微生物群落结构和多样性在农田生态系统中起着重要作用。土壤微生物多样性的破坏会导致土壤养分失衡、结构退化、生态功能下降，并严重影响土壤生产力和土壤健康。施用氮肥作为农田生态系统中最常见的农艺措施，在短期内可以提升作物产量，但长期施用会造成土壤酸化、土壤肥力下降、土壤污染加剧等严重问题。
徐建明教授团队基于全球70个长期定位试验结果，探讨了单施氮肥（N）、氮肥配施磷钾肥（NPK）等施肥方式对农田生态系统中土壤肥力、微生物多样性和群落结构的影响规律。研究表明，单施氮肥显著降低土壤微生物的多样性并改变其群落结构，多样性下降与氮肥导致的土壤酸化和有机质改变密切相关。氮肥配施磷钾肥（NPK）则显著提高微生物的多样性，主要与氮磷钾配施引起的土壤有机质提升密切相关。
图释：单施氮肥（N）和氮肥配施磷钾肥（NPK）等施肥方式对土壤微生物多样性和主要微生物类群相对丰度的影响
长期单施氮肥还会提高土壤变形菌门（Proteobacteria）和放线菌门（Actinobacteria）的相对丰度，并降低酸杆菌门（Acidobacteria）的相对丰度，揭示氮素输入会促进土壤中富养型微生物的生长，而抑制贫养型微生物的生长。虽然单施氮肥会导致严重的土壤酸化，但对于pH强敏感的酸杆菌门来说，其丰度却显著降低，揭示“养分输入因子”对此类菌群的决定作用大于“土壤酸化因子”。研究还发现土壤微生物生物量随着其多样性的降低而下降，初步揭示施用氮肥导致的微生物多样性改变直接影响了土壤的生态功能，即可能不存在功能冗余。
该研究揭示了农田生态系统中养分输入与微生物群落结构和生态功能之间的关联，为全球农田土壤肥力管理策略提供理论依据。为缓解土壤微生物多样性的下降，在实际农业生产过程中，建议在氮肥的基础上配施磷钾肥。
该论文的第一作者为戴中民博士，通讯作者为徐建明教授，浙江大学为第一和通讯作者单位。该研究得到了国家自然科学基金创新研究群体项目（41721001）、国家973项目课题（2014CB441003）等项目的资助。
论文网页链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/gcb.14163
