人类活动强度对亚热带城市绿地土壤微生物群落组成、多样性及结构的重塑作用及其生态意义

本研究通过Illumina测序技术，系统解析了武汉不同城市绿地类型（森林/绿带/公园/湿地）在高/低人流强度下土壤微生物群落的响应机制。结果表明：低强度区微生物α多样性显著更高；β多样性呈现明显的绿地类型聚类特征；群落组装以随机过程主导（细菌更显著），真菌则表现出更强的扩散限制性。研究揭示了人类活动通过改变土壤理化性质（如TN/TP/AN/AP含量）驱动微生物功能潜能与多样性稳定性关系，为城市化进程中绿地可持续管理提供了微生物学视角的理论支撑。

　　

Highlight

人类活动强度显著改变亚热带城市绿地土壤微生物群落组成、多样性及结构

Introduction

城市化正以空前速度扩张，导致人口从农村向城市迁移，这加剧了物质生产与消费，并深刻影响土地利用和土壤微生物群落（Bongiovanni等，2025；Li等，2023；Tatsumi等，2023）。城市绿地被自然和人工植被覆盖，通过促进体育活动、减轻环境危害，特别是增强生活空间的微生物多样性，对提升城市生态系统对公共健康的贡献至关重要（Javadi和Nasrollahi，2021；Wu等，2024；Zhang等，2023）。随着技术进步加速城市化进程，它加剧了人口密度和资源分配压力，使城市绿地规划与管理成为紧迫议题（Wu和Kim，2021；Zhou等，2025a）。

城市绿地提供必要的生态系统服务，包括污染物修复、碳维持、养分循环和水管理（Huang等，2023；Korányi等，2025；Shan和He，2025）。城市绿地改变土壤微生物群，导致土壤微生物功能发生变化（Delgado-Baquerizo等，2021；He等，2023）。武汉作为华中地区重要城市，其城乡绿地资源分布不均，总体绿地面积不足，绿化覆盖率有待进一步提高（Li等，2024；Zhou等，2025b）。这对居民生活质量和城市生态系统的可持续性构成重大挑战（Chen等，2024；Gunapala等，2025）。未受管理的城市绿地可能对环境质量构成挑战，并显著削弱其预期效益（Melon等，2024；Stuhlmacher等，2022）。这些空间内的基本生态过程，尤其是与土壤健康相关的那些，对其整体功能和支撑生态系统服务的潜力至关重要。因此，理解土壤生态系统的基线关系对于城市绿地的有效管理至关重要。对城市绿地土壤微生物群落的全面研究至关重要，因为它可以阐明土壤理化性质与土壤微生物群落结构之间的复杂关系（Barrico等，2018；Botero-Botero等，2016）。

城市绿地类型及其内的人类活动可显著影响城乡地区微生物群落的分布和功能（Pinto等，2024；Wang等，2024a；Zhong等，2020；Zhou等，2025b）。人类活动和城市化导致城市绿地建成环境中频繁的土地管理实践，这区分了不同类型城市绿地的用途（Pantaloni等，2022；Sun等，2025；Wang等，2024b）。例如，在华中地区，狗牙根和结缕草是城市绿地（包括住宅和商业草坪及运动场）的主要草种。市政当局也将其用于街道隔离带和公园（Wei等，2025）。这些空间受区域管理策略的影响，这些策略提高了其生产力，使其对当地气候条件的依赖性降低。由于不同绿地需要不同的管理策略，了解这些空间中的微生物变异可以带来更精细的管理实践，最终改善土壤质量和健康（Jia等，2023；Manpoong等，2020；Mohanram和Kumar，2019；Pugnaire等，2019；Zheng等，2024a）。

作为人为影响的指标，人口和活动也可能影响地下群落（Li等，2025；Wang和Kuzyakov，2024）。以人口和活动增加为特征的城市化通常对土壤生物多样性具有复杂影响（Gong等，2024；Márton等，2025；Yao等，2023；Zheng等，2024b）。相反，一些研究表明，在某些分类群中，人口活动与微生物物种丰富度之间存在正相关关系（Luck，2007；Mancabelli等，2024；Wang等，2018）。其他研究则表明人口增长对动植物生物多样性构成威胁（Esperon-Rodriguez等，2024；Fashing等，2022；Zhou等，2025b）。尽管存在这些模糊的发现，但值得注意的是，虽然这些发现主要关注植物和动物，但最多样化的群落——微生物——却常未被研究（Coulibaly等，2024；Niu等，2024；Zheng等，2024b）。具体而言，关于亚热带城市（如中国中部的武汉）各种城市绿地中微生物群落组成、多样性和结构的知识存在空白，尤其是在高和低人流区域。

城市绿地提供多种关键生态系统服务，保护生物多样性并调节环境。然而，城市绿地中的人类活动不可避免地暴露土壤微生物群落，可能改变其结构和功能（Li等，2023；Tang等，2024）。为了充分理解人类活动对亚热带地区城市绿地微生物群落组成、多样性和结构的影响，需要详细描述人类活动特征（Chen等，2020；Delgado-Baquerizo等，2021）。武汉是中国中部城市，拥有悠久的工业活动历史和对公共公园、森林和湿地的投资，这为研究提供了独特的机会。

Section snippets

Sampling and experimental design

2024年5月，在中国武汉（30° 35′ N, 114° 18′ E）共选取13个地点进行土壤采样。地点包括林地（n=2）、绿带（n=1）、公园用地（n=9）和湿地（n=1）。每个地点根据人流水平分为两个区域（高强度和低强度）。分类基于靠近小径、休闲区和基础设施的程度。高强度区域包括人类频繁出现且有可见足迹...

Soil physicochemical properties

城市绿地类型显著影响土壤理化性质（表1）。全氮（TN）含量变化显著，森林高强度和低强度区（FHI和FLI）显示出最高的TN含量（3.13–3.75 g kg^?1），而绿带（GHI, GLI）的TN含量较低（1.77–1.84 g kg^?1）。全磷（TP）含量在FLI中显著较低（0.2 ± 0.03 g kg^?1），表明可能存在磷限制和淋溶过程，而公园用地和湿地...

Discussion

我们表征了武汉不同城市绿地类型高、低人流区土壤微生物群落的组成、多样性、结构、广布种、特有种、组装、共现网络、关键物种以及微生物类群间的相互作用。我们的结果证实，人流区强度显著影响土壤微生物群落组成，并且城市绿地间土壤细菌组成的差异...

Conclusions

本研究揭示，在林地、湿地、绿带和公园用地中，低人流区城市绿地的土壤微生物群落组成、多样性和结构高于高人流区。各类城市绿地土壤微生物群落的组装主要受随机过程影响，其中随机过程对细菌的影响在高强度人流区比低强度人流区更显著...