一分耕耘，一分收获。伴随各位奥维森合作伙伴们的辛勤努力，在2023年上半年中喜讯不断传来，一篇又一篇研究成果见诸各大期刊！在上半年，奥维森微生物组又新添了项目文章90+篇，影响因子累计增加了600+点，其中更有多篇成果发表于《Nature Communications》（IF=16.6）、《Water Research》（IF=12.8）、《Bioresource Technology》（IF=11.4）、《International Journal of Antimicrobial Agents》（IF=10.8）、《Soil Biology and Biochemistry》（IF=9.7）、《Science of The Total Environment》（IF=9.8）等SCI优质期刊，研究内容包括科研领域多个热点方向，涵盖扩增子、宏基因组、单菌基因组等多种项目类型。
这里小奥为大家分享北京林业大学和中国科学院沈阳应用生态研究所合作伙伴在土壤科学领域Top期刊《Soil Biology and Biochemistry》（IF=9.7/Q1）上发表的两篇研究成果，这两项研究探究了土壤微生物群落对自然与农田生态系统碳、氮、磷等储量的影响，揭示了微生物不仅其本身是土壤有机碳储量的重要来源，更在植物与土壤间的营养循环中起着重要媒介作用。
奥维森科技在研究中提供了微生物组学测序及分析服务。小奥带大家一起详细看下这两篇文章吧！
一
土壤真菌群落是绿洲-荒漠生态系统中连接植物丰富度和碳、氮、磷储量的重要整合者
合作单位
北京林业大学
研究背景
植物丰富度（PSR）对生态系统功能，尤其是生态系统碳和养分储量具有重要影响，然而丰富度与储量间相互联系的机制仍然不确定，应该考虑关键真菌类群的作用。植物与真菌之间的联系在调节陆地生态系统储量方面发挥着关键作用，增加植物碳和氮的输入可以促进土壤微生物残体积累，间接增强土壤有机碳和全氮含量，从而提高微生物群落的活性和丰度。土壤真菌群落可能通过复杂的地上和地下相互作用进一步控制生态系统的营养储备功能，提高植物丰富度和碳储量。同时，土壤真菌群落是植物凋落物和渗出物向土壤碳储存转化的重要媒介，但在不同生态系统类型（绿洲与沙漠）下，真菌功能群在植物丰富度与碳和养分储量的联系中所起的作用还需要更多的经验证据来阐明。
样本采集与处理
本研究选取了中国西北地区内蒙古黑河下游地区27个覆盖绿洲-沙漠生态系统的样点，在每个样点内随机构建3个样方（20 m×20 m）。在每个样方内（植物冠层下）的0-15cm和15-30 cm两个深度随机取样20-30个土芯，对不同土层的土芯分别进行充分混合和均匀化处理。最后共获得81个样本，提取样本DNA用于后续微生物多样性测序及分析。
测序区域
真菌ITS1；Illumina PE300
研究结果
1、绿洲和沙漠的植被和表层土壤碳、氮和磷储量
与地上组分相比，绿洲地下碳、氮、磷储量显著减少。相反，沙漠地下碳储量显著高于地上碳储量。荒漠表层土壤中氮储量和磷储量的垂直分布随土壤深度的增加而显著降低，而绿洲土壤中氮储量和磷储量的垂直分布变化不显著。绿洲和沙漠土壤（0-15 cm）和土壤（15-30 cm）的碳储量差异不显著。在绿洲和沙漠中，更多的植物物种导致植被和表土碳、氮、磷储量升高。
图1 绿洲、沙漠植被碳、氮、磷储量和土壤碳、氮、磷储量的垂直分布
2、土壤真菌功能群与植物丰富度、植被和表层土壤碳、氮、磷储量的关系
在绿洲和沙漠中，植物丰富度和植被与表层土壤碳、氮、磷储量呈正线性关系。考虑地下水、土壤因子和土壤酶活性后，只有菌根真菌丰度与植物丰富度、植被和表层土壤碳、氮、磷储量呈正相关。在沙漠中，植物丰富度、植被和表层土壤碳、氮、磷储量与腐养真菌丰度呈正相关。不同的真菌群落导致不同的植物-真菌相互作用，包括协同作用和拮抗作用。绿洲和沙漠植被碳、氮、磷储量与表层土壤碳、氮、磷储量呈正相关关系。绿洲和荒漠真菌群落丰度与植物丰富度之间的关系存在差异，植物-真菌相互作用受生态系统类型的调节。
