Certain agricultural management practices are known to affect the soil microbial community structure; however, knowledge of the response of the fungal community structure to the long-term continuous cropping and rotation of soybean, maize and wheat in the same agroecosystem is limited.  We assessed the fungal abundance, composition and diversity among soybean rotation, maize rotation and wheat rotation systems and among long-term continuous cropping systems of soybean, maize and wheat as the effect of crop types on fungal community structure.  We compared these fungal parameters of same crop between long-term crop rotation and continuous cropping systems as the effect of cropping systems on fungal community structure.  The fungal abundance and composition were measured by quantitative real-time PCR and Illumina MiSeq sequencing.  The results revealed that long-term continuous soybean cropping increased the soil fungal abundance compared with soybean rotation, and the fungal abundance was decreased in long-term continuous maize cropping compared with maize rotation.  The long-term continuous soybean cropping also exhibited increased soil fungal diversity.  The variation in the fungal community structure among the three crops was greater than that between long-term continuous cropping and rotation cropping.  Mortierella, Guehomyces and Alternaria were the most important contributors to the dissimilarity of the fungal communities between the continuous cropping and rotation cropping of soybean, maize and wheat.  There were 11 potential pathogen and 11 potential biocontrol fungi identified, and the relative abundance of most of the potential pathogenic fungi increased during the long-term continuous cropping of all three crops.  The relative abundance of most biocontrol fungi increased in long-term continuous soybean cropping but decreased in long-term continuous maize and wheat cropping.  Our results indicate that the response of the soil fungal community structure to long-term continuous cropping varies based upon crop types.

长期秸秆还田是提高农田土壤有机碳储量的重要碳源，秸秆焚烧还田在我国南方也屡见不鲜。然而，长期稻草管理对土壤有机碳组分、酶活性及其相互关系的影响，以及其影响是否存在季节差异却尚未明确。我们基于2009年开始建立的长期定位试验平台，通过设置3个N、P、K等养分输入(包括秸秆/灰分和化学养分)的处理：秸秆不还田(CK)、秸秆还田(SR)和秸秆焚烧还田(SBR)，探讨长期秸秆还田条件对南方双季稻田土壤有机碳组分及土壤酶活性的影响。结果表明，与CK相比，长期秸秆还田有利于提高早稻产量(P=0.057)，并显著增加早晚稻田土壤的总有机碳（TOC）和微生物量碳(MBC)含量。而稻草焚烧还田对TOC无显著影响，但降低了早稻轻组有机碳（LFOC）和晚稻易氧化有机碳(EOC)含量，而显著增加了可溶性有机碳（DOC），且显著降低了土壤pH。我们研究还表明，长期秸秆还田条件下，MBC是评估双季稻系统土壤有机碳变化最敏感的指标；此外，SBR和SR对土壤酶活性的影响早晚稻稻田土壤呈现相反趋势，进而导致土壤有机碳组分含量存在季节差异，尤其是改变了土壤DOC含量，而早晚稻DOC与β-木糖苷酶均呈正相关。可见，秸秆还田较秸秆焚烧还田更有利于土壤有机碳组分的固持与提高，但其对晚稻土壤酶活性的负作用有待进一步研究。

目前人们对原生动物转移磷酸盐和改善玉米生长的能力还知之甚少。本文旨在探讨Colpoda cucullus能否通过转移磷来提高玉米的磷素水平。在根箱的外室土壤中接种纤毛虫C.cucullus，并添加KH232PO4、磷矿粉（RP）、普钙（SP）或磷酸铵（AP），然后在内室种植玉米。结果表明，接种C.cucullus的玉米植株³²P放射性显著高于对照。此外，接种C.cucullus后玉米干物质显著增加了25.07%，氮磷钾含量增加了1～36% (P<0.05)。接种纤毛虫后，根箱内室土壤速效磷也提高了30%以上（P<0.05）。由此推测，磷素可能由接种的C.cucullus从外室运输到内室，然后被玉米植株吸收。

Effects of the heavy metal copper (Cu), the metalloid arsenic (As), and the antibiotic oxytetracycline (OTC) on bacterial community structure and diversity during cow and pig manure composting were investigated.  Eight treatments were applied, four to each manure type, namely cow manure with: (1) no additives (control), (2) addition of heavy metal and metalloid, (3) addition of OTC and (4) addition of OTC with heavy metal and metalloid; and pig manure with: (5) no additives (control), (6) addition of heavy metal and metalloid, (7) addition of OTC and (8) addition of OTC with heavy metal and metalloid.  After 35 days of composting, according to the alpha diversity indices, the combination treatment (OTC with heavy metal and metalloid) in pig manure was less harmful to microbial diversity than the control or heavy metal and metalloid treatments.  In cow manure, the treatment with heavy metal and metalloid was the most harmful to the microbial community, followed by the combination and OTC treatments.  The OTC and combination treatments had negative effects on the relative abundance of microbes in cow manure composts.  The dominant phyla in both manure composts included Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes, and Proteobacteria.  The microbial diversity relative abundance transformation was dependent on the composting time.  Redundancy analysis (RDA) revealed that environmental parameters had the most influence on the bacterial communities.  In conclusion, the composting process is the most sustainable technology for reducing heavy metal and metalloid impacts and antibiotic contamination in cow and pig manure.  The physicochemical property variations in the manures had a significant effect on the microbial community during the composting process.  This study provides an improved understanding of bacterial community composition and its changes during the composting process. 

