易腐廢物，包括食物、果蔬和園藝廢棄物，具有高水分、低熱值和高易腐性等特點，約占中國生活垃圾的60%。每年產生超過9000萬噸易腐廢物，其中近50%在中國以環境友好的方式進行處理。堆肥已成為回收易腐廢物的關鍵策略。與焚燒和填埋相比，堆肥能有效再利用碳（C）和養分，從而減輕環境污染。易腐廢物堆肥因此被用于農業，以減少對化肥的依賴并維持土壤肥力。然而，將易腐廢物堆肥用于農業生產的一個主要障礙是其可能加劇土壤鹽化的風險，因為此類廢物通常含鹽量高。盡管易腐廢物堆肥的可溶性鹽含量被規定低于3%，但持續和過量施用仍可能增加土壤鹽度。雖然易腐廢物堆肥的農藝效益已得到認可，但關于其施用量與引發的鹽度之間的權衡如何影響作物產量，仍存在知識空白。

盆栽試驗于2021年在浙江省農業科學院進行。設置了六個施肥處理，每個處理三次重復（共18盆），包括不施肥（對照）、單施化肥（NPK）以及化肥與四種不同用量的易腐廢物堆肥配施：0.7%（PW1）、2.1%（PW3）、3.5%（PW5）和4.9%（PW7）。易腐廢物堆肥主要來源于蔬菜、水果、米糠和秸稈，通過集成發酵15天生產。肥料和堆肥均勻撒施于土壤表面，然后通過翻耕和攪拌與整個土層混合。種植水稻品種為‘浙粳99’，這是一種在浙江地區廣泛種植的高產、鹽敏感、中熟品種。試驗持續了2年。

在2022年11月試驗進行兩年后，從每個盆的0-20厘米深度隨機采集土壤樣品。

測量了土壤pH、電導率（EC）、土壤有機碳、總氮、有效磷（P）、有效鉀（K）和可溶性鹽總量。土壤鹽度用土壤可溶性鹽總量和EC值表示。

使用Mo-Bio土壤DNA提取試劑盒從凍土中提取DNA。使用通用細菌引物27F和1492R擴增細菌16S rRNA基因，并在PacBio Sequel IIe系統上進行測序，生成高保真（HiFi）讀數。序列數據已存放在NCBI序列讀段檔案庫。

將HiFi讀數按97%相似度聚類為操作分類單元（OTU）。使用PICRUSt2（通過重建未觀察狀態進行群落系統發育研究）基于OTU代表性序列預測宏基因組功能。使用‘vegan’包估算細菌群落的α多樣性（豐富度）。計算平均變異度（AVD）以評估土壤細菌群落的穩定性，AVD值越低表明微生物生物多樣性和穩定性越高。

使用單因素方差分析和Tukey’s HSD檢驗（p < 0.05）來檢驗易腐廢物堆肥添加對土壤性質、微生物α多樣性、平均變異度和細菌組成相對豐度的影響。采用基于Bray-Curtis相異距離的非度量多維尺度分析（NMDS）來評估樣本間細菌群落結構的相似性。使用置換多元方差分析（PERMANOVA）計算易腐廢物堆肥添加對土壤細菌群落結構的影響。使用R包‘randomForest’進行隨機森林（RF）回歸分析，以定量估計土壤性質在土壤細菌群落和細菌群落在土壤可溶性鹽總量中的重要性。

與單施化肥（NPK）相比，添加易腐廢物堆肥提高了土壤有機碳和總氮含量，其中4.9%（PW7）添加量的值最高。與NPK相比，0.7%（PW1）和2.1%（PW3）易腐廢物堆肥使土壤有效磷分別增加了33.2%和41.7%，而在3.5%（PW5）和4.9%（PW7）添加量下，土壤有效磷分別降低了12%和19.7%。水稻產量變化趨勢與有效磷相似。與NPK相比，易腐廢物堆肥添加顯著增加了土壤可溶性鹽總量和EC值（p < 0.05）。

與NPK相比，易腐廢物堆肥添加降低了土壤細菌多樣性的豐富度，其中4.9%（PW7）添加量最低。2.1%（PW3）易腐廢物堆肥添加下的土壤平均變異度（AVD）最低，表明群落穩定性最高。NMDS分析顯示，不同處理間的土壤細菌群落存在顯著分離（p < 0.001）。與NPK相比，易腐廢物堆肥添加增加了土壤細菌群落的樣本間多樣性（β-多樣性），其中3.5%（PW5）和4.9%（PW7）處理最高。

