中国亚热带城市40年快速城市化进程中土壤真菌群落呈现显著但一致的物种组成转变模式

本研究针对快速城市化对土壤健康的影响机制尚不明确的问题，以中国深圳为研究对象，通过分析不同城市化阶段和土地利用类型下土壤真菌群落的变化规律。结果表明城市化导致土壤真菌系统发育多样性(PD)显著降低，物种组成在10年内发生快速转变并趋于稳定，且真菌共现网络稳定性未发生显著改变。该研究为城市化背景下的土壤健康评估和城市空间规划提供了重要科学依据。

　　

随着全球城市化进程的加速，人类活动对地球环境产生了深远影响，特别是在人类活动最集中和剧烈的大城市，这种影响对高度敏感的土壤微生物及土壤健康造成了深刻冲击。土壤真菌作为土壤健康诊断的理想生物指示剂，因其繁殖周期短、对环境变化高度敏感的特性，在城市生态系统中扮演着不可替代的角色：既能缓解土壤污染，调节碳氮循环，改善土壤条件，又对人类健康产生重要影响。然而，在快速城市化的背景下，土壤真菌群落如何响应城市化进程及其内在机制仍不明确。

以往的研究多集中在国际化大都市，如上海、北京和伦敦等，这些城市经历了长期的城市化过程。但随着全球经济的加速发展，城市化进程日益加快，评估这种快速、短期的城市化如何影响土壤真菌稳定性、物种组成和功能能力变得尤为迫切。中国深圳作为一个亚热带特大城市，自20世纪80年代以来经历了快速城市化，在短短30年内从一个小渔村发展成为现代化大都市，这为研究快速城市化下土地利用变化和城市化阶段对土壤真菌的影响提供了独特的机会。

研究人员在《Environmental Microbiome》上发表了这项研究，通过利用10年时间分辨率和30米空间分辨率的遥感数据，识别了深圳城市化前的土地利用类型和城市化阶段，并基于城市化阶段、土地利用类别和原始土地利用类型采集了土壤样本，进行内部转录间隔区(ITS)扩增子测序分析。主要技术方法包括：基于CNLUCC遥感数据集（1980-2020年）的采样点选择、土壤样品采集（124个采样点，表层10 cm土壤）、ITS1区扩增（ITS1F/ITS2R引物）、Illumina Miseq平台测序、QIIME2流程和DADA2插件处理数据、UNITE v8.0数据库分类注释，以及土壤理化性质（pH、TC、TN、TP、Cu、Zn含量）测定。

Effects of land use types and urbanization on α-diversity of fungi community

研究结果显示，城市区域土壤真菌的Chao1指数和系统发育多样性(PD)显著低于自然生态系统（森林）（P<0.05），其中街道绿地的PD最低。城市化导致土壤磷(P)含量升高，从而降低土壤N/P比，这可能是城市区域PD较低的原因（P<0.05）。城市化10年内，土壤真菌α多样性显著降低，但原始土地利用类型和城市化阶段对α多样性损失无显著影响。

Effects of land use types and urbanization on fungi community species composition

城市化10年内，土壤真菌物种组成发生显著变化（P<0.05），但10年后组成逐渐趋于一致状态。不同土地利用类别间物种组成存在显著差异，但原始土地利用类型对物种组成无显著影响。LEfSe分析揭示，森林以Mortierellomycota和Archaeorhizomycetales（子囊菌门）为主，公园以Agaricomycetes（担子菌门）和Spizellomycetales（壶菌门）为特征，街道以子囊菌门的Chaetothyriales和Hypocreales为主，居民区则以子囊菌门和Rozellomycota为主。

Topological features of the fungi co-occurrence network

基于Spearman相关的共现网络分析表明，森林土壤真菌具有较高的平均度和边密度，但模块性较低，显示更强的恢复力稳定性。城市绿地中，公园土壤具有较低的平均度和边密度但较高的模块性，反映更强的抵抗力稳定性但恢复力稳定性较低。然而，基于SparCC的网络分析显示，不同土地利用类型和城市化阶段间真菌共现模式和网络稳定性无显著差异。

研究结论表明，快速城市化通过改变土壤理化性质（特别是磷含量升高）导致土壤真菌系统发育多样性显著降低，物种组成在短期内发生快速转变并最终趋于一致。尽管真菌群落的恢复力稳定性在城市区域降低，但其共现网络结构并未发生显著改变。这些发现强调了在快速城市化背景下，需要减少绿地破碎化、增加植物多样性并最小化强烈人为干扰，以保护土壤健康。研究结果为科学理解土壤真菌对城市化的响应提供了新见解，并为城市土壤健康管理和可持续规划提供了重要指导。