期刊：Nature Communications

题目：Low-intensity management promotes the soil priming effect in European agroecosystems

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-71255-9

通讯作者：Felipe Bastida（西班牙穆尔西亚大学）

发表日期：2026-04-02

土壤激发效应（priming effect, PE）是指新鲜碳输入（如根系分泌物或凋落物）对土壤有机碳（SOC）矿化速率的改变，是全球碳循环的关键过程之一。尽管农业管理方式强烈影响SOC的周转，但PE在解释SOC储量中的作用尚不明确。尤其是在欧洲大陆尺度上，农业集约化如何通过改变土壤PE进而影响碳循环，缺乏系统研究。该研究旨在揭示PE与SOC之间的关联，并评估不同农业管理强度对PE的影响。

该研究团队选取了分布在七个欧洲国家的长期农业试验点，涵盖半干旱、温带和寒冷三种主要气候类型。这些试验点的管理历史至少为八年，涵盖了不同耕作强度（标准耕作、减耕、免耕）和施肥类型（有机肥、矿物肥）。研究将处理组合划分为四个管理强度等级（L、ML、MH、H）。采集0-10 cm表层土壤后，在实验室条件下进行为期32天的13C标记葡萄糖诱导的激发效应培养实验，测定SOC矿化变化。同时测定了土壤理化性质、微生物生物量（EL-FAMES）、酶活性（β-葡萄糖苷酶、脲酶、磷酸酶）、团聚体稳定性（MWD）以及微生物群落结构（16S和18S rRNA基因测序）。研究采用多模型推断、随机森林、结构方程模型等方法分析PE的驱动因素及其对SOC的解释力，并利用独立的欧盟LUCAS调查和全球数据库对结果进行交叉验证。

激发效应对土壤有机碳的解释力：在欧盟长期农业试验网络中，PE被选为SOC的重要预测因子，位列前五的最优模型之中。方差分解显示，PE解释了SOC中未被气候、微生物生物量和土壤属性等因子覆盖的独特变异部分。基于欧盟LUCAS调查和全球数据库的交叉验证进一步支持了这一结论，证实PE在大陆及全球尺度上对SOC均具有稳定的预测能力。

管理强度对激发效应的影响：管理强度显著改变PE的方向与强度。高强度管理（H）下PE均值仅为3.18 μg C g⁻¹ soil，且负激发效应比例高达44.7%；而低强度管理（L）下PE均值达11.43 μg C g⁻¹ soil，负激发比例仅22.2%。从具体措施看，有机施肥处理的PE显著高于矿物施肥，免耕处理的PE显著高于减耕和标准耕作。葡萄糖添加后，高强度管理土壤中微生物生物量增加更明显，但葡萄糖矿化率较低，表明其激发效应主要源于对养分的“挖掘”策略；而低强度管理土壤中微生物生物量未显著增加，但葡萄糖矿化率更高，反映出微生物周转加快或竞争性养分获取机制。

激发效应的关键预测因子：随机森林分析表明，C/P比、SOC、总氮和管理强度是PE的显著预测因子。回归分析进一步证实，PE与SOC、总氮、C/P比、脲酶活性和团聚体稳定性均呈显著正相关。结构方程模型揭示，管理强度不仅直接调控PE，还通过改变团聚体稳定性（MWD）、真菌和细菌生物量间接影响PE。SOC对PE有正向直接效应，而β-葡萄糖苷酶活性则呈负向直接效应。在微生物类群层面，PE与Acidimicrobiates、Tissierellales等细菌类群相对丰度呈正相关，与Nitrosomonadales呈负相关，反映出不同微生物功能策略对激发过程的差异化贡献。

图1.多模型推断分析显示多种生态因子（如激发效应）对土壤有机碳的重要性

图2.不同管理强度、施肥类型和耕作条件下的土壤激发效应箱线图

图3.随机森林和结构方程模型评估土壤激发效应的驱动因子

图4.土壤激发效应与土壤有机碳、总氮、黏粒含量、C/P比、脲酶活性和团聚体稳定性的回归关系

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