多样性表明，所有处理下的土壤细菌群落组成存在显著差异（R = 0.707，p < 0.05）。本研究获得的主要主成分（PC1和PC2）分别解释了35.93%和19.33%的变异（图4A）。三种处理之间的真菌群落组成存在差异（R = 0.644，p < 0.05），前两个主成分解释了大约57.66%的总变异（PC1：40.98%；PC2：16.68%）（图4B）。这些结果表明，不同的施肥类型对春玉米根际土壤细菌和真菌群落的结构和多样性有关键影响。

3.4 微生物群落组成和结构
使用LEfSe识别不同施肥和垄作制度对春玉米根际群落差异有贡献的关键分类单元。图5A显示了三个处理组在门水平上的细菌群落相对丰度。酸杆菌门和放线菌门在所有三个样本中最为丰富。酸杆菌门在BMP中相对丰度最高，并在KF和CK中保持主导地位。放线菌门也一直很丰富，在KF中的比例最高。与CK和BMP相比，KF样本中的Chloroflexi门显著更丰富。几个门在所有样本中的丰度较低，包括Patescibacteria、Nitrospirae、Planctomycetes和候选门（Rokubacteria和Synergistete）。图5B显示了三个样本中特定细菌属或未培养分类单元的相对丰度。与CK相比，Chujaibacteria属在KF和BMP中的丰度下降。Roseiflexaceae、Flavisolibacteria、Nordella和Bacillus是主要属，在三种处理中显示出显著差异，并呈现出一致的模式：BMP > KF > CK。
图5. 不同施肥和垄作制度对细菌门（A）和属（B）相对丰度的影响。进行了线性判别分析（LDA）效应大小（LEFSe）分析，以识别代表每个组的指示分类单元，当LDA得分超过3时，其值为显著（p < 0.05）。关于土壤真菌群落组成，图6显示了三个处理组在属水平上的主要真菌分类单元的相对丰度。在门水平上，所有处理中的主要真菌分类单元是子囊菌门、担子菌门、Mortierellomycota、Chytridiomycota、Rozellomycota和Olpidiomycota，合计占总相对丰度的97.7–98.2%。比较分析显示，子囊菌门、担子菌门和Olpidiomycota的相对丰度顺序为BMP > KF > CK，表明与CK相比有显著增加。相比之下，Chytridiomycota显示KF > CK > BMP，KF相对于CK有所富集，而BMP则表现出抑制作用。在属水平上，所有处理中的主要真菌分类单元是Purpureocillium、Gliocladiopsis、Ilyonectria和Condenascus，合计占总相对丰度的50.1–54.7%。在施肥处理中，Purpureocillium、Condenascus和Arxotrichum的相对丰度顺序为CK > BMP > KF，所有处理均显示出下降。Ilyonectria和Gliocladiopsis在BMP中的丰度高于CK，而在KF中则下降。

3.5 影响土壤细菌和真菌群落的因素
分析了不同施肥和垄作制度下细菌群落与土壤物理化学性质之间的RDA（图7A）。前两个RDA轴解释了82.88%的变异（RDA1：68.43%，RDA2：14.45%；p = 0.014）。BMP样本与SOM和TN呈正相关。KF样本与NH4+-N有强关联。研究表明，NH4+-N和水分含量是群落变化的主要驱动因素。
图7. 基于距离的冗余分析（RDA）显示细菌群落（A）和在不同施肥和垄作制度下的主要属（B）与土壤物理化学性质之间的关联（图7B）。还研究了主要细菌属与土壤物理化学性质之间的相关性（图7B）。RDA显示，土壤养分（TK、SOM、TN和Olsen-P）显著地结构化了微生物群落（RDA1：68.43%；RDA2：14.45%）。对于主要细菌属，f_Roseiflexaceae与总钾呈负相关，可能在低钾环境中得到促进。Chujaibacter与有机质呈正相关，表明其偏好高有机质含量的环境。芽孢杆菌位于负象限，表明在高氮和高磷条件下可能存在抑制作用。总体而言，趋势表明土壤养分（特别是总氮、奥尔森磷和土壤有机质）是塑造细菌群落结构的关键因素，不同的微生物类群对土壤物理化学因素表现出特定的响应。基于距离的冗余分析（RDA）显示，不同的施肥和垄作制度之间存在明显的分离（图8A）。前两个成分解释了真菌群落总变异的93.65%，其中第一个轴解释了79.47%，第二个轴解释了14.18%。BMP组聚集在右上象限，与NH4+-N、总氮和土壤有机质有很强的关联。相比之下，KF组与NO3?-N相关，而CK组与土壤物理化学因素的关联最小。图8显示了在不同施肥和垄作制度下，真菌群落（A）及其优势属（B）与土壤物理化学性质的基于距离的冗余分析。还研究了优势真菌属与土壤物理化学性质之间的相关性（图8B）。RDA显示，79.47%的真菌群落变异（RDA1）可由土壤物理化学性质解释。Purpureocillium和Gliocladiopsis与铵氮呈强正相关，而硝酸盐氮与大多数微生物特征呈负相关。土壤有机质和含水量与Ilyonectria和Condenascus的丰度有关。pH对群落结构的影响最小。