图2 绿洲、沙漠植被丰富度和植被碳、氮、磷储量与表层土壤（0-30cm）碳、氮、磷储量的关系
图3 考虑地下水、土壤因子和土壤酶活性后，绿洲和沙漠土壤植物丰富度、主要土壤真菌功能群多样性与植被和表层土壤（0-30 cm）碳、氮、磷储量的关系
3、植物、真菌多样性、地下水、土壤因子和土壤酶活性对植被和表层土壤碳、氮、磷储量的影响
考虑地下水、土壤因子和土壤酶活性后，绿洲菌根真菌丰度与植物丰富度、植被和表层土壤碳、氮、磷储量呈一致的正相关，绿洲中的菌根真菌丰度明显高于沙漠。相反，荒漠植物丰富度、植被和表土存量与腐养真菌丰度呈一致的正相关。
图4 植物、真菌多样性、地下水、土壤因子和土壤酶活性对绿洲和沙漠植被和表层土壤（0-30 cm）碳、氮、磷储量的相对贡献
图5 绿洲和沙漠中植被和表层土壤（0-30 cm）碳、氮、磷储量的结构方程模型
研究结论
1、植物丰富度与生态系统碳和养分储量之间的关系依赖于特定真菌功能群的多样性。研究发现，绿洲和荒漠植物丰富度与植被和表层土壤（0-30 cm）碳、氮、磷储量呈正相关。
2、不同的真菌功能类群（绿洲菌根真菌和沙漠腐养菌）与植物丰富度、植被和表层土壤碳、氮、磷储量具有一致的正相关关系。菌根真菌和腐养真菌分别是绿洲和沙漠植物丰度-储量关系的重要整合者。
3、与整个真菌群落相比，真菌功能群的丰度在绿洲和沙漠植物丰富度、碳和养分储量之间起着更重要的作用。
参考文献
Wang Y, Wang J, Qu M, et al. Soil fungal guilds as important integrators linking plant richness and carbon, nitrogen and phosphorus stocks in oasis–desert ecosystems[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2023, 177: 108930.
二
在保护性耕作的农田中，真菌比细菌更能决定土壤有机碳的增加
合作单位
中国科学院沈阳应用生态研究所
研究背景
土壤碳库是最大的陆地碳库，其微小变化会对全球气候产生巨大影响。然而，农业土壤的长期管理不善可能造成巨大的碳损失，确定有利于碳封存和农业生态系统可持续发展的土壤管理措施至关重要。秸秆覆盖免耕土壤能够提高农田土壤有机碳（SOC）含量，是应对气候变化的一种很有前途的做法。微生物残体是土壤有机碳储量的重要来源，受微生物群落控制。但对农业实践到微生物群落特征，到土壤残体碳，最终到有机碳的完整联系，人们目前仍知之甚少。
样本采集与处理
试验地点位于中国科学院应用生态研究所梨树保护性耕作研究站，采用随机完全区组设计，在玉米农田上施用不同数量的玉米秸秆。秸秆覆盖管理每3年重复一次，试验期10年，分3个覆盖循环，共有五种覆盖处理方法：①常规耕作，无秸秆覆盖（CT）；②免耕免秸秆覆盖（NT-0）；③低秸秆量免耕（NT-low）:在每个覆盖周期中，第一年覆盖7.5t ha-1秸秆，后两年不覆盖；④免耕中量秸秆（NT-medium）:在每个覆盖周期中，前2年覆盖7.5 t ha-1秸秆，第三年不覆盖；⑤高秸秆量免耕（NT-high）:在每个覆盖周期中，每年覆盖7.5 t ha-1秸秆。每个处理包含3个重复，样地总数为15个。第十年采集4种深度（0-5 cm、5-10 cm、10-20 cm和20-40 cm）的土壤样本，提取DNA用于后续微生物多样性测序及分析。
测序区域