自2014年起建立了转cry1Ab基因水稻（GM）及其对照非转基因水稻（M）的田间试验。分别利用16S rRNA基因的Illumina MiSeq 高通量测序及amoA, nirS和 nirK基因的实时定量PCR，分析了田间试验第五年稻田土壤细菌群落和驱动氮素转化的功能基因丰度的变化。结果显示：转基因水稻GM的土壤细菌群落的a多样性指数，包括物种丰富度指数Chao1、香农多样性指数Shannon和辛普森多样性指数Simpson，在水稻各个生育期内均与非转基因水稻M间没有差异。但是基于unweighted UniFrac距离的主坐标分析(Principal coordinates analysis，PCoA)和非度量多维尺度分析(Nonmetric Multidimensional scaling，NMDS)显示，转基因水稻GM的细菌群落与非转基因水稻M在水稻各个生育期内均存在分布差异。且基于unweighted UniFrac距离的ADONIS和ANOSIM分析结果表明上述GM与M的细菌群落分布差异都达到显著性水平(P<0.05)。GM土壤中酸杆菌门 Acidobacteria和M土壤中拟杆菌门Bacteroidetes相对丰度的增加可导致其细菌群落的差异。同时，高通量测序的基因功能预测结果显示，在水稻成熟期转基因水稻GM土壤中一些功能基因丰度提高，如与淀粉、氨基酸和氮代谢相关的基因。此外，转基因水稻GM土壤中的氨氧化细菌amoA基因、氨氧化古菌amoA基因及反硝化细菌nirK基因的丰度均显著增加(P<0.05 或 0.01)。总之，转cry1Ab基因水稻对土壤细菌群落组成和微生物功能基因丰度均存在影响。

利用Biolog-Eco平板研究氮肥减半配施有机肥对燕麦田土壤微生物群落代谢和多样性的影响。试验由5个处理组成：CK，不施肥；U1，90 kg ha^–1 N的尿素；U2，45 kg ha^–1 N的尿素；U2OM1，45 kg ha^–1 N的尿素配施90 kg ha^–1 N的羊粪有机肥；U2OM2，45 kg ha^–1 N的尿素配施45 kg ha^–1 N的羊粪有机肥。每个处理重复3次。试验于2018年和2019年在山西省平鲁县进行。结果表明，两年氮肥减半配施有机肥均有利于提高燕麦田土壤微生物群落对氨基酸，胺类，糖类，酸酸类和聚合物类碳源的利用。且对土壤微生物群落丰富度，优势度和均匀度也有显著促进作用。对氨基酸、胺类和酸酸类的利用以及对土壤微生物群落均匀度的影响随有机肥量增加而增强。双标图分析表明胺类和氨基酸是土壤微生物群落利用的主要碳源。2年结果均显示总氮量达135 kg ha^–1，即45 kg ha^–1 N的尿素配施90 kg ha^–1 N的羊粪有机肥，燕麦产量最高。氮肥减半配施合适量的有机肥显著提高土壤微生物群落功能多样性。胺类和氨基酸类碳源可以作为总碳源的代表用于未来燕麦田土壤微生物群落对碳源利用的研究中。

土壤线虫群落能指示土壤食物网结构与功能，对短期秸秆还田等农业管理措施比较敏感。但目前关于不同肥力条件下长期秸秆还田对线虫群落的影响研究较少。基于13年长期秸秆还田试验，本研究通过分析线虫群落结构、食物网指数、代谢足迹，评价了低肥力（不施肥化肥）和高肥力条件下（长期施用化肥）秸秆还田对土壤食物网结构和功能的影响。试验设置4个处理，分别为低肥力条件下秸秆不还田处理和还田处理，高肥力条件下秸秆不还田处理和还田处理。2018年在小麦和水稻收获后取样，取样深度20 cm。结果表明：低肥力条件下，与不还田处理相比，秸秆还田处理线虫总丰度、食细菌线虫丰度、植物寄生线虫丰度、杂食-捕食线虫丰度及占线虫总丰度的比例分别比不还田处理高73.06%，89.29%，95.31%，238.98%和114.61%，高肥力条件下则分别高16.23%，2.23%，19.01%，141.38%和90.23%。在不考虑取样时间和肥力条件下，与不还田处理相比，秸秆还田提高了线虫群落仙农-维纳指数和成熟度指数，表明秸秆还田提高了线虫群落多样性和稳定性。此外，秸秆还田对线虫群落富集指数、富集足迹、食细菌线虫和食真菌线虫代谢足迹影响不显著，但显著提高了植物寄生线虫代谢足迹和结构足迹，低肥力条件下提高了97.27%和305.39% ，高肥力条件下提高了11.29%和149.56%，对结构指数的影响尽管在统计上不显著，但呈现出上升的趋势，这表明秸秆还田对线虫群落的自下而上调节能力较弱，而自上而下调节能力较强。总之，长期秸秆还田主要通过自上而下效应调节线虫群落，提高了线虫群落丰度，改变了线虫群落结构，且在低肥力条件下作用更强。

