Microbiome | 南土所张佳宝院士团队:提高农田土壤生物功能的稳定性

保护和提升土壤生物多样性及其功能稳定性是耕地健康管理的重要任务。在不同的耕作施肥管理方式下，土壤养分资源驱动了土壤生物多样性的形成和生物群落的相互作用，最终影响了农田生态系统功能的稳定性。在以往对生物多样性与生态系统功能关系（BEF）的研究中，强调养分资源调控的土壤生物多样性在稳定土壤生物功能方面的贡献，然而长期养分资源投入改变了土壤中不同营养级生物之间的相互作用关系，包括自下而上（bottom-up）和自上而下（top-down）的生物调控，最终影响了土壤生态群落的功能及其稳定性，但目前对农田土壤生物网络的长期反馈机制仍缺乏了解。

基于中国生态系统研究网络（CERN）25年以上的旱地长期施肥试验，结合高通量测序、基因芯片技术和微宇宙模拟实验，中国科学院南京土壤研究所张佳宝院士团队、孙波研究员团队和5个野外站团队开展联网研究，在区域尺度上揭示了在不同养分投入水平下，土壤生物多样性和多营养级物种互作协同影响了农田土壤生物碳转化和促进作物生长的功能稳定性。研究发现，在长期均衡施用化肥和有机无机配施下，土壤养分资源水平较高，显著增加了潜在的跨营养级生物物间互作（增幅超316％），潜在跨营养级互作比例与功能稳定性正相关，这是土壤生物功能稳定性提高的主导因素。在长期不施肥或偏施化肥（如缺磷）下，土壤养分资源水平较低，土壤生物多样性和潜在的同营养级生物间互作共同决定了土壤生物功能的稳定性。研究表明，通过合理施肥提高土壤生物多样性，特别是提高生物网络跨营养级的生物互作，从而有效提高农田土壤生物功能的稳定性，支撑集约化农田的可持续发展。

以上研究成果发表在Microbiome上。该成果得到了国家重点研发项目、国家自然科学面上基金、中科院战略先导专项和土壤所“十四五”自主部署项目的资助。