在所有土壤微生物群落中，變形菌門（Proteobacteria，23-28%）、厚壁菌門（Firmicutes，16-22%）、浮霉菌門（Planctomycetota，11-13%）和綠彎菌門（Chloroflexi，6-16%）占主導地位。與NPK相比，4.9%（PW7）易腐堆肥添加顯著降低了厚壁菌門的相對豐度，并增加了綠彎菌門、疣微菌門（Verrucomicrobia）和藍藻門（Cyanobacteria）的相對豐度。

隨機森林模型解釋了土壤細菌群落結構46.37%的方差。可溶性鹽總量是預測細菌群落結構的重要且顯著的指標。此外，12個門解釋了可溶性鹽總量61.02%的方差，其中螺旋體門（Spirochaetes）是最重要且顯著的指標。9個門的相對豐度與可溶性鹽總量呈顯著相關，其中螺旋體門、軟壁菌門（Tenericutes）、放線菌門（Actinobacteria）和Balneolaeota與可溶性鹽總量呈負相關。

在第一級通路水平上，涉及代謝、遺傳信息處理和環境信息處理的基因高度富集。與NPK相比，易腐廢物堆肥添加增加了遺傳信息處理的比例，其中2.1%（PW3）和4.9%（PW7）添加量顯著。在第二級水平上，與NPK相比，PW3（2.1%堆肥添加）處理下觀察到翻譯以及復制和修復的比例顯著更高。與NPK相比，易腐廢物堆肥添加也增加了核苷酸代謝的比例。在第三級水平上，代謝途徑在功能途徑中比例最高。PW3處理下，核糖體顯著上調，而多種環境中的微生物代謝下調。需要指出的是，這些功能譜是從16S rRNA序列推斷而來，代表了土壤細菌群落的潛在功能，而非直接測量的功能。

與化肥相比，添加易腐廢物堆肥顯著提高了土壤有機碳和氮的濃度，且與施用量相關。正如預期，本研究中觀察到的土壤鹽分積累與其它研究顯示的變化大致相似。易腐廢物堆肥施用下土壤鹽度的增加主要歸因于易腐廢物中固有的鈉離子在土壤中的滯留。總體而言，易腐堆肥引入的土壤鹽度增加并未超過水稻植物的鹽度閾值（<3.0 dS m^-1）。然而，考慮到易腐廢物堆肥施用對鹽度的累積效應，應考慮長期施用的影響。水稻產量在2.1%施用量時達到峰值，但在3.5%和4.9%時顯著下降，這表明較高的易腐廢物堆肥施用量對水稻生產力產生了不利影響。即使在低于水稻生長既定限值的情況下，3.5%和4.9%易腐廢物堆肥添加下的較高土壤鹽度也可能是原因。考慮到鹽分對水稻生殖階段的敏感性，在將易腐廢物堆肥用作肥料時，應同時考慮施用劑量和施用階段。

此外，與化肥相比，0.7%和2.1%的易腐廢物堆肥添加提高了土壤有效磷含量，這主要應是易腐廢物堆肥引入的有效磷的直接結果。然而，盡管易腐廢物堆肥中的磷濃度恒定，但土壤有效磷含量在較低施用量下增加，在較高施用量下下降，這一趨勢令人驚訝。這些趨勢可能反映了土壤鹽度的變化，據報道，土壤鹽度的增加加強了磷在表層土壤的吸附。此外，土壤鹽度對參與磷溶解的微生物有重要影響，從而進一步影響土壤磷的有效性。例如，磷溶解細菌的活性隨著NaCl濃度的增加先升高后降低，盡管確切的閾值因細菌類群而異。有進一步證據表明，土壤有效磷與變形菌門的相對豐度呈現平行趨勢，而慢生根瘤菌屬（Bradyrhizobium）和假單胞菌屬（Pseudomonas）均屬于異養型變形菌門。這些代表了由易腐廢物堆肥引起的土壤鹽度增加影響土壤磷有效性的直接和間接（土壤細菌群落）途徑。總的來說，這些結果表明，易腐廢物堆肥施用對土壤性質產生劑量依賴性效應，并使土壤鹽度成為塑造后續土壤微生物群落的關鍵因素。

