科研 | ISME：降雨对回潮后植物-土壤系统微生物活性影响
本文由殷继忠编译，董小橙、江舜尧编辑。
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降雨频率和幅度的变化会对土壤水分产生影响，同时也会影响植物生长和微生物活性。在湿润条件下土壤深度对微生物影响最为显著，并对细菌和真菌群落产生不同的影响。土壤回潮后活性细菌群落的丰富度和均匀度会高于非活性细菌群落。活性真菌群落比非活性真菌群落丰富。在表层土壤不经常浇水的情况下，植物与土壤微生物的耦合性降低。作者认为真菌和细菌丰度及相对活性中存在的差异可能会给土壤生物地球化学循环带来更大的影响。
原名：Depth matters: effects of precipitation regime on soil microbial activity upon rewetting of a plant-soil system
译名：降雨对回潮后植物-土壤系统微生物活性影响
期刊：The ISME Journal
IF：9.664
发表时间：2018年
通信作者：Ilonka C. Engelhardt
通信作者单位：Université Bourgogne Franche-Comté
本研究分析了在植物-土壤系统不同土壤深度条件下，回潮对活性和非活性细菌及真菌群落的影响。使用18O-稳定同位素探针（18O-SIP）方法来区分微生物群落。作者进一步提出假设进行探究（1）回潮会导致小部分土壤微生物的增加；（2）回潮条件下微生物群落随土壤深度发生变化；（3）之前的降水情况会对植物和微生物产生影响（4）降水对在浅层土壤影响更为显著。
1. 降水模式和植物响应
在最初土壤含水量下降后，相对干燥的条件下逐渐稳定下来（图1）。频繁的水分投入显着增加了地上生物量，减少了地上生物量的死亡，但使根系生物量保持不变。根系生物量分配也受到显着影响：频繁的水分添加显着增加了顶层土壤根系生物量，并且在中间和底部土壤层中显着增加了根系生物量。作者可以通过根长和密度反映根的生物量，并没有发现降水方式对植物叶片气孔导度或光合速率存在显着影响。
图1 各处理土壤中含水量的动态
2．植物-微生物的耦合
大量根部13C标记结果表明并不受处理，土壤层或时间显着影响。在顶层土壤频繁进水的情况下，与其他处理和土壤层相比其土壤微生物生物量显着增加，且结果在测量期间5天内相对稳定。平均5天的13C标记微生物生物量与频繁降水条件下根生物量呈显着相关性。
3. 微生物群落丰富度，组成和多样性
在降水模式和深度保持不变的情况下，细菌16S rRNA基因和真菌ITS区域丰度在无活性的群落中显着高于活性群落。回潮土壤的活性细菌和真菌群落要少于无活性的细菌和真菌群落（图4），而真菌的均匀度保持不变。降水模式对土壤细菌群落组成并无影响，但对在不同深度的真菌群落组成会产生一定影响。同时发现降水模式对微生物群落的α-多样性没有显着影响。对于回潮后土壤检测到活性细菌群的α-多样性并未受土壤深度的显着影响。在非活性细菌群落中，随着深度的增加，除网络相关性指数（NRI）外，所有指标均随深度显着下降。在不频繁的水分添加情况下，顶层土壤均匀度降低（图4）。在活性和非活性真菌群落中，随着土壤深度的增加，均匀度显着增加，这是由于在频繁的水分输入条件下表层土壤大量减少所致（图4）。
图4 细菌a和真菌b在三个土壤深度观察到活性（红色符号）和无活性（蓝色符号）群落的物种丰富度和均匀度
4.显著响应群组
在活性和非活性的微生物群落中，土壤深度对微生物影响显著，土壤深度显着聚集成两组，这些微生物菌属在顶层和中层土壤层或底层和中层土壤层相对较多。受深度条件显著影响的细菌主要以变形菌为主（图5）。在活性真菌群落中，主要以子囊菌门为主（图6）。在非活性真菌群落中主要包括柔膜菌目和刺盾炱目，和伞菌纲，而底层群由肉座菌目和散囊菌目（图6）。
图5 不同土壤深度条件下细菌群落相对丰度
图6 不同土壤深度条件下真菌群落相对丰度
由于气候条件变化，经常观察到真菌与细菌比率的变化，会对潜在的生物地球化学循环及食物网的稳定性产生影响。降水模式的变化可能会影响土壤微生物群落结构，继而造成土壤生物地球化学过程的大规模变动。这也将为相关领域研究学者提供更加宝贵的参考意见。