4. 讨论
4.1 施肥和垄作制度对土壤性质及玉米产量的影响
土壤养分状况对作物的健康生长和发育至关重要。施肥在春玉米生产系统中起着关键作用。施用改良肥料可以增强土壤的养分储存能力，同时有助于优化土壤结构和物理化学性质，从而提高肥料利用效率[25]。垄的几何形状不仅改变了土壤的物理和水文性质，还作为重要的生态过滤器，影响养分动态和微生物群落的组成[26]。本研究发现，BMP（配方肥料结合垄沟栽培）显著提高了NH4+-N、NO3?-N、总氮、总磷、奥尔森磷和土壤有机质。其机制可归因于垄沟微地形改良和优化养分供应的协同效应。具体来说，垄的建造通过将降水集中到沟中，增强了深层水分渗透并减少了养分流失[27]。同时，配方肥料的结合提供了适合玉米需求的宏观和微量养分的平衡供应，提高了根系对养分的吸收效率。这种提高的吸收效率减少了易被淋溶的土壤中残留的矿物氮（NH4+-N和NO3?-N）[28]。玉米产量对不同施肥处理表现出显著差异。值得注意的是，BMP处理在两个实验收获区均产生了最高的产量，平均产量为859 ± 14公斤/公顷。相比之下，对照（CK）处理的产量明显较低，为774 ± 13公斤/公顷。BMP处理下的产量提升与之前观察到的关键土壤物理化学性质的改善一致[29]。BMP处理下的优异产量表现表明，配方肥料结合垄沟栽培不仅改善了土壤养分状况和储存能力，还将这些土壤改善转化为作物生产力的提升。这些结果支持了这样的假设：管理配方肥料结合垄沟栽培可以有效优化土壤-植物养分循环，从而提高玉米产量。

4.2 施肥和垄作制度对土壤微生物群落的影响
微生物在土壤生态系统中起着关键作用，它们的数量和多样性是评估土壤肥力的重要指标[30]。本研究结果显示，在BMP和KF处理下，真菌的Chao1和ACE指数（群落丰富度）高于对照组（CK），而Simpson指数降低。这表明配方肥料和大垄栽培不仅增加了真菌群落的物种丰富度，还降低了群落均匀性。这可能是因为BMP处理改善了土壤环境，促进了某些优势真菌类群的增殖[20]。富集的微生物群落为土壤提供了稳定的微生物组成，在养分循环、疾病预防和控制中发挥重要作用[30]。对春玉米根际土壤中优势细菌门类的分析显示，在所有处理中，酸杆菌门和放线菌门的相对丰度最高。这一发现与先前的研究一致[31]，表明优势门类占据广泛的生态位，并能适应各种环境条件，尽管比例不同。我们的组间分析发现，放线菌门的相对丰度顺序为KF > BMP > CK，而酸杆菌门的顺序为BMP > CK > KF。酸杆菌门的相对丰度反映了土壤养分状况，与土壤质量呈负相关；较低的丰度与较高的土壤质量相关[3]。相比之下，放线菌主要是腐生的，能够分解复杂的木质素和纤维素，从而增加土壤养分含量并促进有机物的同化与周转[32]。这表明KF处理中的优势细菌门类可能更适应栽培条件。在属水平上，Bacillus和Flavisolibacter的观察到的丰度模式（BMP > KF > CK）为它们在提高土壤肥力方面的作用提供了现场证据。Bacillus在BMP下的优势与其已知的代谢能力相符，即难溶性磷的溶解和固氮菌株的固氮作用[33]，这可能有助于该处理下养分的增加。此外，同一处理下Flavisolibacter的富集也证实了其作为响应肥料的有益属的分类[34]。这一结果表明，BMP可以增加有益细菌的丰度。子囊菌门成为真菌中的优势门类，与先前的研究结果一致[35,36]，其次是担子菌门、Mortierellomycota和壶菌门。作为有机物质分解的主要作用者，子囊菌门[37]与担子菌门（关键的木质纤维素降解者[38]一起，构成了驱动土壤碳循环的核心真菌力量。BMP处理显示子囊菌门和担子菌门的相对丰度最高（BMP > KF > CK），表明BMP更适应特定的种植环境条件。垄沟栽培结合配方肥料优化了土壤微气候和养分可用性，从而促进了真菌的增殖和活动。

