植物驱动下赤泥土壤化过程中溶解性有机碳动态与微生物群落重构机制研究

本研究系统揭示了芦苇驱动下赤泥土壤化过程中溶解性有机碳（DOC）的转化规律与微生物群落响应机制。通过多光谱技术与高通量测序，发现芦苇根系分泌物显著提升DOC腐殖化指数（HIX），促进不稳定有机组分向类腐殖酸转化，并重塑碳循环功能微生物群落结构，为碱性环境生态修复的碳转化机制提供了重要理论依据。

　　

Highlight

研究发现芦苇种植显著改变了赤泥的DOC组成谱系：类色氨酸组分在自然风化模式下占比从18.3%跃升至35.6%，而人工干预模式下类富里酸组分被类胡敏酸组分替代。微生物群落分析揭示Proteobacteria门和Actinobacteria门成为优势菌群，其相对丰度与芳香族DOC组分呈显著正相关（p<0.05）。

Changes of saline-alkalinity and organic carbon content driven by giant reed

在不同土壤形成模式下，芦苇的生长显著调节了赤泥的盐碱动力学。种植5个月后，自然风化组（NW/NWP）pH从9.5升至10.1后稳定于8.9-9.5区间，而人工干预组（AI/AIP）pH从7.8升至9.5后稳定在8.5-9.0。电导率（EC）在NWP和AIP处理中分别降低25.8%和37.4%。有机碳含量呈现持续性积累，NWP组从2.5 g/kg增至13.6 g/kg，AIP组从6 g/kg升至13.5 g/kg。三维荧光光谱结合平行因子分析识别出四种DOC组分：类色氨酸（C1）、类酪氨酸（C2）、类富里酸（C3）和类胡敏酸（C4）。芦苇种植显著提升腐殖化指数（HIX），NWP组从3.4升至5.8，AIP组从2.5增至4.9，表明有机质向稳定形态转化。

Microbial community diversity and composition

高通量测序显示芦苇根际显著提升微生物α多样性（Chao1指数增加19.7-38.2%）。门水平上Proteobacteria（37.6-49.8%）、Actinobacteria（15.3-21.7%）和Firmicutes（6.8-12.4%）为核心菌门。LEfSe分析鉴定出27个关键生物标志物（LDA>3.5），包括与碳循环密切相关的Rhodobacteraceae和Micromonosporaceae。共现网络分析揭示AIP处理具有更高的网络复杂度（节点数增加23.6%，边数增加41.2%），Streptomyces和Sphingomonas成为核心枢纽类群。

Linkages between DOC components and microbial community

Mantel test证实DOC组分与微生物群落结构存在显著关联（r=0.682, p=0.001）。类胡敏酸组分（C4）与Actinobacteria相对丰度呈强正相关（R²=0.736），而类色氨酸组分（C1）显著促进Proteobacteria的增殖。RDA分析显示DOC芳香性和分子量是驱动微生物群落构建的关键环境因子（解释度达61.4%）。

Conclusion

芦苇通过根系分泌物介导的DOC组分转化（类富里酸→类胡敏酸）和微生物群落重构（Proteobacteria/Actinobacteria富集），成功推动了赤泥的土壤化进程。该研究为碱性废弃物场地的碳固存与生态修复提供了微生物-碳循环耦合机制的新视角。