我们利用宏基因组技术研究了玉米种植模式、土壤性质和地理位置对中国4个玉米主产区土壤原核生物群落的影响。在本研究所有土壤样品中，α-变形菌纲、γ-变形菌纲、β-变形菌纲、芽单胞菌纲、酸杆菌纲和放线菌纲是共同优势原核生物类群。非度量多维尺度法分析发现，原核生物群落划分4个组，且与4个玉米种植区相吻合。冗余分析表明，土壤性质(尤其是pH)、地理位置和种植模式共同影响土壤原核生物群落多样性，而地理位置（纬度）、pH和种植模式影响土壤原核生物功能基因。4个玉米生产区土壤原核生物某些代谢途径中的功能基因丰度差异显著，如微生物-微生物相互作用、芳香化合物降解、原核生物固碳途径和微生物在不同环境中代谢等。总之，土壤pH、种植制度和地理位置三者共同影响了我国4个玉米主产区土壤原核生物群落和功能基因。研究结果有助于深入了解大尺度农业生态系统中土壤原核生物群落的组成和基因功能。

Azospirillum brasilense与Pseudomonas fluorescens是应用广泛的植物根际促生菌。目前Azospirillum brasilense与Pseudomonas fluorescens对稻田土壤氮循环和水稻生长发育的影响尚不清楚。本研究通过两年田间试验（2016-2017）解析了Azospirillum brasilense与Pseudomonas fluorescens对水稻根际土壤氮素转化和供氮能力的影响，明确了Azospirillum brasilense与Pseudomonas fluorescens在稻田肥料减施增效中的作用。微生物接种包括4个处理，分别为生理盐水接种（对照，M₀），水稻幼苗接种Azospirillum brasilense（M_b），水稻幼苗接种Pseudomonas fluorescens（M_p），水稻幼苗接种Azospirillum brasilense与Pseudomonas fluorescens的混合物（M_bp）。氮肥施用水平包括4个处理，分别为0 kg N hm^-2（N₀）)，90 kg N hm^-2（N₉₀），180 kg N hm^-2（N₁₈₀），270 kg N hm^-2 （N₂₇₀）。结果表明，与M₀相比，M_bp与M_p处理显著增强了水稻根际土壤氨化作用强度，高氮条件下提升作用更显著。与M₀相比，M_bp与M_b处理显著增强了水稻根际土壤固氮酶活性，低氮条件下提升作用更显著。接种用的Azospirillum brasilense与Pseudomonas fluorescens不参与水稻根际土壤的硝化和反硝化过程。根际促生菌与氮肥的交互作用对土壤呼吸速率与微生物量氮有显著影响。在M_bp处理中，N₉₀、N₁₈₀、N₂₇₀处理的土壤供氮能力与水稻产量无显著差异。水稻幼苗接种Azospirillum brasilense与Pseudomonas fluorescens的混合物，可将该地区氮肥施用量降至90 kg N hm^-2。

一方面，中国亚热带红壤区水稻土母质和肥力水平多变；另一方面，细菌多样性和群落组成在土壤生态系统过程和功能中发挥关键作用。但是水稻土的母质和肥力对细菌多样性和群落组成的影响如何仍不清楚，不同母质和肥力水平条件下驱动水稻土细菌多样性、群落组成和特异微生物种群变化的关键因素尚不明确。因此，本研究采集亚热带红壤区具有不同母质（第四纪红黏土或第三纪红砂岩）和不同肥力水平（高肥力或低肥力）的典型样地水稻土样品，通过454高通量测序测定细菌16S rRNA基因的V4−V5区，分析细菌多样性指数和群落组成变化。采用two-way ANOVA和two-way PERMANOVA探明母质和肥力对细菌多样性和群落组成的影响；主坐标分析（PCoA）、冗余分析（RDA）和多元回归树分析（MRT）明确细菌群落的变化，以及驱动该变化的关键土壤因子；共现网络分析阐明属水平特异细菌种群和关键土壤因子的关系；宏基因组差异分析工具（STAMP）确定不同土壤样品间差异物种。结果显示，母质和肥力对水稻土细菌多样性指数变化的贡献相似。但是肥力水平对细菌群落组成的影响要远大于母质。土壤因子，特别是土壤质地与细菌多样性指数密切相关。RDA分析发现土壤有机碳（SOC）是影响细菌群落组成的首要因素，并且25.5 g kg⁻¹有机碳含量是驱动高肥力和低肥力土壤细菌群落组成分异的关键阈值。共现网络分析暗示高肥力水平下，由于土壤环境的改善，细菌趋向于合作关系，并且富营养型细菌占主导地位。STAMP分析发现高肥力水稻土中Massilia和Rhodanobacter等富营养型细菌大量富集；而低肥力土壤中Anaerolinea等贫营养型细菌占主导。研究结果表明，不同母质和肥力水稻土中，土壤质地影响细菌多样性指数变化；而养分水平，特别是有机碳水平决定细菌群落组成的变化。

