东北黑土是我国重要的土壤资源，在保障国家粮食和生态安全上具有重要的地位。然而由于多年来过度的垦殖和粗放的管理，黑土农田退化问题日益严重，其突出表现为耕层土壤有机质含量降低，导致土壤养分和水分库容变小。众所周知，施用有机肥可以有效提高土壤肥力、改善土壤理化及生物学性状、缓解土壤退化，但也会引入了抗生素抗性基因（ARGs）和耐药病原菌污染，给土壤健康带来潜在威胁。然而，针对黑土农田ARGs污染问题的研究尚未引起关注。

　　为此，东北地理与农业生态研究所农田分子生态学科组依托在黑土样带上建立的四个长期定位施肥试验，以及从哈尔滨周边农田采集的有机肥不同施用量和施用年限的土壤样品，采用高通量荧光定量PCR技术，解析出样品中ARGs多样性和丰度变化。发现施用禽畜粪便有机肥显著增加了土壤中ARGs和可移动遗传元件（MGEs）的数目和丰度（图1）。ARGs的组成不受采样地点分布的影响，其差异主要与施肥制度有关。与单施化肥对照处理相比，增施有机肥促进了ARGs在土壤中的富集。其中，在公主岭试验站中发现有44个ARGs富集倍数超过1000倍。可见长期施用有机肥引起黑土农田ARGs富集污染是一个不容忽视的生态环境问题。

　　有机质是黑土农田一个核心指标。为了明晰黑土农田ARGs的传播是否受到土壤有机质含量的影响，团队成员利用3种有机质含量差异显著的农田黑土，通过添加和不添加鸡粪处理，建立了微宇宙培养实验。在培养的0、15和30天采集土壤样品，分析样品中ARGs和细菌群落变化情况。研究发现添加鸡粪处理增加了土壤中ARGs和MGEs的数目，相关分析表明ARGs的相对丰度与土壤有机质含量成负相关，来源于鸡粪中的23个ARGs的绝对丰度与土壤有机质含量呈显著负相关关系。普氏分析（Procrustes揭示出土壤细菌群落与ARGs组成之间存在显著相关性（图2）。结构方程模型（SEM）表明，土壤中有机质含量降低能够增加土壤细菌多样性、降低细菌丰度，从而增加土壤中MGEs的丰度，最终促进了ARGs在土壤中的传播（图3）。该研究发现间接指出了采取合理的农艺措施，如秸秆还田提高土壤有机质含量可能在阻控ARGs在黑土农田中的传播起到重要的作用。

　　相关研究发现于2020年和2021年分别发表在Journal of Hazardous Materials（IF 10.59）和Ecotoxicolgy and Environmental Safety（IF 6.29）上。博士研究生李森为论文的第一作者，王光华研究员为通讯作者。研究得到黑龙江省自然科学重点基金（ZD2018009）、中科院战略先导计划（XDA23060503）和国家重点研发（2017YFD0200604）等项目的资助。

　　论文信息：

　　Li Sen, Yao Qin, Liu Junjie, Wei Dan, Zhou Baoku, Zhu Ping, Cui Xi’an, Jin Jian, Liu Xiaobing, and Wang Guanghua*. Profiles of antibiotic resistome with animal manure application in black soils of northeast China. Journal of Hazardous Materials, 2020, 384: 121216. doi.org/10.1016/j.jhazmat.2019.121216.

　　Li Sen, Liu Junjie, Yao Qin, Yu Zhenhua, Li Yansheng, Jin Jian, Liu Xiaobing, Wang Guanghua*. Potential role of organic matter in the transmission of antibiotic resistance genes in black soils. Ecotoxicolgy and Environmental Safety, 2021, 227: 112946. doi.org/10.1016/j.ecoenv.2021.112946.

　　图1施肥制度对东北黑土农田ARGs数目的影响。样品采自公主岭（GZL）、哈尔滨民主乡（MZX）、海伦（HAL）和黑河（HH）的长期定位施肥试验，以及双城（SC）和呼兰（HUL）的野外农田。GCF、MCF、CF、HCF、SCK 和 HCK 表示不同地点单施化肥对照处理；M表示施用有机肥，MC表示化肥配施有机肥；野外农田中的P、C和S分别代表施用鸡粪、牛粪和猪粪；符号后面的阿拉伯数字代表用量（定位试验）或施用年限（野外农田）

　　图2普氏分析（Procrustes）显示出ARGs组成与细菌群落之间具有显著的相关性。B、H和L分别代表取自北安（有机质含量高）、海伦（有机质含量中）和梨树（有机质含量低）的黑土；M表示添加鸡粪处理

　　图3结构方程模型（SEM）阐明了粪肥添加、土壤有机质、细菌多样性、细菌丰度和MGEs对ARGs的直接和间接作用