解析真核生物關鍵群落 追蹤黑土健康核心因素 | 科技前線

黑土地，被譽為“耕地中的大熊貓”，是我國東北地區糧食生產的重要基礎。但在全球氣候變化加劇與高強度農業活動的雙重影響下，黑土地正面臨有機質下降、結構退化、生產潛力降低等嚴峻挑戰。既要保障糧食安全，又要守護黑土地健康、促進其恢復與提升，這道兩難的題該怎么破？

近日，中國科學院南京土壤研究所研究團隊，在東北典型黑土區開展了一項覆蓋260個玉米農田的大尺度調查，實現了對土壤真菌、原生生物、藻類及后生動物等真核生物群落的全面解析，為黑土地保護提供了新視角。

▲哈爾濱雙城區玉米農田（拍攝于2022年6月）。

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摸清“居民家底”

長期以來，土壤生物多樣性被認為是支撐土壤肥力、碳固持、病原控制及生態系統穩定的關鍵，但“哪些土壤生物比較關鍵”“土壤生物多樣性如何影響農業與生態功能”“黑土地健康的生物指示因子是什么”等問題，仍缺乏系統量化和區域尺度證據。

研究團隊通過PacBio長讀長測序技術，成功揭示了黑土地真核生物的構成比例：真菌占比55%，原生生物占31%，藻類和后生動物分別占7%和4%。

這一全景式的認知，為后續精準解析土壤生物與黑土地健康的關聯奠定了堅實基礎。

▲三代長讀長測序揭示黑土地土壤真核生物多樣性全景。

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多樣性是健康“核心”

研究團隊通過多元回歸、隨機森林、結構方程模型等統計方法驗證：真菌多樣性是決定黑土地多項生態與農業功能的核心因素，堪稱黑土生物健康的“核心引擎”。

更讓人驚喜的是，團隊還發現了一個隱藏的“高產標識”——真菌基部類群Rozellomycota。

此前，這一真菌類群長期被忽視。但研究證實，它是預測土壤有機碳含量和作物產量的最強因子，其多樣性越高，土壤有機碳越豐富、作物生長越旺盛。

研究推測，該類真菌通過調節土壤微食物網結構、加速物質能量流動及增強整體生物多樣性，進而實現碳積累和作物增產。

數據顯示，真菌能夠顯著增強土壤碳穩定性和整體土壤生物多樣性，這強調了真菌在黑土地生態系統中的中心地位。

但真菌家族里也有“搗蛋鬼”——潛在植物病原真菌PPF。其在該研究中表現出明確的負面作用，PPF多樣性成為黑土地健康與農業可持續性的敏感“預警指標”。

研究團隊進一步采用了多種統計模型，結果均高度一致地表明，在復雜的環境、氣候、空間及地形約束下，真菌多樣性始終保持強勁而穩定的預測能力，是真正意義上的“黑土生物健康核心引擎”。

▲多樣的黑土農田真菌類群。從左到右依次為：黃囊菇、田頭菇、鬼筆和蛋巢菌。

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守護黑土地健康

這項研究不僅識別了黑土地健康的關鍵生物指示因子，也為推進黑土地保護工程提供了重要科學依據，即通過提升和保護土壤真菌多樣性（如采用免耕、秸稈還田、減少土壤擾動等措施），有望同步實現土壤肥力提升、碳固持增強、產量提高及生物多樣性保護等多重目標，真正推動農業生產向可持續方向發展。

未來，研究團隊將繼續探索真菌多樣性影響黑土健康的因果機制，并將微生物功能性狀、生物量與代謝特征納入黑土地生物健康評估體系，助力黑土地的永續利用。

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S209592732600006X

來源：中國科學院南京土壤研究所

責任編輯：閆文藝