根际微生物群及其中的解磷细菌在维持集约化农业系统的可持续性和生产力方面具有重要潜力。施肥制度能够影响土壤微生物群落，然而目前仍不清楚土壤中哪些群落的变化会影响有益菌群在根际的富集。本研究基于曲周实验站的一个长期定位实验，该实验始于1993年，含有堆肥、生物堆肥、化肥或不施肥的四个不同处理。利用选择性培养法、16S rRNA基因的Illumina测序，比较了不同处理下玉米根际总细菌和解磷细菌的多样性和群落结构的动态。研究结果显示：玉米的发育期是影响根际细菌和解磷细菌种群结构的主要因子，分别能够解释29%和13%的变异，作用高于不同的施肥。施用堆肥或生物堆肥的土壤中副球菌属的相对丰度显著高于施用化肥或不施肥处理。在根际富集的属中，海洋芽胞杆菌属、芽孢杆菌属、无色杆菌属、剑菌属、 副球菌属、Ramlibacter和藤黄单胞菌属的相对丰度与其在土壤中的相对丰度呈正相关。解磷细菌中剑菌属、芽孢杆菌属和链霉菌属的相对丰度也表现出上述规律。综上所述，尽管玉米发育期是影响根际微生物群的主要因素，但施肥制度或也能够影响根际有益微生物群，如芽孢杆菌属和剑菌属。

一方面，中国亚热带红壤区水稻土母质和肥力水平多变；另一方面，细菌多样性和群落组成在土壤生态系统过程和功能中发挥关键作用。但是水稻土的母质和肥力对细菌多样性和群落组成的影响如何仍不清楚，不同母质和肥力水平条件下驱动水稻土细菌多样性、群落组成和特异微生物种群变化的关键因素尚不明确。因此，本研究采集亚热带红壤区具有不同母质（第四纪红黏土或第三纪红砂岩）和不同肥力水平（高肥力或低肥力）的典型样地水稻土样品，通过454高通量测序测定细菌16S rRNA基因的V4−V5区，分析细菌多样性指数和群落组成变化。采用two-way ANOVA和two-way PERMANOVA探明母质和肥力对细菌多样性和群落组成的影响；主坐标分析（PCoA）、冗余分析（RDA）和多元回归树分析（MRT）明确细菌群落的变化，以及驱动该变化的关键土壤因子；共现网络分析阐明属水平特异细菌种群和关键土壤因子的关系；宏基因组差异分析工具（STAMP）确定不同土壤样品间差异物种。结果显示，母质和肥力对水稻土细菌多样性指数变化的贡献相似。但是肥力水平对细菌群落组成的影响要远大于母质。土壤因子，特别是土壤质地与细菌多样性指数密切相关。RDA分析发现土壤有机碳（SOC）是影响细菌群落组成的首要因素，并且25.5 g kg⁻¹有机碳含量是驱动高肥力和低肥力土壤细菌群落组成分异的关键阈值。共现网络分析暗示高肥力水平下，由于土壤环境的改善，细菌趋向于合作关系，并且富营养型细菌占主导地位。STAMP分析发现高肥力水稻土中Massilia和Rhodanobacter等富营养型细菌大量富集；而低肥力土壤中Anaerolinea等贫营养型细菌占主导。研究结果表明，不同母质和肥力水稻土中，土壤质地影响细菌多样性指数变化；而养分水平，特别是有机碳水平决定细菌群落组成的变化。

