南京土壤所在根際土壤線蟲-解磷微生物網路結構和功能研究中取得進展

資源競爭和生物間捕食作用是生物群落物種組成和多樣性演變的關鍵驅動力。已有的研究較多地揭示了土壤微生物之間的資源競爭和生態位分化，但對生物捕食影響微生物多樣性和群落結構演變的作用機制仍缺乏研究，尤其缺乏在野外開放環境下的長期試驗研究。線蟲是土壤中最豐富的無脊椎動物之一，線蟲捕食作用影響了微生物的數量和功能。在農田土壤中，不同培肥措施影響了土壤結構和孔隙、有機質和養分含量、水分和酸鹼度的變化，必然影響線蟲對微生物的捕食作用以及微生物的逃避作用，從而影響微生物的分布及其養分轉化功能，然而在特殊的土壤微域中（根際-團聚體），不同培肥措施如何通過影響土壤物理和化學性質改變線蟲-解磷微生物的網路結構和磷素轉化功能仍不清楚。

中國科學院南京土壤研究所孫波課題組針對中亞熱帶典型的貧瘠旱地紅壤，基於長期有機培肥（豬糞）試驗，結合高通量測序技術，發現長期培肥後根際微生物總量和解有機磷微生物數量顯著增加，食細菌線蟲通過對解磷微生物的捕食作用促進了鹼性磷酸酶的活性，最終提高了紅壤磷素的有效供應。其關鍵機制是食細菌線蟲的優勢屬（原桿屬Protorhabditis）通過對生物網路中的共有關鍵微生物（中慢生型根瘤菌屬，Mesorhizobium）的捕食作用，增強了紅壤有機磷的生物分解。利用結構等式模型分析表明，根際土壤大團聚體中微環境（有機質、全氮、pH）比中小團聚體更為適宜生物網路的形成，食細菌線蟲的捕食作用不僅增加解磷微生物的丰度，也顯著改變了解磷微生物的群落結構，導致線蟲捕食對鹼性磷酸酶活性的促進作用更強。為了驗證線蟲捕食的促磷機制，在紅壤大、中、小團聚體中添加了相似丰度的原桿屬線蟲，證實了線蟲捕食顯著提高了解磷微生物的丰度和解磷功能。該研究結果在土壤微域尺度上，闡明了土壤線蟲與微生物的協同分布特徵對根際土壤磷素轉化的生物驅動機制，為建立紅壤生物培肥措施提供了理論依據。該成果在ISME Journal上發表（Jiang et al., 2017, doi:10.1038 /ismej.2017.120）。

圖：旱地紅壤大團聚體中線蟲捕食對根際解磷微生物數量和功能的影響。（1.線蟲優勢種-原桿屬Protorhabditis, 4.網路樞紐-中慢生型根瘤菌屬Mesorhizobium OTU1352）

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