4.3 土壤微生物群落与土壤物理化学性质之间的关系
大多数先前的研究表明，土壤pH、土壤有机质和微生物生物量（MBC）是影响土壤微生物群落变化的关键因素。肥料可能被植物吸收利用，也可能在施用后留在土壤中[29]，导致原生生物、细菌和真菌群落的变化[6,39]。BMP样本与土壤有机质和总氮的正相关表明，配方肥料结合大垄耕作有利于富营养细菌群落的形成，这些细菌类群在资源丰富的环境中繁盛。相比之下，KF样本与NH4+-N的强关联揭示了一种独特的氮动态机制，可能由配方肥料策略驱动[40]。重要的是，将NH4+-N和含水量确定为整体群落变化的主要驱动因素符合已建立的生态原理，因为这两个因素对微生物代谢、渗透平衡和底物扩散至关重要。深入研究个别优势细菌属的响应揭示了土壤养分与群落组成之间的机制联系。关键土壤养分（总钾、土壤有机质、总氮和奥尔森磷）对群落的显著结构影响反映在不同细菌类群的特定生态位适应上。f_Roseiflexaceae家族成员与总钾的负相关尤其值得注意。这类成员在某些环境中通常与光养或厌氧光养生活方式相关，在低钾条件下似乎具有竞争优势[41]。相反，Chujaibacter与有机物的正相关体现了典型的富营养策略。该属可能拥有高效分解复杂有机化合物的酶系统，使其在高土壤有机质环境中成为成功的竞争者[42]。Bacillus相对于氮和磷指标位于负象限，表明在高总氮和奥尔森磷条件下存在抑制作用。虽然许多Bacillus物种以其代谢多样性和耐受性而闻名，但在这种养分饱和的环境中，它们可能会被生长更快的细菌竞争，或者对伴随大量氮和磷施肥的特定生化变化敏感[43]。关于真菌群落，BMP显著增加了子囊菌门和担子菌门的相对丰度，同时减少了某些有益属如Penicillium和Mortierella的丰度。我们的RDA结果显示，BMP样本与NH4+-N有强关联，而KF样本与NO3?-N相关。BMP下向铵主导的转变对真菌群落的组装具有深远影响。子囊菌门和担子菌门，尤其是它们的腐生成员，通常优先吸收还原态氮（NH4+）而非氧化态氮（NO3?），因为铵转化为氨基酸所需的能量较少[33,34]。Purpureocillium和Gliocladiopsis与NH4+-N的正相关支持了这一解释。这两个属包括在富有机质环境中高效利用铵的物种[44,45]。相反，BMP下Penicillium和Mortierella的减少可能反映了竞争性取代而非直接抑制。在富含铵且土壤有机质高的环境中，快速生长的分解者（某些子囊菌）可能会取代这些属在有机基质上的定殖位点[33]。此外，Penicillium物种偏好微酸性条件[34]，而BMP提高了土壤pH，可能有利于其他类群的生长。BMP诱导的向铵主导的氮循环转变，加上分解活动的增强，表明了一个更封闭、保守的养分循环系统。木质素分解能力增强的担子菌门丰度增加表明了难溶性碳的潜在转化能力，这可能有助于长期的土壤有机质动态[46]。这些功能变化，通过养分形式和物理栖息地的改变，表明BMP不仅提高了作物产量，还增强了土壤生态系统的基本过程。

5. 结论
本研究表明，将配方肥料与优化的垄沟种植相结合显著提高了土壤质量、微生物群落结构和玉米生产力。BMP策略促进了以关键分解者为主的微生物群落，表明养分循环能力得到改善。这些发现强调了在中国东北黑土地区协调土壤管理实践对于维持农业生产和土壤生态系统功能的重要性。