长期施用有机肥通过调控农田土壤团聚体微生物群落提升碳利用效率

本研究通过34年田间试验揭示，有机肥（M/NPKM）施用显著提升土壤团聚体微生物碳利用效率（CUE），其机制在于调控酶活性、底物质量及关键细菌模块（M11/M14），实现了团聚体尺度CUE均质化，为全球碳模型预测SOC动态提供了微观尺度理论依据。

　　

Highlight

有机肥通过提高微生物生长速率促进团聚体碳利用效率

有机肥施用（M和NPKM）显著提升微生物CUE，而单施NPK效果较弱（图1a）。这源于有机肥同时提供复杂碳化合物（如木质素、纤维素）和活性组分（如DOC），形成持续高能底物供应。可利用碳组分通过降低微生物维持呼吸成本，促进其将更多碳分配给生长而非呼吸（Rui等，2022）。宏基因组数据进一步显示，有机肥处理中糖苷水解酶（GH）和糖基转移酶（GT）基因丰度更高，强化了碳获取能力（图3）。值得注意的是，有机肥消除了不同团聚体间CUE差异，表明其通过平衡微生境资源分配实现了"团聚体均质化效应"。

关键微生物模块驱动CUE变化

共现网络分析鉴定出11个细菌模块，其中M11（放线菌主导）和M14（变形菌主导）与CUE呈显著正相关（图4）。这些模块成员具有高效的碳代谢基因（如丙酮酸脱氢酶），且其丰度受有机肥诱导的酶活性（β-葡萄糖苷酶）和底物质量（烷基碳比例）调控（图5）。这种"底物-微生物-功能"级联反应揭示了有机肥提升CUE的微观机制。

结论

通过34年长期试验首次阐明：有机肥通过优化团聚体微生境中的酶-底物-微生物互作网络，使土壤微生物将吸收碳更多转化为生物量而非CO₂释放。该发现为农业固碳措施提供了理论支撑，提示全球碳模型需纳入有机肥诱导的微观尺度均质化效应。