微生物是秸秆的分解者，气候条件和秸秆化学组成影响微生物的生长及其群落组成，并终影响秸秆分解。然而，对我国东北地区秸秆分解过程中的细菌演化特征并不清楚。为了阐明东北地区秸秆分解过程中细菌群体演化特征及其影响因子，我们于2014年10月份将玉米秸秆包埋入田间土壤，在随后的2年中不定期取样并分析秸秆生物量及其中细菌群落组成变化。秸秆埋入土壤5、12和24月后，其生物量积累损失率分别为起始量的18、69和77%；秸秆氮磷养分释放表现出与生物量相似的变化，而秸秆钾素1个月后释放了总量的79%。秸秆细菌丰度和群落组成多样性在埋入土壤后迅速增加，于9或20月后达到最高值。秸秆前期分解主要受环境温度和秸秆化学组成调控，后期主要受秸秆化学组成影响。细菌Actinobacteria、Bacteroidetes和Firmicutes门主导秸秆分解前期的群落组成，而Chloroflexi、Acidobacteria和Saccharibacteria门的丰度在分解后期逐步增加。总之，我国东北地区秸秆还田后的分解速率主要受环境温度和秸秆化学组成调控，秸秆分解过程中细菌群落从前期的富营养型群落主导向后期的贫营养型群落主导演化。

研究表明氮肥深施能够减少稻田中氮素淋失、提高氮肥利用率；然而，我们对于稻田土壤微生物，特别是微生物中的丰富物种和稀有物种对于氮肥深施的响应知之甚少，而这一过程对于我们理解农业生态系统的生物多样性和功能至关重要。在本研究中，我们利用二代测序技术和生态模型理论，研究了不同氮肥施用条件下水稻根际土壤中丰富和稀有类群在水稻生长4个阶段的多样性模式及其组装机制。结果显示，在水稻根际土壤中丰富物种和稀有物种具有不同的分布模式：丰富物种广泛存在于各样品中，而稀有物种不是普遍存在的。随机过程在丰富菌群和稀有菌群的群落构建过程中均起着主导作用，其中扩散限制在丰富菌群中起着更重要的作用，而漂移等非主导过程在稀有菌群中起着更重要的作用。扩散限制对氮肥深施下丰富物种和稀有物种的影响高于不施氮肥和传统撒施；然而均值扩散对不施氮肥和传统撒施下稀有物种的影响高于氮肥深施处理。网络分析表明，与稀有物种相比，丰富物种相互之间连接紧密且占据网络的中心位置。尽管如此，大部分的关键物种由稀有物种组成，它们可能在维系网络稳定过程中发挥重要作用。总之，我们的研究结果突出了氮肥深施下根际土壤中丰富菌群和稀有菌群生态机制和共发生模式。

以往关于脱硫石膏改良盐碱土壤的效果研究，大多评测其对土壤理化性质的影响。然而，脱硫石膏对土壤微生物指标的影响研究鲜见报道，尤其是在其施用多年之后。为探究脱硫石膏改良盐碱土壤的长期效应，在内蒙古托克托县采集了轻度、中度和重度(碱化度分别为6.1-20%、20-30%和30-78.4%)3种碱化区施用脱硫石膏17年后的剖面(0-40 cm)土样，分析了土壤有机碳、养分、微生物量和酶活性的变化情况。结果表明：与对照(不施用脱硫石膏)处理相比，3种碱化区施用脱硫石膏处理0-20 cm和20-40 cm土壤有机碳含量平均值分别增加了18%和35%，0-20 cm土壤速效钾含量平均值增加了51%，20-40 cm土壤微生物量碳和微生物量氮含量平均值也分别增加了69%和194%。除了重度碱化区外，脱硫石膏处理0-40 cm土壤脲酶活性显著高于对照处理。此外，脱硫石膏处理显著提高了3种碱化区20-40 cm土壤碱性磷酸酶活性，但其对0-20 cm土壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性的作用效果参差不齐。皮尔逊相关分析结果显示，土壤肥力和生物活性的提高归功于脱硫石膏施用后降低了土壤电导率、pH和碱化度。由此可见，施用脱硫石膏对土壤肥力和生物活性有积极的影响，有助于土壤生态系统的可持续发展，是一种切实可行的碱土改良方法。

根结线虫在世界范围内给农作物造成了巨大的产量损失。畜禽粪便可导致严重的环境污染，给农业环境造成极大负担。为了解决这两个问题，我们开发了一种利用亮斑扁角水虻幼虫和枯草芽胞杆菌BSF-CL联合将鸡粪转化为鸡粪有机肥的方法，然后将鸡粪有机肥与多粘类芽胞杆菌KM2501-1充分混合，最终浓度为1.5×10⁸ CFU g^-1。通过盆栽和大田试验，研究了KM2501-1微生物有机肥防治根结线虫的效果。盆栽试验中，施用KM2501-1微生物有机肥作为基肥或熏蒸剂，40 g/盆，对根结病的抑制率分别为61.76%和69.05%。KM2501-1微生物有机肥在田间试验中以1 Kg m^-2作为熏蒸剂施用，可促进番茄植株生长，抑制根结线虫病49.97%，减少土壤根结线虫二期幼虫88.68%。在盆栽和田间试验中，KM2501-1微生物有机肥对根结线虫的控制效果均优于市售生物有机肥。研究结果表明，这种共转化工艺能有效地将鸡粪转化为高附加值的幼虫生物量和KM2501-1微生物有机肥，作为新的线虫控制剂具有潜在的应用前景。

