野生动物粪便对受损自然生态系统恢复过程中土壤性质和微生物群的影响

《Ecology and Evolution》：Effects of Wildlife Feces on Soil Properties and Microbiota in the Recovery Processes of Damaged Natural Ecosystem

本研究针对2008年汶川地震受损生态系统，通过15年连续监测和盆栽实验，探究了印度 bisons粪便对土壤理化性质及微生物群落结构功能的影响。结果表明，0.14%和1.4%粪便添加显著降低土壤pH，增加有机碳含量，并改变细菌多样性及功能，其中pH和硝态氮是影响微生物群落结构的关键因素。该研究揭示了野生动物粪便在土壤恢复中的作用机制，为生态修复提供理论依据。

　　在自然生态系统中，生物多样性与生态平衡的维持依赖于复杂的生物相互作用，包括动植物之间的关系以及它们与土壤之间的物质和能量交换。近年来，随着全球自然灾害频发，如地震、滑坡、泥石流和火灾等，这些灾害往往对自然生态系统造成严重破坏，而土壤的恢复则成为生态系统修复的关键环节。土壤不仅是植物生长的基础，也是维持生态系统功能的重要载体。因此，研究如何通过自然过程促进土壤恢复，尤其是在受损生态系统中，具有重要的生态和环境意义。野生动物的排泄物，特别是食草动物的粪便，作为土壤中的有机物质来源，不仅能够改善土壤的理化性质，还可能对土壤微生物群落的组成和功能产生深远影响。本研究以2008年汶川地震后受损的自然生态系统为研究对象，通过长达15年的连续监测，重点分析了野牛（*Rusa unicolor*）粪便对土壤理化性质和微生物群落的影响。

野牛是该研究区域中出现频率最高的大型哺乳动物之一，其粪便在土壤中的占比约为0.14%。这一比例被用于设计实验，以探讨不同浓度的野牛粪便对土壤性质和微生物群落的潜在影响。实验中，研究人员分别以0.14%和1.4%的野牛粪便比例进行控制实验，观察其对土壤特性及微生物群落的改变。结果表明，野牛粪便的添加显著改变了土壤的理化性质，如土壤pH值、碳氮比、总氮含量和硝酸盐氮含量等。此外，野牛粪便对土壤微生物群落的组成和功能也产生了明显的影响，尤其是在短期内，其对细菌多样性和丰度的影响尤为显著。

研究结果进一步表明，土壤的pH值、硝酸盐氮含量、碳氮比和总氮含量是影响土壤微生物群落结构和多样性变化的关键因素。其中，pH值的变化对微生物群落的多样性产生了显著影响，而硝酸盐氮含量则与某些特定微生物类群的相对丰度密切相关。这些结果揭示了土壤理化性质与微生物群落之间的复杂关系，也为理解野生动物在生态系统修复中的作用提供了新的视角。

在功能预测方面，野牛粪便对土壤微生物的功能产生了显著影响。例如，其能够显著增加土壤中好氧化能异养菌和化能异养菌的相对丰度，这可能意味着野牛粪便有助于促进土壤中的碳和氮循环。然而，当粪便添加量过高时，如1.4%的浓度，其对某些功能菌群如好氧亚硝酸盐氧化、几丁质分解、硝酸盐还原和硝化作用等产生了抑制效应。这可能是因为高浓度的粪便改变了土壤的理化环境，导致某些功能菌群的生长受到限制，或者是因为粪便添加后，微生物群落结构发生了变化，使得某些功能菌群在竞争中处于劣势。

此外，网络分析进一步揭示了土壤微生物群落与土壤理化性质之间的相互关系。例如，土壤的pH值和硝酸盐氮含量与某些微生物类群（如好氧化能异养菌、酸杆菌和硝螺旋菌）存在显著的正相关，而与某些其他类群（如细菌变形菌门和硝化作用相关菌群）存在显著的负相关。这些发现表明，土壤微生物群落的结构和功能与土壤环境密切相关，且这种关系具有一定的动态性，可能受到环境变化的影响。

本研究的结论表明，野牛粪便在受损生态系统中对土壤的恢复具有积极作用。它不仅能够降低土壤pH值，提高土壤总碳含量，还能改变土壤微生物群落的结构和功能，从而促进土壤的碳氮循环。然而，需要注意的是，过量的粪便添加可能会对某些微生物功能产生抑制作用，这提示我们在利用野生动物粪便进行土壤修复时，需要合理控制其添加量，以避免对土壤生态系统的负面影响。

研究还指出，尽管野牛粪便对土壤微生物群落和功能产生了显著影响，但这些变化可能随着时间的推移而逐渐减弱。这是因为粪便在土壤中会逐渐分解，其对土壤环境的直接影响会逐渐减少。然而，这种变化过程可能会促进某些微生物的适应性，从而在长期中形成新的生态平衡。因此，未来的研究应进一步探讨野生动物粪便与植物生长之间的关系，以及它们如何共同影响土壤的恢复过程。

总之，本研究通过长期监测和实验分析，揭示了野牛粪便在土壤恢复过程中的重要作用。这些发现不仅有助于理解野生动物在生态系统修复中的生态功能，还为未来的生态恢复实践提供了科学依据。通过合理利用野生动物粪便，可以有效促进土壤的理化性质改善和微生物群落的优化，从而加速受损生态系统的恢复进程。