营养依赖性的病毒生活方式变化驱动微生物更替及土壤有机碳的积累

病毒作为土壤生物地球化学的重要活性组分，其与宿主的长期互作机制及碳循环影响被揭示。通过39年双季稻试验，整合病毒富集元基因组、16S rRNA测序和结构方程模型，发现有机肥替代显著提升病毒丰度与多样性，促进高病毒/细菌比（M50达69%），且病毒群落特征（生活方式、多样性、代谢基因）与微生物生物量碳及土壤有机碳呈正相关。未施肥对照组则富集温和噬菌体，通过溶原转化提供代谢补偿。研究为可持续施肥策略提供了病毒生态维度依据。

摘要

病毒在土壤生物地球化学中的作用日益受到重视，但它们对长期养分管理的响应仍知之甚少。通过在一个双季稻系统中进行的为期39年、完全重复的田间实验，我们结合了富含病毒的宏基因组学分析、16S rRNA扩增子测序和结构方程建模（SEM），揭示了长期施肥如何影响稻田土壤中的病毒-宿主动态和碳循环。实验处理组（n=5）包括不施肥的对照组、全量化学氮肥处理（180公斤/公顷/年）以及分别施用30%、50%和70%粪肥的处理组。粪肥的施用显著增加了细菌和病毒的数量，缓解了化学肥料导致的生物多样性下降，并丰富了共生性宿主。在所有样本（3个处理组×3次重复）中，Caudoviricetes、Malgrandaviricetes和Faserviricetes是主要的病毒类群。病毒群落组成和生活策略随着肥力梯度的变化而显著改变：粪肥处理提高了土壤养分的有效性及宿主的数量，同时病毒数量也有所增加（导致病毒与细菌的比例上升），并且观察到了向更具毒力的病毒类型转变（M50处理组中为69%，而对照组为61%）。相比之下，不施肥的贫瘠对照组含有最高比例的温带噬菌体以及最多的与碳代谢相关的辅助基因（AMGs），这表明溶源性转化在寡营养条件下为宿主提供了“代谢救济”。结构方程建模显示，在粪肥处理下，这些病毒群落特征（包括生活策略、多样性和辅助基因）与微生物生物量碳及土壤有机碳呈正相关。通过将病毒生态学纳入养分管理和田间尺度农业生态系统动态的框架中，我们的研究结果强调了病毒在可持续农业生态系统施肥策略设计中这一被忽视的生物学维度。