集约化农业生产的土壤中含有丰富的AM真菌种类和孢子数目。以往的研究表明，在低磷条件下AM真菌能够提高作物的磷吸收，但在高磷土壤中AM真菌是否依然发挥着作用并不清楚。在本文中，我们原位研究了长期高磷肥投入的农田中，土著AM真菌是否对P的利用依然有贡献。我们设计了菌丝室装置，通过在PVC管两端分别密封不同孔径的膜（30 或 0.45 µm），允许或阻止菌丝穿透尼龙膜，进入菌丝室，并阻止棉花根系的进入。我们用土壤速效磷（Olsen-P）的耗竭来表征土著AMF对磷的吸收。结果表明，土著AMF能够介导磷的耗竭和微生物量磷（MBP）的周转，并且在高磷条件下（Olsen-P: 78.29 mg kg^-1），速效磷的耗竭和MBP的周转率最大；不同施肥处理的棉花根内定殖着特有的AM真菌群落，且Glomus 和 Paraglomus占主导地位，暗示了长期的施肥能够驯化AM真菌群落。在本研究结果中，我们得出了即使在高磷条件下，土著AM真菌在土壤磷的耗竭和周转中依然发挥着重要作用。

大豆根际具有特定的微生物群落，但不同基因型大豆之间微生物群落结构的差异尚未得到解释。本研究分析了三种基因型大豆根际微生物群落结构。通过多样性和群落结构分析，证明了不同基因型大豆根际微生物群落间的差异，且每种基因型都由特定的根际微生物群落组成。共现网络分析发现，不同基因型大豆具有不同的根际微生物网络，网络中根瘤菌和根际微生物之间的关系在不同基因型的植物宿主之间表现出显著差异。生态功能预测发现，不同基因型的大豆招募了特定功能的根际微生物。研究结果表明，大豆基因型调控了根际微生物群落结构的差异，为大豆微生物菌剂的开发提供了参考和理论支持。

深翻秸秆还田在我国东北地区已得到了广泛的应用，可以显著增加土壤有机碳储量，改善底层土壤养分循环功能。土壤微生物普遍被认为是这一过程的关键，但其在深层土壤改良中的作用仍研究有限。本研究于2018年开始，以东北地区棕壤为研究对象，以常规耕作（CT，翻耕深度15 cm）为对照，分析了秸秆浅混还田（SCT，翻耕深度15 cm）、深翻处理（IT，翻耕深度35 cm）和深翻秸秆还田（SIT，翻耕深度35 cm）对土壤微生物群落网络和多养分循环功能的影响。结果表明，深翻秸秆还田改善了土壤多养分循环指数，提高了表层和底层土壤有机碳、全氮、有效氮、有效磷和有效钾等养分含量。与传统耕作和秸秆浅混还田相比，深翻秸秆还田通过减少微生物网络平均连通度和节点数，增加平均路径长度和模块化程度，创造了一个结构相对松散但具有高集中度集群的网络结构。同时随机森林分析发现，平均路径长度和聚类系数是影响土壤多养分循环功能的主要因素。综上，深翻秸秆还田将是改善棕壤养分循环和微生物群落结构的一个有效措施，以上结果也为该地区关于微生物驱动秸秆分解策略提供了重要信息。

干旱和低温阻碍了黄土高原地区冬小麦的生产，作为两种常见的种植模式，垄膜沟播（RP）和平膜穴播（FP）有利于小麦增产。我们先前的研究表明，FP比RP能更有效地提高小麦产量，但原因尚不清楚。同时，不同种植模式下功能菌群的变化特征仍需进一步研究。本研究通过种植冬小麦评估了种植模式对土壤温度、水分、微生物和产量的影响。结果表明，FP在土壤温度较低时具有增温作用，在温度过高时具有降温作用。相比之下，RP对土壤温度的调节并不稳定，且随年份而变化。与RP和露地条播（NP）处理相比，FP处理的负积温分别降低了20-89和43-99%。在FP和RP处理中，深层土壤水分可以很好地被转移至表层供小麦生长，这使得在小麦生长早期，这两个处理（尤其是FP）的表层土壤水分比NP处理更充足。然而，由于研究区域的水资源有限，在小麦生育后期所有处理的表层贮水量几乎没有差异。最后，与RP和NP相比，FP的小麦产量分别显著提高了12-16和23-56%。此外，负积温、穗数和小麦产量之间存在显著的正相关。RP处理的Chao1指数和Shannon指数分别比NP处理高出17和3.9%，而基于network关联分析可知，RP处理中细菌的种间关系被削弱。与NP相比，RP中解磷菌、氨化和硝化细菌的活性被增强，而硝酸盐还原菌和植物病原菌活性受到了抑制，这为小麦生长提供了更多的有效养分和更好的生长环境。

