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为探究土壤微生物群落对不同植物器官分解的作用，西北农林科技大学研究人员开展豆科植物凋落物分解研究，发现根与地上部分凋落物分解及养分释放不同，对果园土壤生态有重要意义。
在果园生态系统中，植物凋落物的分解对维持土壤肥力、促进养分循环至关重要。以往研究虽关注到凋落物分解能释放养分，助力作物生长、维持生物多样性、增强土壤肥力并参与全球碳平衡，但在有机果园中，对于草残体分解过程，尤其是细根和地上部分凋落物的分解模式、养分释放规律，以及土壤微生物群落在此过程中的作用，仍存在诸多未知。比如，细根因其在地下生物地球化学循环和能量周转中的关键作用，对土壤环境变化极为敏感，且化学组成与地上部分不同，然而其分解过程却未得到充分研究。同时，虽然知道土壤微生物在凋落物分解中起重要作用，但微生物共现网络的拓扑特征以及关键类群在分解过程中的意义尚不明确。为深入了解这些问题，西北农林科技大学的研究人员开展了此项研究，该研究成果发表在《BMC Plant Biology》上，为有机果园可持续发展提供了理论支持 。
研究人员采用了多种关键技术方法。在实验设计上，于陕西杨凌的有机猕猴桃果园开展原位凋落物分解实验，运用凋落物袋技术模拟农业实践。实验设置了 100% 地上茎叶凋落物（Shoot litter）、100% 细根凋落物（Root litter）、80% 地上茎叶凋落物 + 20% 细根凋落物（Mixed litter）三种处理，以分析不同处理下凋落物的分解情况。在分析方法上，利用多种测定方法检测土壤理化性质和酶活性，如采用K2CrO7?H2SO4氧化法测定土壤有机碳（SOC）等；通过高通量测序分析土壤微生物群落结构；运用统计和网络分析方法，如双向重复测量方差分析（ANOVA）、非度量多维缩放（NMDS）、冗余分析（RDA）等，探究各因素间的关系。
甜三叶草不同残体器官的分解和养分释放
研究结果表明，凋落物组成对剩余凋落物质量有显著影响。在 0 - 10 天和 30 - 40 天，根凋落物的分解速率显著低于地上部分和混合凋落物。到分解末期（40 天），根、地上部分和混合凋落物的剩余质量比例分别为 29.77%、17.53% 和 17.70%。不同凋落物器官的养分浓度和初始有机化学成分存在显著差异，在 0 - 40 天的分解过程中，不同植物器官凋落物中碳（C）、氮（N）、磷（P）、钾（K）和木质素的总储量随时间减少。地上部分和根凋落物的 C:N 比在分解期间主要呈上升趋势，而混合凋落物则呈下降趋势。
不同甜三叶草部位凋落物对土壤理化性质和酶活性的影响
甜三叶草凋落物的施用显著改善了土壤生化性质。在凋落物分解期间，地上部分凋落物和混合凋落物处理的土壤 pH 随时间呈现一致趋势，在 31 - 40 天达到峰值。0 - 20 天，混合凋落物的土壤含水量高于根凋落物，90 天时差异也显著。根凋落物处理下NO3??N和NH4+?N含量增加，且在 0 - 10 天高于地上部分和混合凋落物处理。地上部分和混合凋落物的有效磷（AP）含量随时间变化趋势相似，但地上部分积累更快。土壤总碳（TC）含量在分解期间相对稳定。Mantel 检验发现，土壤 pH、土壤含水量（SWC）和蔗糖酶（SAC）在 30 天和 90 天显著影响细菌群落组成；土壤多酚氧化酶（PPO）、SOC 和NO3??N对细菌群落动态也有显著影响，而容重（BD）和NO3??N对真菌群落影响较大，细菌群落与土壤环境因素的关联更强。
不同甜三叶草器官凋落物对微生物多样性和群落组成的影响
凋落物器官和分解时间显著影响土壤微生物分解者群落的结构和组成。经高通量测序分析，共鉴定出 71,668 个细菌和 3,377 个真菌操作分类单元（OTUs）。alpha 多样性分析表明，凋落物分解过程中细菌和真菌的微生物多样性增加，混合凋落物显著提高了细菌和真菌的 alpha 丰富度。不同凋落物类型和分解时间显著影响土壤微生物群落组成，变形菌门（Proteobacteria）、芽单胞菌门（Gemmatimonadota）和酸杆菌门（Acidobacteria）在土壤细菌群落中占主导，约占总丰度的 70%。真菌群落中，子囊菌门（Ascomycota）在 30 天相对丰度下降，担子菌门（Basidiomycota）显著减少。NMDS 分析显示，细菌和真菌群落结构基于凋落物类型和分解时间呈现显著聚类。
不同甜三叶草器官凋落物对共现网络和关键类群的影响
研究构建了微生物群落共现网络，发现所有节点可分为七个主要模块，凋落物添加使微生物网络的节点和边数量显著增加，地上部分凋落物在 90 天的节点和边数量最多，尤其是正边。通过 Zi - Pi 图确定了网络枢纽、模块枢纽和连接器等节点拓扑功能，多数关键物种为细菌，体现了细菌在农田土壤牧场残体分解中的主导地位。微生物生态网络具有小世界特性，根凋落物网络在 30 天和 90 天表现出较高的模块性，稳定性更强。
不同甜三叶草器官凋落物分解的路径分析
RDA 分析确定了影响分解速率的关键因素，发现分解速率（k 值）、SAC、PPO、过氧化氢酶（CAT）、SWC、pH 和碱性磷酸酶（ALP）与细菌群落呈正相关，只有锰（Mn）、纤维素酶（CEL）和 k 值与真菌群落正相关。PLS - SEM 分析表明，凋落物分解主要受不同凋落物器官影响，通过三条途径实现：凋落物器官影响凋落物化学多样性，进而影响土壤肥力，促进分解；不同凋落物类型影响土壤微环境，间接影响分解速率；关键微生物群落直接影响分解速率，并通过影响土壤酶活性增强分解。
研究结论显示，根和地上部分凋落物分解速率和养分释放时间不同，主要受氮相关化学性状差异影响。混合凋落物在分解初期提高了土壤微生物多样性，增加了土壤总有机碳（TOC）和NO3??N浓度，降低了 BD 和 SWC。确定了影响甜三叶草凋落物分解的关键微生物类群，PLS - SEM 分析强调了凋落物器官化学多样性对分解速率的重要影响，以及土壤微生物分解者的直接和间接作用。该研究突出了细根在土壤肥力和微生物群落演替中的重要作用，为有机果园可持续农业发展提供了重要理论依据，有助于优化果园覆盖管理措施，促进养分循环和土壤生态系统健康。
