Machine learning models reveal how biochar amendment affects soil microbial communities

生物炭 修正案 微生物种群生物学 土壤水分 农业生态系统 营养循环 环境科学 土壤肥力 农学 营养物 生物 化学 土壤科学 生态学 农业 细菌 有机化学 热解 政治学 法学 遗传学
作者
Chaotang Lei,Tao Lu,Haifeng Qian,Yuxue Liu
出处
期刊:Biochar [Springer Nature]
卷期号:5 (1) 被引量:16
标识
DOI:10.1007/s42773-023-00291-1
摘要

Abstract The biochar amendment plays a vital role in maintaining soil health largely due to its effects on soil microbial communities. However, individual cases and the variability in biochar properties are not sufficient to draw universal conclusions. The present study aimed to reveal how the biochar application affects soil microbial communities. Metadata of 525 ITS and 1288 16S rRNA sequencing samples from previous studies were reanalyzed and machine learning models were applied to explore the dynamics of soil microbial communities under biochar amendment. The results showed that biochar considerably changed the soil bacterial and fungal community composition and enhanced the relative abundances of Acidobacteriota , Firmicutes , Basidiomycota , and Mortierellomycota . Biochar enhanced the robustness of the soil microbial community but decreased the interactions between fungi and bacteria. The random forest model combined with tenfold cross-validation were used to predict biomarkers of biochar response, indicating that potentially beneficial microbes, such as Gemmatimonadetes , Microtrichales , Candidatus_Kaiserbacteria , and Pyrinomonadales , were enriched in the soil with biochar amendment, which promoted plant growth and soil nutrient cycling. In addition, the biochar amendment enhanced the ability of bacteria to biosynthesize and led to an increase in fungal nutrient patterns, resulting in an increase in the abundance and diversity of saprophytic fungi that enhance soil nutrient cycling. The machine learning model more accurately revealed how biochar affected soil microbial community than previous independent studies. Our study provides a basis for guiding the reasonable use of biochar in agricultural soil and minimizing its negative effects on soil microecosystem. Graphical Abstract
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