玉米秸秆与动物粪肥添加对黑土微食物网的调控机制及碳循环影响

本研究通过四种处理（CK无添加、MS玉米秸秆、CS鸡粪+秸秆、OS牛粪+秸秆）揭示有机废弃物对黑土微食物网的影响。结果显示CS处理通过提升细菌PLFAs（磷脂脂肪酸）和食细菌线虫丰度激活细菌分解通路，OS处理则强化真菌-食真菌线虫-捕食者通路。关键发现：动物粪肥与秸秆联用显著增加土壤有机碳（SOC）、微生物量碳（MBC）及线虫生物量，优化了养分周转（NO3?-N、NH4+-N）和土壤湿度（SM），为农业废弃物资源化提供理论依据。

　　

引言

随着全球对玉米、蛋奶制品需求的增长，农业废弃物（如玉米秸秆和动物粪肥）引发的环境污染问题日益突出。发展中国家秸秆焚烧导致温室气体和颗粒物排放，而未处理的粪肥则带来重金属、抗生素残留及病原微生物扩散风险。黑土区作为重要粮仓，其土壤微食物网（含细菌、真菌、线虫）在有机质分解和养分循环中起核心作用。本研究通过对比不同有机添加处理，探讨其对黑土微食物网结构和功能的影响。

材料与方法

实验位于中国吉林公主岭（43°56′N），采用完全随机设计，设置4种处理：对照（CK）、玉米秸秆（MS）、鸡粪+秸秆（CS）、牛粪+秸秆（OS）。秸秆添加量为9000 kg ha^?1，粪肥按等碳量施用。分别在玉米苗期、抽穗期和成熟期采集0–20 cm土层样品，测定土壤理化性质（pH、SOC、TN、NO₃^?-N等）、微生物PLFAs（含革兰氏阳性菌、阴性菌、真菌标记）及线虫群落（分4营养类群）。通过网络分析（Cytoscape）解析微生物-线虫互作关系。

结果

土壤性质：CS和OS处理显著提升SOC（较CK增加10.2–12.7%）和pH（2.2–9.3%），抽穗期NO₃^?-N消耗显著，反映微生物对氮的竞争。

微生物群落：CS处理细菌PLFAs增幅达81.2%，OS处理真菌PLFAs优势明显（抽穗期高31.7%）。革兰氏阳性菌随生育期减少，阴性菌增加，体现碳源可利用性变化。

线虫响应：CS处理食细菌线虫丰度提高17.3%，OS处理食真菌线虫和捕食者显著增多。网络分析显示CS中细菌-食细菌线虫-捕食者通路占主导，OS则强化真菌通道（CI指数最高）。

讨论

分解通路分化：鸡粪富含易降解碳（如氨基酸），激活细菌快速周转通路；牛粪含木质素等难降解碳，促进真菌慢速分解，利于SOC积累。这与PLFAs和线虫功能群数据一致。

生态意义：有机添加通过“自下而上”效应调控食物网，如CS提升细菌生物量碳（67.8–81.2%），OS增强真菌与捕食者关联。此外，食真菌线虫与土壤湿度（SM）正相关，反映其对水分的依赖性。

结论

玉米秸秆与动物粪肥联用通过差异化激活细菌/真菌分解通路，优化黑土微食物网结构与功能。鸡粪-秸秆组合适合短期养分释放，牛粪-秸秆则更利于长期碳封存，为农业废弃物精准还田提供科学依据。