过去几十年里，化学肥料为农业食品生产的持续增长做出了重大贡献，成为作物产量的主要驱动力（Zheng等人，2020年；Tian等人，2023年）。随着全球气候变化和人口的增长，预计未来化肥的使用量将显著增加（Zhu等人，2021年）。然而，农业生态系统中作物产量的增长速度远低于化学肥料投入的增长速度，而且化学肥料带来的环境问题不容忽视（Galloway等人，2008年；Guthrie等人，2018年）。Galloway等人（2008年）强调，人类活动对氮循环的干扰在全球范围内引发了生态系统结构和功能的连锁反应。过度使用化学肥料会导致农业生产及生态环境中的严重问题，如土壤养分效率低下、粮食安全问题、水污染和土壤退化（Sun等人，2021年）。在气候变暖加剧和耕地资源减少的背景下，如何利用有限资源有效提高粮食产量，同时确保农业的可持续性和生态保护，已成为一个挑战。
丛枝菌根真菌（AMF）与超过80%的开花植物形成共生关系，对氮（N）和磷（P）的投入非常敏感（Smith和Read，2008年；Hoeksema等人，2010年）。许多研究表明，AMF能够促进宿主植物的生长、生物量积累和土壤质量（Van der Heijden等人，2008年；Sui等人，2019年；Duan等人，2021年；Zhu等人，2023年）。AMF可以提高宿主植物吸收土壤水分和养分的能力，尤其是磷（Smith和Smith，2011年），使其成为可持续农业发展中的重要微生物群体（Soti等人，2023年）。此外，在间作系统中，AMF通过将其菌丝延伸到不同植物的根部，建立了一个共生的菌丝网络，这些相互连接的菌丝调节养分和其他资源的传输（Qiao等人，2016年；Wang等人，2021年；Guo等人，2023年）。
豆科植物与根瘤菌之间的共生关系使得大气中的氮（N₂）得以固定，并将其转移到与其相关的非豆科植物中（Liu等人，2020年）。这一途径是陆地生态系统氮循环中的关键环节，也是实现可持续农业发展的重要手段。AMF和根瘤菌是植物根际微生物群中常见的共生微生物（Smith和Read，2008年；Hartman等人，2023年）。在长期共生和进化过程中，AMF和根瘤菌在AMF-根瘤菌-植物系统中形成共生关系，这对宿主植物的生长和发育比单独接种或不接种任何一种微生物更有益（Smith和Smith，2011年；Liu等人，2023年）。
AMF和根瘤菌的共同接种通过增强氮和磷的吸收，对植物表现产生协同效应，从而提高植物的生物量和产量（Pereira等人，2019年）。这种三方共生关系为减少化学肥料依赖性同时维持农业生产力提供了一种可持续的方法。然而，新兴证据表明，它们的相互作用具有情境依赖性，从互惠到对抗都有可能（Zhou等人，2022年；Kalapchieva等人，2023年），这突显了阐明其潜在机制的必要性。养分可用性在调节这些微生物相互作用中起着关键作用。氮和磷的投入改变了养分的绝对可用性和土壤的关键化学性质，如氮磷比例和土壤pH值，这可能引发并控制共生真菌的反应，通常导致非线性结果（Pan等人，2020年；Qiu等人，2024年）。因此，尽管AMF和根瘤菌能够重塑土壤微生物群（Camenzind等人，2014年），但氮和磷投入对涉及AMF和根瘤菌的复杂共生系统的影响，会因生态系统的基线养分状况和物理化学条件而大相径庭（Xiao等人，2019年）。应力梯度假说为这些观察结果提供了一个框架，预测在环境压力条件下微生物互惠作用的增强（O’Brien等人，2018年）。因此，确定植物在多种共生体相互作用下能够获得协同效益的条件，将是管理植物微生物群以优化农艺和环境应用的关键步骤。
分析不同土壤氮和磷养分条件下每个共生系统中的植物生产力、微生物反应以及土壤碳（C）和氮（N）库，将有助于确定AMF和根瘤菌的协同效应是否与土壤养分水平有关。因此，我们进行了全球元分析，以探讨AMF-根瘤菌-豆科植物系统的情境依赖性及其潜在机制。具体来说，我们提出了三个研究问题：（1）共同接种是否增强了AMF或根瘤菌系统的感染或结瘤作用，这种反应在不同土壤氮或磷条件下是否有所不同？（2）宿主植物的生产力及其组织中的氮和磷浓度在单独接种和共同接种AMF和根瘤菌后是否有差异？（3）植物类型（树木/牧草/作物）如何影响土壤中的碳和氮库？我们假设在豆科植物中共同接种AMF和根瘤菌将提高产量、养分吸收、氮酶活性以及土壤中的碳和氮库，其中多年生树木的反应比一年生作物更强。这种增强作用与土壤氮和磷的施肥水平呈负相关，因为高水平的养分投入通过不同的途径抑制了微生物共生（氮抑制根瘤菌的结瘤作用，磷限制了AMF的定殖）。