植物寄生线虫在侵染植物的过程中通过口针或者体壁向植物细胞和组织中释放对成功侵染致病发挥重要作用的一系列蛋白。本研究利用香蕉穿孔线虫（Radopholus similis）转录组数据鉴定克隆了香蕉穿孔线虫分支酸变位酶（RsCM）基因。该基因在香蕉穿孔线虫的食道腺特异表达，且在雌虫和幼虫中高表达，为单拷贝基因。在烟草叶片中的瞬时表达，结果表明RsCM定位在烟草叶片细胞的细胞质和细胞核，能够抑制flg22诱导的包括胼胝质沉积和防卫基因表达的PTI反应，并能够抑制BAX诱导的细胞坏死，但不能抑制Gpa2/RBP-1 诱导的细胞坏死。RsCM的RNAi转基因番茄对香蕉穿孔线虫的侵染致病和繁殖表现明显抑制作用；而过表达转基因番茄对香蕉穿孔线虫侵染的抵抗力明显降低，并且病根中与水杨酸途径相关的2个基因PR1和PR5的表达量显著下调，表明RsCM可能参与了水杨酸途径的抑制。本研究结果表明，RsCM抑制了寄主的免疫系统，为防治香蕉穿孔线虫提供了新的靶标，同时也为研究迁移性寄生植物线虫分支酸变位酶基因的功能和作用机制提供了新的数据。

三叶鬼针草（Bidens pilosa）是中国的主要入侵植物之一，其入侵给农业、林业、畜牧业和生物多样性造成了严重损失。土壤生态系统在外来植物入侵中起着重要作用。土壤微生物是植物与土壤生态功能之间的中介，对土壤酶活性和养分动态具有调节作用。了解入侵植物、土壤微生物和土壤生态过程之间的相互作用对管理和减轻入侵物种对环境的影响至关重要。本研究对三叶鬼针草和入侵地常见的本地伴生植物狗尾草(Setaria viridis)进行了系统分析。为了模拟三叶鬼针草的入侵过程，我们构建了三叶鬼针草和狗尾草分别单种和两者混合种植的同质园小区。分别采集了外来植物三叶鬼针草和本土植物狗尾草的根际土壤和非根际土壤。在本研究中，我们重点研究了三叶鬼针草成功入侵的土壤生态功能机制。为此我们分析了三叶鬼针草对土壤微生物群落组成和土壤生态功能的影响。结果表明，三叶鬼针草入侵使其生物量增加了27.51%，而狗尾草的生物量则显著降低了66.56%。三叶鬼针草根际和非根际土壤中的有机质含量为本地植物土壤中的1.30倍左右。三叶鬼针草根际土壤中TN和NO₃^-的含量是本地植物土壤中的1.30-2.71倍。三叶鬼针草根际土壤中酸性磷酸酶、碱性磷酸酶和脲酶的活性是本地植物的1.98-2.25倍。通过对16S rRNA基因的高通量测序，结果发现三叶鬼针草改变了土壤微生物群落的组成，具体而言，三叶鬼针草生长的土壤中富集了大量放线菌门（Actinobacteria）和变形菌门（Proteobacteria）的菌属。相关性分析结果显示这些属与土壤养分和酶活性显著正相关。植物生物量、土壤pH以及有机质、TN、NO₃^-、TP、AP、TK和AK的含量是影响土壤微生物群落的主要因素。本研究表明，三叶鬼针草入侵导致了土壤微生物群落组成的显著变化，这些变化与植物性状以及土壤理化性质的改变密切相关。三叶鬼针草入侵的土壤中富集了一些与碳氮磷循环相关的微生物。这些发现为外来植物成功入侵的“土壤-微生物反馈假说”提供了支持，同时也为土壤微生物促进三叶鬼针草成功入侵提供了生态学机制的新见解。总之，本研究有助于更好地理解入侵植物、土壤微生物群落和生态系统动态之间复杂的相互作用。

细菌在调节土壤磷循环过程中发挥着重要的作用。而作物与磷有效性的交互作用对土壤细菌群落的影响，以及细菌群落的重塑对土壤磷循环的反馈作用尚不清楚。本研究选用6份磷效率不同的大豆（Glycine max）基因型为试验材料，进行不同磷肥水平处理的酸性土壤田间试验。测定了非根际土和根际土壤中酸性磷酸酶（Acid phosphatase，AcP）活性和有机磷浓度，并通过微生物高通量测序技术分析土壤16S rRNA和phoC基因细菌群落结构。试验结果表明，低磷肥处理条件下，土壤有机磷浓度与土壤AcP活性以及大豆植株磷含量均呈显著负相关。土壤磷有效性以及大豆根际效应均影响了土壤细菌群落组成。而根际优势物种变形菌门（Proteobacteria）在低磷处理下的相对丰度与土壤有机磷浓度和AcP活性密切相关。土壤phoC基因高通量测序结果显示，大豆根际土壤中贪铜菌属（Cupriavidus）和克雷伯氏菌（Klebsiella）的相对丰度较非根际土高，而黄单胞菌属（Xanthomonas）的相对丰度较低。其中，贪铜菌属（Cupriavidus）为土壤phoC基因优势细菌属，且与土壤有机磷浓度呈显著负相关。以上结果表明，在磷有效性较低的酸性土壤，大豆可能依赖其根系招募的phoC基因细菌（例如，贪铜菌属）所产生的酸性磷酸酶，活化利用土壤有机磷。

