当归种植与菌根接种：修复微量元素污染土壤微生物生态的新希望

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《Applied Soil Ecology》：Angelica cultivation and mycorrhizal inoculation improve microbial diversity, functions and network complexity of trace elements-polluted soil: A three-year field study

【字体：大中小】 时间：2025年04月22日 来源：Applied Soil Ecology 4.8

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　　当前，土壤受微量元素（TE）污染问题严峻，影响生态与人类健康。研究人员开展了为期三年的田间研究，探究当归种植及菌根真菌（AMF）接种对污染土壤微生物群落的影响。结果表明，该方式可改善微生物多样性、功能及网络复杂性，对修复污染土壤意义重大。

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　　在生态环境的大舞台上，土壤微生物就像一群默默耕耘的幕后英雄，它们在土壤的养分循环、生态系统功能维持中发挥着至关重要的作用。然而，近年来，土壤污染这一 “恶魔” 却不断侵蚀着它们的家园。其中，微量元素（TE）污染尤为突出，像汞、铅、砷、镉等这些微量元素，不仅让大片土壤变得不再适宜耕种，威胁着野生动物和人类的健康，还极大地影响了土壤微生物的生存与繁衍，抑制了生态系统的正常生物进程。

为了应对这一棘手的问题，寻找有效的土壤修复方法迫在眉睫。在此背景下，种植芳香植物用于污染土壤的修复成为了一个备受关注的研究方向。而当归（Angelica archangelica L.），作为一种具有特殊潜力的芳香植物，引起了研究人员的浓厚兴趣。它不仅能在恶劣环境中顽强生长，其种子还富含高价值的精油，若能用于污染土壤修复，或许能实现生态效益与经济效益的双赢。同时，菌根真菌（Arbuscular Mycorrhizal Fungi，AMF）接种对植物生长和土壤修复的积极作用也广为人知。基于此，来自法国相关研究机构的研究人员开展了一项为期三年的田间研究，旨在探究当归种植与 AMF 接种对 TE 污染土壤微生物群落的影响。该研究成果发表在《Applied Soil Ecology》上，为土壤修复领域带来了新的曙光。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先，通过磷脂脂肪酸（PLFA）分析来测定土壤微生物的生物量，利用不同脂肪酸标记来区分革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、腐生真菌和 AMF 等微生物的生物量。其次，运用 DNA 提取和 Illumina MiSeq 测序技术，对土壤细菌的 16S rRNA 基因和真菌的 ITS 区域进行扩增测序，从而深入分析微生物群落的多样性和结构。此外，借助生物信息学处理手段，对测序数据进行处理和分析，计算多样性指数、进行分类学注释等。同时，利用 Biolog EcoPlates 评估土壤细菌的代谢潜力，通过共发生网络分析探究微生物群落成员之间的关系。

下面来看看具体的研究结果：

细菌生物量增加：研究发现，经过三年的种植，当归显著增加了 TE 污染土壤中细菌的生物量。在初始状态下，土壤中细菌生物量占主导，但随着种植时间的推移，革兰氏阴性菌和部分情况下革兰氏阳性菌的生物量显著上升，而真菌生物量保持稳定。这使得真菌 / 细菌（F/B）比值下降，处于法国土壤较低范围，表明土壤微生物群落结构发生了明显变化。
细菌多样性改变：随着种植时间的延长，土壤细菌的多样性（以香农指数衡量）显著增加，而细菌丰富度没有明显变化。主坐标分析（PCoA）显示，2021 年的土壤细菌群落与初始状态和 2020 年相比，结构发生了显著改变，形成了独特的聚类，但 AMF 接种对细菌群落结构的影响并不明显。对于真菌群落，其多样性和丰富度在整个研究期间保持相对稳定，不过 2021 年土壤真菌群落结构与初始状态和 2020 年相比有明显差异，且 AMF 接种同样对真菌群落结构影响不大。
微生物群落组成变化：在细菌群落组成方面，Actinobacteriota、Proteobacteria 等几个主要菌门在所有条件下占主导地位。种植过程中，这些菌门的相对丰度发生了变化，例如 2020 年 Actinobacteriota 的丰度增加，2021 年 Proteobacteria 等多个菌门的丰度上升。一些具有 TE 耐受性和修复潜力的细菌属，如 Pseudarthrobacter、Sphingomonas 等的丰度也有所增加。真菌群落中，Ascomycota 和 Basidiomycota 是主要的菌门。种植后，Ascomycota 的丰度下降，而 Basidiomycota 和 Mortierellomycota 的丰度上升，同时一些关键真菌属的丰度也发生了改变。
微生物网络复杂性增强：通过构建微生物共发生网络发现，随着种植年份的增加和 AMF 接种，微生物之间的共发生关系显著增加，网络复杂性提高。2021 年，网络中的节点和边数量大幅增加，且正相关边的比例在接种处理中先下降后上升，超过了初始值，表明微生物之间的相互作用更加复杂和紧密。
土壤代谢功能改善：在土壤代谢功能方面，碳水化合物是土壤微生物最常利用的底物，当归种植显著提高了土壤微生物对所有底物的代谢潜力。同时，研究发现 C 循环基因在所有土壤处理中占主导地位，AMF 接种显著增加了 C 循环基因的丰度，以及参与发酵和芳香化合物降解的基因丰度。此外，虽然真菌营养类型的总体差异不显著，但在不同年份，一些真菌营养类型的相对丰度发生了变化，如寄生真菌减少，而木腐菌、土壤腐生菌等增加，这可能与土壤中有机物质的积累和改善有关。

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研究结论和讨论部分指出，在 TE 污染的土壤中，Actinobacteriota、Proteobacteria 和 Ascomycota 始终是主要的微生物类群。当归种植显著增加了细菌的生物量和多样性，虽然对真菌多样性和丰富度影响不大，但腐生真菌的相对丰度显著增加。种植时间的延长增强了微生物群落间的相互作用网络复杂性，提高了正相互作用的数量。同时，C 代谢相关基因的相对丰度增加，参与有机物质降解的腐生真菌也有所增加。AMF 接种进一步改善了微生物网络的结构，增加了节点和边的数量，以及正边的比例。

这项研究意义重大，它揭示了当归种植和 AMF 接种对 TE 污染土壤微生物群落的积极影响，为污染土壤的生态修复提供了新的策略和理论依据。通过合理利用当归种植和菌根接种技术，有望实现对污染土壤的有效修复，恢复土壤生态系统的功能，保障土壤健康，为农业可持续发展和生态环境保护做出重要贡献。这一研究成果为土壤修复领域开辟了新的道路，让我们在应对土壤污染问题上有了更有力的 “武器”。

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