土壤病毒是地球上數量最多的生物因子之一，其在感染和重編程宿主微生物代謝的過程中，能夠深刻影響土壤有機質的形成與穩定。然而，長期以來，病毒在土壤碳循環中的生態功能被嚴重低估，現有的碳循環模型主要關注“施肥—微生物—碳庫”路徑，對病毒通過感染、裂解和代謝輔助調控微生物周轉及有機碳積累的機制缺乏直接證據。

針對這一理論不足，中國科學院沈陽應用生態研究所梁小龍研究員團隊依托紅壤稻田長期定位施肥試驗，結合病毒組學、微生物群落分析和結構方程模型，系統揭示了不同施肥策略驅動土壤病毒生活史轉變及其在調控微生物周轉和有機碳積累中的關鍵作用。研究發現，營養富集的有機肥配施處理顯著促進病毒由溶原型向裂解型轉變，病毒裂解加速了微生物死亡與殘體碳生成，增強了土壤有機碳的積累潛力;而在低養分的無施肥或單施化肥條件下，病毒傾向保持溶原狀態，通過攜帶輔助代謝基因(AMGs)支持宿主代謝功能和存活，維持微生物群落功能與生態系統穩定性。

研究進一步揭示，“施肥策略—病毒生活史—微生物周轉—殘體碳—土壤有機碳積累”構成了調控土壤碳循環的關鍵生態鏈條，施肥不僅改變養分供給，還通過病毒介導的微生物碳命運控制，決定了碳輸入的去向與留存效率。該發現從病毒生態學角度闡明了施肥促進土壤有機碳積累的生物學機制，彌補了傳統碳循環理論未能考慮病毒頂端調控效應的不足。該研究將病毒生態學納入農業生態系統管理，強調了病毒作為可持續農業生態系統施肥策略不能被忽視的生物學維度。研究成果以Nutrient-Dependent Viral Lifestyle Shifts Drive Microbial Turnover and Soil Organic Carbon Accrual為題，發表在European Journal of Soil Science期刊。中國科學院沈陽生態所王永峰副研究員為第一作者，梁小龍研究員為通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、遼寧省優秀青年基金、森林生態與保育重點實驗室等資助。

圖1. 不同施肥策略下病毒與細菌豐度。(A)病毒顆粒的豐度;(B)細菌細胞的豐度;(C)病毒顆粒與細菌細胞數量的比值;(D)病毒豐度與細菌豐度的關系。Control表示無施肥處理;CF表示施加化肥處理;M30、M50、M70分別表示施用有機肥代替30%、50%、70%化學氮肥處理。

圖2. 不同施肥策略下病毒群落的組成與生存策略。(A)病毒群落的Chao1指數;(B)病毒群落的香農指數;(C)病毒群落組成的主成分分析;(D)病毒綱水平的相對豐度;(E)環境因子與病毒關聯分析;(F)溫和噬菌體與烈性噬菌體的相對比例。

圖3. 長期施肥條件下病毒對土壤有機碳的調控作用。