Does an enhanced microbial diversity promote the resistance of soil multifunctionality against drought events in amended soils?：地中海退化土壤的抗旱 “密码” 探寻

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《Biology and Fertility of Soils》：Does an enhanced microbial diversity promote the resistance of soil multifunctionality against drought events in amended soils?

【字体：大中小】 时间：2025年04月11日 来源：Biology and Fertility of Soils 5.1

编辑推荐：

　　在气候变化背景下，地中海土壤面临有机质和生物多样性丧失问题，威胁生态系统稳定。研究人员开展 “添加有机改良剂和微生物多样性对退化地中海土壤多功能性及其抗旱性影响” 的研究。结果发现土壤多功能性主要受物理化学因素驱动，增施有机碳可提升土壤抗旱能力。该研究对保护地中海土壤意义重大。

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　　在全球气候变化的大背景下，不同地区正经历着截然不同的气候转变。北欧地区预计在本世纪末，强降水事件的频率和强度会不断攀升；而南欧国家，尤其是地中海地区，却深陷干旱与高温的双重困境，水资源愈发稀缺。这不仅给当地的农业生产带来了巨大挑战，威胁着粮食安全，还对土壤生态系统造成了严重影响。

地中海地区的土壤，由于长期受到干旱等不利因素的影响，正面临着有机质流失和生物多样性减少的严峻问题。这些变化使得土壤生态系统的服务功能大打折扣，生态系统的稳定性也岌岌可危。以往的研究虽然分别对土壤生物多样性和土壤化学性质有所探讨，但对于二者如何共同作用于土壤多功能性及其在干旱条件下的稳定性，仍缺乏深入了解。为了填补这一知识空白，来自西班牙的研究人员展开了一项具有重要意义的研究，相关成果发表在《Biology and Fertility of Soils》上。

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研究人员为了探究有机改良剂的添加以及微生物多样性对退化地中海土壤多功能性及其抗旱稳定性的影响，采用了一系列关键技术方法。他们首先从西班牙瓜迪亚马尔绿色走廊（Guadiamar Green Corridor）采集土壤样本，该区域曾遭受有毒物质泄漏的污染。采集的土壤经过高压灭菌处理后，分别添加不同水平的有机改良剂（生物固体堆肥，BC）和四种具有不同微生物多样性梯度的接种物，构建了实验体系。实验设置了对照处理（CT）和干旱处理（DR），模拟气候变化下的干旱场景。研究过程中，运用了多种分析技术，包括测定土壤化学性质、微生物活性、土壤基因组 DNA 提取与分析，还利用线性混合模型、非度量多维缩放分析（NMDS）、结构方程模型（SEM）等统计方法对数据进行深入分析。

下面来看具体的研究结果：

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土壤水分：有机改良剂显著提高了土壤水分含量。在干旱期间，改良土壤（BC）的水分明显高于未改良土壤（NA），且接种物处理也对土壤水分有显著影响，接种物 A 处理的土壤水分含量最高1。
植物发芽和生长：生物固体堆肥的施加降低了两种植物（黑麦草 Lolium rigidum 和多花苜蓿 Medicago polymorpha）的发芽率。在生长方面，黑麦草的最终生物量受干旱负面影响，但多花苜蓿在改良土壤中生长更好，且对干旱耐受性较高23。
土壤化学性质：添加有机改良剂提高了土壤的 pH 值、总碳（C）和氮（N）含量以及多种养分的有效性。接种物处理对土壤化学性质也有显著影响，尤其是在未改良土壤中。干旱处理仅对土壤 pH 值和钠（Na）含量有影响45。
土壤微生物活性：有机改良剂对土壤微生物活性有显著影响，增强了部分酶的活性和呼吸速率，但也抑制了土壤酸性磷酸酶的活性。接种物处理同样影响微生物活性，且干旱对微生物活性的影响较小，表明土壤微生物功能对水分减少具有较高抗性67。
土壤微生物群落：在细菌和真菌的丰度方面，有机改良剂在短期内增加了土壤细菌的绝对丰度，降低了真菌的绝对丰度。实验结束时，有机改良剂提高了微生物的丰富度和多样性。在群落组成上，有机改良剂和接种物处理都显著影响了土壤细菌和真菌的群落结构，且细菌群落主要由革兰氏阳性菌主导，这可能是土壤微生物功能对干旱抗性较高的原因之一89。
土壤多功能性：有机改良剂显著提高了土壤多功能性指数，接种物处理仅在改良土壤中有影响。结构方程模型表明，土壤多功能性主要受生物固体堆肥添加和总碳含量的控制，而非微生物多样性1011。

综合上述研究结果，研究人员得出结论：在这些退化土壤中，较高的微生物多样性与土壤多功能性对干旱的稳定性并无直接关联。土壤微生物功能对水分减少具有较高抗性，可能与革兰氏阳性菌的优势有关。有机改良剂通过增加土壤有机碳，提高了植物生产对干旱的稳定性，这主要是因为有机碳对土壤保水和化学肥力的直接作用，而非对微生物丰富度或多样性的直接影响。在这些退化土壤中，物理化学因素而非细菌或真菌的生物多样性，是土壤多功能性的主要驱动因素。

这项研究具有重要意义，它揭示了地中海退化土壤在干旱条件下的生态机制，强调了防止土壤碳损失和增加有机碳含量的重要性。这为应对气候变化背景下地中海地区土壤生态系统的保护和可持续发展提供了科学依据，有助于指导农业生产和土壤管理实践，以提高土壤的抗旱能力和生态系统稳定性。

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