研究揭示：农业活动导致全球土壤微生物群落同质化

研究揭示：农业活动导致全球土壤微生物群落同质化

农业活动对土壤生态系统的影响一直是环境科学研究的热点。最近，西北农林科技大学的研究团队在Nature Communications上发表了一篇重要论文，揭示了农业土地利用对全球土壤微生物群落的深远影响。研究发现，农业活动导致土壤微生物群落的分类和功能出现显著同质化现象，这对农业可持续性和生态系统服务产生了重要影响。

研究背景与方法

研究团队在中国44个地区的农田和相邻自然生态系统（如森林、草地和湿地）中采集了1,185个土壤样本，并结合全球2403个土壤样本的meta分析数据，评估农业转换对土壤微生物多样性和功能的影响。研究采用了16S rRNA、ITS和宏基因组测序技术，分析了细菌和真菌的分类组成以及功能基因。

主要发现

农业导致生物分类和功能特征的同质化

研究发现，农田微生物的分类和功能组成（基于KEGG和COG注释）的β-多样性显著低于自然土壤。具体来看，农田土壤的微生物物种β-多样性相较于森林、草地和湿地显著降低，反映出农田土壤的微生物群落在空间上更为相似。基于六大洲2400多个土壤样本的meta分析进一步证实了这一发现。

图1 微生物群落的分类和功能同质化以应对全球和大陆范围的农业影响

农业对特定细菌系统型和功能的影响

研究发现，农业活动导致特定细菌类群如Chloroflexi和Gemmatimonadota的相对丰度在农田中增加。有趣的是，农业转化对功能组成的影响相对较小，但显著改变了参与氮循环和磷循环的功能基因。

图2 与大陆尺度的森林相比，农业转变对不同微生物类群的影响

细菌群落变化的机制

研究揭示了微生物性状和环境过滤在调节农业引起的微生物组成变化中的重要作用。土壤pH和氨态氮等环境因素与微生物分类和功能组成显著相关。

细菌群落与土壤功能之间的联系

研究发现，农田与自然生态系统之间在碳、氮、磷循环相关的土壤酶功能存在差异。不同微生物谱系对这些土壤酶功能的影响也各不相同。

结论与启示

本研究提供了大规模证据证明农业转型导致土壤微生物群落在分类学和功能上的同质化，这对农业的可持续性和生态系统服务产生了重要影响。研究强调了在评估农业可持续性时需考虑地下微生物群落的大尺度生物同质化现象。

本文原文来自Nature Communications，DOI：10.1038/s41467-024-47348-8