综述:退化与恢复森林中选定土壤微生物群落丰度与组成的比较系统评价
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时间:2025年10月10日
来源:Trees, Forests and People 2.7
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本综述系统评价了退化与恢复森林中土壤微生物群落(真菌、细菌及土壤酶)的响应机制,指出生态恢复显著提升微生物多样性(如Ascomycota和Basidiomycota丰度增加)及功能活性(如土壤酶活性增强),并强调土壤理化性质、植被类型与恢复策略(主动/被动)是影响微生物恢复的关键因素。研究为基于微生物指标(MBC、FBC等)的森林生态恢复策略提供了重要理论依据。
土地退化是气候变化、生物入侵及人类活动(如毁林)导致的全球性环境挑战,全球约40%土地已退化。土壤微生物群落(包括真菌、细菌和土壤酶)作为生态系统健康的生物指示剂,在营养循环、有机质分解及维持土壤结构中起核心作用。森林生态恢复通过重建植被与土壤环境,显著影响微生物群落的恢复轨迹与功能表达。
本研究遵循PRISMA指南,系统检索Web of Science、Scopus和Google Scholar数据库中1995–2025年间文献,最终纳入32篇符合标准的文章。通过Crowe批判性评估工具降低偏倚风险,关键词共现分析显示“毁林”和“营养循环”为最高频术语。
2010–2014年仅2篇相关研究,2015–2019年增至7篇,2020–2024年迅速升至23篇,反映微生物生态研究在森林恢复中日益受重视。中国主导了53%的研究(19篇),其次为德国、意大利等国家,非洲及热带地区研究明显不足。
真菌群落(以子囊菌门Ascomycota和担子菌门Basidiomycota为主)的丰度与组成受土地利用变化显著影响。退化森林中真菌多样性降低,而生态恢复(尤其是种植外生菌根树种如松属或豆科植物)可促进其恢复。例如,恢复后Ascomycota丰度增加45.8%–50.5%,Basidiomycota增加5.9%–12.9%。土壤性质(如pH、有机质含量)和季节变化(冬季活性较高)也是关键驱动因素。
细菌群落(以变形菌门Proteobacteria和放线菌门Actinobacteria为主)对恢复的响应具阶段性:人工造林初期可能短暂降低α多样性,但随着有机质输入增加和土壤结构改善,后期逐渐恢复。植被类型(如桉树或金合欢)通过改变养分可利用性影响细菌组成,而土壤物理参数(孔隙度、容重)直接调控微生物活性。部分研究未观察到显著差异,可能与细菌功能冗余及快速适应能力有关。
土壤酶(如脱氢酶、磷酸酶、β-葡萄糖苷酶)是微生物代谢活性的敏感指标。恢复措施(如混合造林)通过增加凋落物输入和改善微环境,显著提升酶活性。退化森林中酶活性普遍较低,而恢复后营养获取相关酶(如碱性磷酸酶)活性增强,反映养分循环功能改善。酶活性与土壤深度、质地及有机质稳定性密切关联。
微生物评估方法显著影响结果解读。真菌研究多采用ITS区PCR测序,细菌依赖16S rRNA基因测序,酶活性则通过荧光法或比色法测定。方法选择需权衡分辨率与成本:DNA测序提供高分类精度但价格昂贵,而氯仿熏蒸提取法适用于生物量估算但无分类信息。标准化方法缺失限制了跨研究比较。
当前研究存在地理偏见(温带为主)、短期监测为主及语言限制(仅英文文献)。未来需加强长期监测、热带地区研究及多因子(如气候-土壤-微生物互作)整合分析。主动与被动恢复策略的对比、微生物功能基因探索及跨区域合作将是重点方向。
生态恢复显著促进土壤微生物群落的多样性恢复和功能增强,但其过程缓慢且受环境因子调控。基于微生物指标的恢复策略需结合地域特异性,以实现森林生态系统的可持续管理。
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