解析真核生物关键群落 追踪黑土健康核心因素 | 科技前线

黑土地，被誉为“耕地中的大熊猫”，是我国东北地区粮食生产的重要基础。但在全球气候变化加剧与高强度农业活动的双重影响下，黑土地正面临有机质下降、结构退化、生产潜力降低等严峻挑战。既要保障粮食安全，又要守护黑土地健康、促进其恢复与提升，这道两难的题该怎么破？

近日，中国科学院南京土壤研究所研究团队，在东北典型黑土区开展了一项覆盖260个玉米农田的大尺度调查，实现了对土壤真菌、原生生物、藻类及后生动物等真核生物群落的全面解析，为黑土地保护提供了新视角。

▲哈尔滨双城区玉米农田（拍摄于2022年6月）。

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摸清“居民家底”

长期以来，土壤生物多样性被认为是支撑土壤肥力、碳固持、病原控制及生态系统稳定的关键，但“哪些土壤生物比较关键”“土壤生物多样性如何影响农业与生态功能”“黑土地健康的生物指示因子是什么”等问题，仍缺乏系统量化和区域尺度证据。

研究团队通过PacBio长读长测序技术，成功揭示了黑土地真核生物的构成比例：真菌占比55%，原生生物占31%，藻类和后生动物分别占7%和4%。

这一全景式的认知，为后续精准解析土壤生物与黑土地健康的关联奠定了坚实基础。

▲三代长读长测序揭示黑土地土壤真核生物多样性全景。

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多样性是健康“核心”

研究团队通过多元回归、随机森林、结构方程模型等统计方法验证：真菌多样性是决定黑土地多项生态与农业功能的核心因素，堪称黑土生物健康的“核心引擎”。

更让人惊喜的是，团队还发现了一个隐藏的“高产标识”——真菌基部类群Rozellomycota。

此前，这一真菌类群长期被忽视。但研究证实，它是预测土壤有机碳含量和作物产量的最强因子，其多样性越高，土壤有机碳越丰富、作物生长越旺盛。

研究推测，该类真菌通过调节土壤微食物网结构、加速物质能量流动及增强整体生物多样性，进而实现碳积累和作物增产。

数据显示，真菌能够显著增强土壤碳稳定性和整体土壤生物多样性，这强调了真菌在黑土地生态系统中的中心地位。

但真菌家族里也有“捣蛋鬼”——潜在植物病原真菌PPF。其在该研究中表现出明确的负面作用，PPF多样性成为黑土地健康与农业可持续性的敏感“预警指标”。

研究团队进一步采用了多种统计模型，结果均高度一致地表明，在复杂的环境、气候、空间及地形约束下，真菌多样性始终保持强劲而稳定的预测能力，是真正意义上的“黑土生物健康核心引擎”。

▲多样的黑土农田真菌类群。从左到右依次为：黄囊菇、田头菇、鬼笔和蛋巢菌。

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守护黑土地健康

这项研究不仅识别了黑土地健康的关键生物指示因子，也为推进黑土地保护工程提供了重要科学依据，即通过提升和保护土壤真菌多样性（如采用免耕、秸秆还田、减少土壤扰动等措施），有望同步实现土壤肥力提升、碳固持增强、产量提高及生物多样性保护等多重目标，真正推动农业生产向可持续方向发展。

未来，研究团队将继续探索真菌多样性影响黑土健康的因果机制，并将微生物功能性状、生物量与代谢特征纳入黑土地生物健康评估体系，助力黑土地的永续利用。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S209592732600006X

来源：中国科学院南京土壤研究所

责任编辑：闫文艺