岩石风化是地球表层系统的关键过程，影响土壤形成、物质循环乃至全球气候变化。紫色母岩因易风化特性，成为研究风化过程的理想材料——其年均风化剥蚀厚度可达11.2-19.6 毫米。然而，农业中广泛使用的肥料如何通过影响细菌群落间接改变其风化特性，此前尚不明确。

这项研究聚焦四川盆地两种典型紫色母岩——沙溪庙组（J₂s）和蓬莱镇组（J₃p），通过淋溶实验模拟不同施肥条件，填补了这一研究空白。研究团队设计了包含7种处理的对照实验：空白组（不施肥）、单施氮肥（100%、200%、300% 常规用量）、氮磷钾复合肥（100%、200%、300% 常规用量）。实验在四川盐亭紫色土农业生态站进行，持续2年多，重点监测风化产物的细菌群落、化学性质及风化程度。

关键发现：肥料 “重塑” 细菌与风化的机制

1.细菌群落：丰度、多样性随施肥量 “逆向变化”

图 1 不同处理下风化产物中细菌的分布情况

研究通过高通量测序发现，所有样本中细菌分属39门、129纲，其中变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteriota）等为优势类群（图1）。如图1清晰展示了不同施肥处理下两种母岩风化产物中优势细菌门（A、B）和属（C、D）的分布差异。并且研究发现高剂量肥料显著降低了细菌丰度与多样性，且复合肥（NPK）处理的群落组成与单氮肥（N）处理、空白组差异显著。

图 2 冗余分析（RDA）评估不同化学性质对风化产物中细菌群落组成的影响

冗余分析（RDA，图2）进一步证实，pH值下降及有效氮（AN）、有效磷（AP）增加是驱动细菌群落变化的核心因素，其中AP的影响最为显著。

2.风化特性：化学与物理风化的“差异化响应”

图 3 不同处理下风化产物的化学风化指数（CIA）

通过化学蚀变指数（CIA）评估发现，施肥显著促进J₂s的化学风化（图3），CIA较空白组提升0.89%-1.40%；而J₃p对施肥的敏感性较低，仅高剂量处理有轻微变化。

图 4 不同处理下风化产物的土壤形成速率（SFR）

以< 2mm颗粒占比计算的土壤形成率（SFR）显示，200%剂量处理下两种母岩的物理风化均达峰值（图4）。其中J₃p在NPK处理下SFR提升显著，而J₂s在单氮肥处理中更明显。

3.作用机制：“细菌-化学性质”的协同调控

结构方程模型揭示了三条关键路径：首先是施肥通过改变pH、碳氮比（C:N）、AP等化学性质，经特定细菌（如 IMCC26256、Ramlibacter）间接影响化学风化；其次施肥直接通过pH、AP变化作用于物理风化；施肥还通过改变亚硝化螺菌属（Nitrosospira）的丰度，直接加速物理风化（该菌参与氨氧化过程，产生的 H⁺可促进岩石解体）。

此外，研究显示，施肥后嗜营养菌（如Gemmatimonadota）丰度上升，而寡营养菌（如Actinobacteriota）下降，反映了细菌群落对养分输入的适应性调整。

该研究首次建立了施肥、细菌群落、岩石风化之间的关联，不仅有助于预测农业区岩石风化的时空动态，还为紫色土地区的土壤保护、碳循环研究提供了科学依据。未来研究将进一步结合植物-微生物互作，更全面解析人类活动对地表过程的影响。

原文链接：DOI 10.3389/fmicb.2024.1514646