细菌16S V3-V4、真菌ITS1；Illumina PE300
研究结果
1、土壤有机碳总量与土壤有机碳的时间变化
在试验结束时，覆盖处理对深度为40cm的样本有机碳存量影响显著。秸秆覆盖免耕土壤的有机碳变化均大于零。NT-medium处理中的秸秆效率中等，但三种秸秆覆盖处理之间没有显著差异。在免耕土壤上增加秸秆增加了有机碳储量，与常规耕作相比，在0-20 cm土层中施用中、高浓度秸秆效果显著。总有机碳的增加主要来自表层土壤（0-5 cm和5-10 cm）。
图1 5个处理0-40 cm土壤有机碳储量 图1 5个处理0-40 cm土壤有机碳储量
2、微生物残体碳
所有秸秆覆盖的免耕处理都增加了最上层（0-5 cm）土壤中细菌、真菌和总微生物残体碳，但减少了最深层（20-40 cm）土壤中真菌残体碳。与常规耕作相比，免耕处理增加了10-20 cm土层的细菌残体碳。免耕和秸秆覆盖对土壤最上层和最深层的总氨基糖含量和微生物残体碳含量有显著影响。与NT-low相比，NT-medium和NT-high处理显著增加了0-5 cm土层的葡萄糖胺、半乳糖胺、总氨基糖、真菌和总微生物残体碳。当施用免耕和秸秆覆盖处理时，最上层土壤中真菌残体碳占有机碳的比例增加，但细菌残体碳占有机碳的比例减少，而最深层土壤情况相反。土壤管理显著改变了真菌与细菌残体碳的比例，特别是在常规和免耕处理之间。
图5 绿洲和沙漠中植被和表层土壤（0-30 cm）碳、氮、磷储量的结构方程模型
3、微生群落特征
免耕和秸秆覆盖增加了最上层土壤G-和G+细菌、真菌和总微生物生物量，最深层土壤情况与之相反。免耕和秸秆覆盖降低了最上层土壤细菌丰富度，但增加了所有土层的真菌丰富度。在表层和深层土壤中，门水平微生物受土壤管理措施影响显著。
图3 不同土壤深度处理的总磷脂脂肪酸(PLFA)和不同类型磷脂脂肪酸含量
图4 土壤理化性质和土壤微生物群落的RDA分析
4、微生物群落特征与有机碳的关系
总有机碳主要由真菌而不是细菌残体碳控制，与细菌相比，真菌残体碳与微生物群落特征的相关性更大。在最表层和最深层两层土壤中，更多的细菌门和真菌纲与真菌残体碳有显著的关系。所有秸秆覆盖处理都显著增加了PLFA含量，但只有中量和高量秸秆覆盖显著增加了微生物残体碳。PLFA所代表的真菌生物量与细菌生物量的比例在不同处理之间没有变化，而残体碳的比例则受到耕作和秸秆覆盖的显著影响。
图5 不同深度土壤秸秆量对土壤管理处理、微生物群落特征、微生物残体碳和土壤有机碳含量的影响及耕作对土壤有机碳含量影响的通径分析
图6 细菌/真菌残体碳含量与不同深度土壤细菌、真菌相对丰度之间的Pearson相关性热图
图7 不同深度土壤总微生物残体碳和总PLFA含量及真菌与细菌残体碳之比、真菌生物量与细菌生物量之比
研究结论
1、免耕加中量或高量秸秆覆盖是提高土壤有机碳储量的有效措施，中等数量的秸秆在秸秆投入和碳储存目标之间实现了最佳权衡。
2、免耕处理增加了表层真菌与细菌残体碳的比值，但降低了深层残体碳的比值。
3、真菌残体碳在土壤有机碳积累中起主导作用，而非细菌残体碳，这一过程主要由真菌生物量和群落结构介导。
参考文献
Yang Y , Xie H , Mao Z ,et al. Fungi determine increased soil organic carbon more than bacteria through their necromass inputs in conservation tillage croplands[J].Soil Biology and Biochemistry, 2022, 167:108587.
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