不同生态系统中的土壤微生物群落组成和多样性特征被广泛报道，目前需要探索的一个关键问题是，如何将这些微生物类群与生态系统功能进行关联。近年来，宏基因组测序技术对揭示土壤微生物驱动的生物地球化学过程提供了技术支撑。然而，目前宏基因组学研究大多专注于表层土壤，而深层土壤中的微生物群落或许对土壤长期碳固存具有重要影响。因此，要充分了解土壤生态系统功能，对深层土壤微生物群落功能特征的研究不可忽视。

黑土是宝贵的土壤资源，在我国土壤分类系统中被命名为均腐土纲（Isohumosols），根据水分状况进一步划分为干润（Ustic）和湿润（Udic）均腐土亚纲。东北地理所农田分子生态学科组研究人员基于土壤剖面诊断层特征采集的干润和湿润均腐土样本，利用宏基因组测序技术，对均腐土剖面微生物介导的碳、氮和磷循环过程基因的耦合关系进行了系统分析。结果表明均腐土剖面微生物功能基因多样性受均腐土亚纲分类和诊断层的显著影响，功能基因多样性和微生物在属水平上的多样性呈显著正相关关系（图1）。冗余分析（RDA）和随机森林模型（RF）表明土壤pH对微生物功能基因的影响最大，其次是碳质量（CQI，图2）。相比母质层（C层）土壤，腐殖质层（Ah层）土壤的氮矿化和不稳定碳降解相关基因的相对丰度显著增加，而土壤惰性碳降解、反硝化作用和磷循环相关基因的相对丰度显著降低（图3）。网络分析结果表明，相比腐殖质层，母质层土壤的微生物功能基因相互作用更加紧密，网络稳定性更高。本研究结果为特定微生物类群介导的生物地球化学循环耦合过程的潜在机制提供了新见解。

研究成果近期发表于国际期刊《Science of the Total Environment》上。东北地理所农田分子生态学科组特别研究助理刘株秀为论文的第一作者，刘俊杰和王光华研究员为通讯作者。研究得到国家自然科学基金（41977202）和中国科学院战略性先导科技专项（XDA28020201）的资助。

图1 干润和湿润均腐土剖面微生物功能基因多样性的变化及其与物种分类多样性的相关性

图2 冗余分析（RDA）和随机森林模型（RF）揭示土壤性质对微生物功能基因的影响

图3 均腐土剖面碳氮磷循环相关基因相对丰度的变化及耦合关系

论文信息如下：

Liu Z X, Gu H D, Yao Q, Jiao F, Hu X J, Liu J J*, Jin J, Liu X B, Wang G H*. Soil pH and carbon quality index regulate the biogeochemical cycle couplings of carbon, nitrogen and phosphorus in agricultural Isohumosols. Science of the Total Environment, 2024, 922: 171269.

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.171269