中国中医科学院 /中国农业大学合作揭示叶面施肥如何通过微生物策略调控土壤多功能性

【研究背景】

在集约化农业体系中，叶面施用铁（Fe）、锌（Zn）、铜（Cu）等金属微量元素已成为提升作物营养与产量的重要措施，尤其在药用植物栽培中应用广泛。然而，这类“从地上输入”的营养调控方式，是否会通过植物系统间接影响根际生态过程，尤其是土壤多功能性（soil multifunctionality, MF），目前仍缺乏系统认知。

根际土壤是连接植物与微生物的关键界面，其功能状态高度依赖微生物群落结构及其生态策略。近年来，“微生物生活史策略”被提出作为解释群落功能差异的重要框架，但在叶面营养输入背景下，这一机制如何参与调控土壤功能尚不清楚。

以三七（Panax notoginseng）为模型植物，解析叶面微量元素如何通过“植物—微生物—土壤功能”链条发挥作用，对于优化施肥策略与保障生态安全具有重要意义。

【研究概况】

近日，中国中医科学院董林林副研究员、张国壮博士联合中国农业大学彭静静副教授等在npj Biofilms and Microbiomes发表了题为Foliar metal micronutrients reshape rhizosphere soil multifunctionality by filtering microbial life-history strategies的研究论文，该研究以Panax notoginseng为研究对象，通过Fe、Zn、Cu梯度叶面施用实验，结合宏基因组、转录组及微生物生活史量化模型（qYAS），系统解析了叶面金属输入如何通过筛选微生物生活史策略重塑根际土壤多功能性。

【主要研究结果】

（1）不同金属微量元素对土壤多功能性的差异化影响：研究发现，叶面施用Fe显著提升土壤多功能性，包括养分供给能力与元素循环效率；而Zn和Cu则显著降低养分供给与元素循环功能，同时增加植物病原菌丰度，提示不同微量元素具有截然不同的生态后果。

（2）微生物生活史策略是功能变化的核心驱动因素：通过整合宏基因组与群落特征分析，研究揭示微生物生活史策略发生显著重构：Fe处理富集Y-strategists（高效碳利用型微生物）Zn和Cu处理富集AS-strategists（基因组较大、资源消耗型微生物）。其中，Y-strategists表现出更高的网络连接性与代谢效率，与土壤多功能性正相关；而AS-strategists则与功能下降密切相关。

（3）Fe促进高效生态策略微生物富集：Fe处理显著促进具有简化基因组、高资源利用效率和高网络中心性的Y型策略微生物群落。这类微生物更有利于碳循环与养分转化，从而提升土壤整体功能水平。

（4）Zn与Cu促进病原相关微生物扩张：Zn和Cu处理不仅削弱土壤养分循环能力，还促进潜在植物病原菌丰度增加，表明部分微量元素在一定条件下可能改变根际生态平衡，增加植物健康风险。

（5）多组学与结构模型揭示作用路径：偏最小二乘路径模型（PLS-PM）分析进一步表明，微生物生活史策略是连接叶面金属输入、植物生长表现、土壤性质与多功能性的关键中介因子，构成完整的生态调控链条。

【图表概况】

【结论】

该研究揭示了叶面施用微量金属元素不仅影响植物营养状态，还通过调控根际微生物生活史策略，进而决定土壤多功能性的变化轨迹。研究提出：Fe倾向于筛选高效“资源利用型”微生物，从而提升生态系统功能；而Zn与Cu则可能富集“高负荷策略型”微生物群落，导致功能下降并增加病原风险。

从应用角度看，该成果为叶面微量元素施用提供了新的生态风险评估框架，也为基于微生物策略的精准养分管理提供了理论依据。未来，通过整合植物生理与微生物生活史特征，有望实现更安全、高效的农业营养调控策略。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41522-026-01071-y