東北地理所在農業活動導致黑土區土壤生物均質化機制研究取得新進展
農業活動作為人類對自然生態系統最深刻的干擾方式之一，不僅改變了地表植被和土壤性質，也顯著影響了地下生物多樣性及其生態功能。農業活動如何重塑土壤生物群落的分類組成、功能特征和生態策略，其內在機制尚缺乏系統性認識。中國科學院東北地理與農業生態研究所農田分子生態學科組系統解析了農田土壤與天然草原的生物群落特征及農業活動導致的土壤生物均質化的多維機制。
農田土壤顯著降低了土壤生物群落在分類組成、功能基因和生態策略的空間異質性。農田土壤中細菌、真菌、古菌、微型動物群落（圖1）及功能基因（圖2）在局域和區域尺度均表現出顯著的均質化趨勢，這種均質化現象與土壤性質的趨同性密切相關。農業活動改變了細菌群落的生態策略（“Y-A-S” 理論框架，圖3），其資源獲取（A策略）的功能基因減少，而與生長產量（Y策略）和脅迫耐受（S策略）的基因顯著增加，表明農業系統更傾向于選擇快速生長、抗逆性強的微生物類群。農田土壤中細菌的平均基因組大小顯著減小，反映了在農業干擾下微生物通過“基因組精簡”（Black Queen hypothesis）降低了生物的代謝成本、提高了適應性的生態權衡。
從“分類組成-功能特征-生態策略” 多維尺度研究發現，農業活動不僅降低了土壤微生物在分類和功能基因層面的空間異質性，還促使細菌群落的生態策略向快速生長和脅迫耐受型轉變，導致其在局域和區域尺度上出現系統性趨同，這一趨勢削弱了土壤生態系統的適應性與恢復力，可能影響養分循環效率和系統穩定性。因此，在農業景觀中保留自然生境、推行多樣化種植、減少化肥農藥投入等措施，有助于維持土壤生物的空間異質性與功能多樣性，從而增強農業生態系統應對未來環境變化的緩沖能力。
成果近日發表在國際期刊《The ISME Journal》。東北地理所博士生顧海東和特別研究助理劉株秀為論文的共同第一作者，東北地理所劉俊杰研究員、南京大學地理與海洋科學學院Jonathan M. Adams教授和蘇黎世大學Marcel G. A. van der Heijden教授為論文的共同通訊作者。研究得到國家自然科學基金聯合基金、中國科學院戰略性先導科技專項、國家重點研發計劃、國家自然科學基金青年基金和國家科技基礎資源調查專項的共同資助。
圖1 土壤細菌、真菌、古菌和后生動物群落的均質化分布特征
圖2 土壤細菌群落及功能基因分布的均質化特征
圖3 土壤細菌和功能基因在天然草原和農田土壤中“Y-S-A”生活史策略的變化特征
論文信息如下：
Gu H D#,Liu Z X#,Liu S,Hu X J,Yu Z H,Li Y S,Li L J,Sui Y Y,Jin J,Liu X B,Jia Z J,Adams J M,van der Heijden M G A,Liu J J*,Wang G H. Agricultural conversion homogenizes soil biota across multiple dimensions in the Mollisol region of northeast China. The ISME Journal,2026,wraf264.
論文鏈接：
https://doi.org/10.1093/ismejo/wraf264.
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吉公網安備22017302000214號
