土壤微生物調控土壤養分循環過程與植物生產力，是土壤健康的重要指標。在農業生態系統中，土壤微生物群落（細菌、真菌、線蟲等）以多營養級微食物網形態共存，尤其在根-土界面（根際微環境）中發揮重要作用，直接或間接影響作物健康和產量。研究土壤微生物群落穩定性、多樣性影響作物產量的作用機制，可為農業可持續性發展提供科學依據。
近年來，中國科學院南京土壤研究所研究員褚海燕團隊分別在安徽蒙城長期定位施肥試驗站（35年）和華北平原大尺度（~300000 km2）典型農田生態系統中，對多營養級微生物群落與產量的關系進行研究。長期定位試驗發現，單施化肥顯著降低微生物群落穩定性，且增加植物潛在致病菌的豐度；化肥配施有機肥（例如牛糞）顯著提高土壤微生物群落的穩定性，且減少植物潛在致病菌的豐度，提高作物產量。同時，結合土壤微食物網理論與多營養級生態網絡分析，發現并驗證多營養級關鍵微生物菌群多樣性對維持土壤功能潛力和作物產量的重要性。其中，關鍵微生物菌群包含較多與作物生長相關的功能微生物，如固氮菌、光合菌、解磷菌等，具有更多參與氧化還原反應和碳、氮、磷、硫元素循環的功能基因。這一發現在華北平原大尺度典型農田生態系統中得到進一步驗證，并在同時考慮空間尺度和環境因素的條件下，關鍵微生物集群與土壤功能潛力和植物生產力的相關性仍然穩定。
該研究揭示我國典型農田生態系統中微生物群落穩定性和多樣性在維持土壤功能和作物產量方面的重要作用，對于認知土壤生物對土壤養分循環過程的調控機制具有科學意義；同時也為靶向分離純培養特定關鍵微生物菌群、提高農田作物生產力提供科學參考。
相關研究成果相繼發表在The ISME Journal、Soil Biology and Biochemistry上。該研究與中科院城市環境研究所、西班牙相關研究機構等合作完成。研究工作得獲得國家自然科學基金和中科院戰略性先導科技專項的資助。
圖（A）長期施肥下微生物群落穩定性與作物產量的相互關系；（B）長期施肥下多營養關鍵微生物菌群與土壤功能潛力和作物產量之間的相互關系；（C）大尺度下華北平原多營養微生物菌群與土壤功能潛力和作物產量之間的相互關系
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