土地利用方式可以改变土壤生物的群落组成和多样性，从而影响地下生态系统的过程和功能。为了探究不同土地利用方式对土壤生物的影响，本研究对位于中国北方6个区域中3种不同土地利用方式，即农田、林地和撂荒地中的土壤线虫群落开展了调查研究。研究结果表明，农田土壤线虫的丰富度、多样性、丰度和生物量最低，撂荒地土壤线虫丰富度和多样性比农田高28.8%和15.1%。土壤线虫群落在林地中与撂荒地中无显著差异，但共现网络分析结果表明它们的关键属组成不同。林地的杂食-捕食线虫占网络关键属的50%，撂荒地的食细菌线虫占网络关键属的36%。在林地中，食真菌线虫在网络关键属的比例比撂荒地低了20.8%。共现网络的拓扑特性表明与林地和撂荒地相比，农田土壤网络复杂性和稳定性有所降低。土壤pH值、NH₄⁺-N和NO₃^--N是农田土壤线虫群落的主要影响因素，而土壤有机碳和含水量是林地土壤线虫群落的主要影响因素。经过人为管理的农田土壤线虫群落对土壤环境的依赖性更强。不同土地利用方式引起的土壤环境的变化可以通过改变共现网络中线虫营养类群在关键属中的比例，从而影响土壤生物的网络关系。

覆盖作物是调控土壤微生物群落的一种可持续措施，而土壤微生物群落对于多种土壤功能(即土壤多功能性)的实现至关重要。然而，在不同覆盖作物种植条件下，关于土壤微生物群落在调节土壤多功能性中的作用知之甚少。基于此，本研究评估了不同覆盖作物种植条件下（CK，冬闲；RD，肥田萝卜单播；HV，毛叶苕子单播；RDHV，肥田萝卜-毛叶苕子混播）土壤多功能性的变化；研究了土壤微生物丰富度、网络复杂度和生态集群对土壤多功能性的贡献。结果表明，与主作物植株化学性质差异较大的覆盖作物具有更高的土壤多功能性，且肥田萝卜-毛叶苕子混播下土壤多功能性最高。覆盖作物驱动的土壤微生物丰富度和网络复杂性的变化与土壤多功能性的提高有关。值得注意的是，土壤微生物网络中关键生态集群（生态集群2）中的特定微生物对于维持土壤的多功能性尤为重要。本研究结果强调了覆盖作物诱导的重要功能分类群的变化对于提升旱地红壤多功能性的重要性。

土壤微生物在生态系统功能中起着重要的作用。然而，钾肥施肥量梯度对小麦‒玉米轮作体系中土壤微生物群落的相对影响尚不清楚。在这项长期田间定位试验中（2008-2019），我们研究了土壤中细菌和真菌的多样性、组成和群落组合，沿着钾肥施肥量梯度（小麦季：K0，K1，K2，K3；不施钾肥，45，90，135 kg ha⁻¹ K₂O；玉米季：K0，K1，K2，K3；不施钾肥，150，300，450 kg ha⁻¹ K₂O），利用细菌16S rRNA和真菌ITS测序分析。研究发现，年平均土壤温度和降水量、速效钾、铵态氮、硝态氮和有机质等环境变量对土壤细菌和真菌群落有影响，且其影响因施肥和作物种类不同而存在差异。此外，小麦季参与土壤养分转化的细菌（放线菌门和α变形菌门）的相对丰度较玉米季显著增加，最佳钾肥施肥量（K2处理）提高了小麦季土壤养分转化相关细菌（乳酸杆菌属）和土壤反硝化相关细菌（变形菌门）的相对丰度。玉米季中促进根系生长和养分吸收的土壤细菌群落（Herbaspirillum属）丰度较小麦季有所提高，K2处理提高了玉米季土壤养分转化相关（MND1属）和土壤氮循环相关（Nitrospira属）的细菌丰度。结果表明，小麦‒玉米轮作体系下细菌和真菌群落在钾肥施肥量梯度上表现出不同的敏感性和组装机制，其中土壤微生境对作物产量的影响最大，钾肥的施用使小麦和玉米产量分别提高了11.2-22.6%和9.2-23.8%。这些模式受不同气象因子和施钾量梯度下土壤养分变化的共同影响。