關于土壤細菌群落，除了在最高施用量（4.9%）下顯著降低外，與化肥處理相比，易腐廢物堆肥添加對細菌豐富度沒有明顯改變。這支持了過量輸入易腐廢物堆肥會抑制土壤細菌生長和繁殖的觀點。已有研究表明，在0-2.5 dS m^-1的范圍內，土壤微生物豐富度與土壤鹽度呈負相關。此外，易腐廢物堆肥施用量顯著改變了土壤細菌群落結構，群落相似性呈下降趨勢。這些與先前研究的結果一致，即群落中的土壤細菌物種會隨著土壤鹽度的增加而發生定向轉變。我們的研究進一步證明，土壤可溶性鹽總量和EC是細菌群落結構的主要預測因子。相比之下，易腐廢物堆肥添加通過為細菌生長提供有機養分，已被證明可以促進煙草和蔬菜土壤中的微生物多樣性和豐富度。除了不同作物的耐鹽性差異外，土壤細菌群落沿鹽度梯度的響應模式也具有生境或背景特異性。根據隨機森林分析，可溶性鹽總量對土壤細菌群落變化的貢獻確實顯著高于土壤有機碳和總氮含量。因此，土壤鹽度是施用易腐堆肥時細菌群落結構的關鍵驅動因子。

正如預期，在本研究中觀察到，隨著易腐廢物堆肥施用引起的不同有機物和養分輸入，各種土壤細菌門出現了相對消耗和富集，這與其他研究結果一致。即使在食物廢物堆肥中厚壁菌門通常豐度很高，但隨著易腐廢物堆肥的施用，尤其是高施用量（3.5%和4.9%）下，土壤中厚壁菌門的相對豐度仍有所下降。這表明，來自堆肥易腐廢物的引入細菌對土壤細菌群落的影響微乎其微。也有報道稱，有機肥（易腐廢物生物炭）的輸入導致厚壁菌門相對豐度下降。厚壁菌門相對豐度的下降可能部分歸因于易腐堆肥添加導致的土壤鹽度增加，土壤可溶性鹽總量與厚壁菌門呈顯著負相關也證明了這一點。此外，厚壁菌門相對豐度的下降也可能是由于被本地耐鹽物種所取代，因為其下降與已知耐鹽細菌譜系，特別是藍藻門的顯著增加同步。藍藻門在4.9%易腐廢物堆肥處理下顯示出最高的相對豐度，因為藍藻門被歸類為眾所周知的耐鹽細菌，這與其活躍的離子外排、抗氧化和防御酶的產生有關。事實上，本研究中藍藻門的相對豐度與土壤可溶性鹽總量呈顯著正相關。此外，固氮能力是藍藻在鹽漬環境中茁壯成長的重要因素，在我們的研究中確實檢測到了固氮藍藻屬，包括節螺藻屬（Nodosilinea）。總而言之，關鍵細菌類群對易腐廢物施用的響應似乎是由土壤中養分輸入和鹽脅迫之間的權衡所塑造的。

在2.1%的易腐廢物施用量下觀察到最高的群落穩定性，這由處理間最低的平均變異度（AVD）所證明。已有研究表明，較低的AVD值與更豐富的特化代謝功能相關，因為在2.1%易腐廢物施用土壤中觀察到包括氧化磷酸化在內的能量代謝的相對豐度最高。氧化磷酸化涉及有機化合物的氧化，釋放的能量用于產生三磷酸腺苷（ATP），這對所有細胞過程至關重要。因此，與其他處理相比，2.1%易腐廢物堆肥添加下更高的氧化磷酸化豐度表明了更高的潛在土壤生物活性，眾所周知這與土壤肥力和植物生長相關。總的來說，最高的土壤細菌群落穩定性和潛在生物活性，以及最高的有效磷含量和水稻產量，表明2.1%（相當于45 t ha^-1）的易腐廢物堆肥施用量可能是提高土壤肥力和水稻生產力的潛在施肥率。

本研究結果表明，隨著易腐廢物堆肥施用量的增加，土壤鹽度顯著增加。在易腐廢物堆肥的可控施用量范圍內（2.1%，相當于45 t ha^-1），較高的有機物和養分輸入產生了更好的肥料效應，并促進了水稻產量（較化肥增產36%）。易腐廢物堆肥施用改變了土壤細菌群落結構，這與土壤鹽度的增加有關，而除了在4.9%添加量下降低外，群落豐富度保持基本穩定。易腐廢物堆肥施用還促進了群落穩定性和潛在生物活性。因此，綜合考慮養分庫、水稻產量和細菌群落，2.1%的易腐廢物堆肥施用量可能是提高土壤肥力和水稻生產力的潛在施肥率。然而，易腐廢物堆肥施用效應最常體現在土壤養分、酶活性、微生物群落和作物產量上，這些相互作用的最終功能后果還需要更詳細的研究。