磷酸盐开采引起的磷（P）和氟（F）污染对土壤真菌群落的影响：结构与功能的空间变异

《Current Research in Microbial Sciences》：Effects of Phosphate Mining-Induced P and F Pollution on Soil Fungal Communities: Spatial Variations in Structure and Function

磷酸矿开采导致土壤氟和磷浓度升高，影响真菌群落结构及功能。研究显示近矿土壤氟污染水平达9 mg/kg，显著提高Ascomycota丰度及溶磷真菌（PSF）活性，增强真菌网络抗逆性，促进磷循环。

　　磷酸矿开采对土壤中磷（P）和氟（F）的释放具有深远影响，同时也改变了土壤微生物群落的结构与功能。本研究通过分析不同距离磷酸矿区域的土壤样本，揭示了土壤中磷和氟浓度的变化如何影响真菌群落的组成、多样性和生态功能。研究结果不仅为可持续的磷酸矿开采管理提供了新的视角，也为理解微生物在环境污染中的响应机制提供了科学依据。

在生态系统中，磷酸矿是磷的主要来源。然而，随着磷酸矿的过度开采，土壤中氟的释放量显著增加，对生态环境和人类健康构成潜在威胁。本研究发现，靠近磷酸矿的土壤中存在轻微的氟污染（约9 mg/kg的水溶性氟），并且氟和磷的浓度升高与真菌群落的丰富度和子囊菌门（Ascomycota）的丰度显著相关。这一现象表明，磷和氟的共同作用可能对土壤微生物群落产生复杂的生态效应。此外，氟污染可能削弱真菌群落的共现网络，降低其网络的集中度，从而增强其对环境压力的适应能力。这种适应能力的增强可能使真菌群落在面对污染压力时表现出更强的稳定性。

磷的积累在靠近磷酸矿的土壤中尤为明显，这与土壤中磷酸溶解菌（phosphate-solubilizing fungi, PSF）的丰度增加密切相关。PSF在土壤中能够分泌多种低分子量有机酸，如葡萄糖酸、柠檬酸和草酸等，这些有机酸有助于提高地质矿物氟磷灰石（fluorapatite）的溶解性。因此，PSF的丰度增加不仅提升了土壤中磷的可利用性，还促进了磷在生态系统中的循环过程。这种增强的磷循环能力对维持土壤肥力和促进植物生长具有重要意义。

在研究方法上，本研究通过现场采样和高通量测序技术，对不同距离磷酸矿的土壤样本进行了系统分析。采样点覆盖了靠近矿体（Nsoil）、中等距离（Msoil）和远离矿体（Fsoil）的区域，共采集了30个土壤样本。通过对土壤化学性质的测定，研究者发现，靠近矿体的土壤中磷和氟的浓度显著高于中等和远距离区域。此外，土壤中的pH值、水溶性氯（Cl）、硫（S）和氮（N）等其他化学性质也表现出与距离相关的差异。这些差异为后续分析真菌群落的响应机制提供了重要依据。

在微生物群落分析方面，研究者采用高通量测序技术对真菌的ITS1区域进行了扩增和测序，共获得1,116,841条高质量序列。通过对这些序列的分类和聚类，研究者识别出4644个操作分类单元（OTUs），并将其归类为9个门、37个纲、123个目、309个科、867个属和2006个种。结果显示，子囊菌门（Ascomycota）、担子菌门（Basidiomycota）和接合菌门（Mucoromycota）是土壤中主要的真菌类群。其中，Ascomycota在靠近矿体的土壤中表现出更高的丰度，而Basidiomycota则在中等距离区域更为丰富。这种分布模式可能与不同真菌类群对环境压力的适应能力有关。

真菌群落的α多样性分析显示，靠近矿体的土壤具有更高的丰富度（Chao1和ACE指数），而多样性（Shannon和Simpson指数）和均匀度（Pielou指数）在各距离区域之间没有显著差异。β多样性分析进一步表明，不同距离区域的真菌群落结构存在显著差异，尤其是靠近矿体和远距离区域之间的差异最为明显。这表明，磷酸矿开采对土壤微生物群落的结构产生了深远影响，而这种影响可能与磷和氟的浓度变化密切相关。

此外，研究者通过β近邻分类指数（βNTI）分析了真菌群落的组装过程。结果显示，真菌群落的组装主要受到随机过程的驱动，但在某些样本对之间，确定性过程的比重增加。这可能意味着，随着磷和氟浓度的升高，环境压力的增加导致了微生物群落结构的趋同。然而，靠近矿体的土壤中，由于氟污染的加剧，微生物之间的相互作用减弱，这可能有助于维持群落的稳定性。

环境因子对真菌群落的影响也得到了深入探讨。通过Mantel分析和距离基于冗余分析（db-RDA），研究者发现水溶性氟与多种磷形态之间存在显著的正相关关系。同时，PSF的丰度与总磷浓度、pH值以及部分磷形态（如NaOH-P、HCl-P和残余磷）密切相关。这表明，磷和氟的共同作用可能通过改变土壤化学环境，进而影响真菌群落的结构和功能。此外，真菌群落的丰富度和均匀度与多种环境因子（如NaOH-P、HCl-P、总磷、水溶性氟和pH）存在显著相关性，进一步验证了这些因子在调控微生物群落中的重要作用。

真菌群落的共现网络分析揭示了其在不同距离区域的连接模式。靠近矿体的土壤中，真菌OTUs之间的连接强度较弱，这可能意味着在高氟污染环境下，微生物之间的相互作用被削弱，从而促进了群落的稳定性。同时，网络的集中度降低，表明群落的结构更加分散，可能有助于抵抗环境压力。中等距离区域的真菌网络表现出更高的平均路径长度、集中度和模块化程度，但平均度较低。这可能意味着在中等污染条件下，微生物群落的结构更加复杂，但个体间的相互作用强度相对较低。

结构方程模型（SEM）分析进一步揭示了磷和氟浓度变化对真菌群落功能的影响。结果显示，水溶性氟的增加对真菌网络的集中度具有显著的负效应，而对群落丰富度则表现出正向促进作用。同时，总磷浓度的升高不仅增加了Ascomycota的丰度，还通过降低土壤pH值，增强了PSF的活性。这种正反馈机制表明，磷的释放可能进一步促进PSF的生长，从而形成一个循环效应，有助于提高土壤中磷的可利用性。

研究还指出，真菌群落对环境变化的响应具有一定的适应性。在靠近矿体的土壤中，尽管氟污染可能对某些优势菌群产生抑制作用，但整体上真菌群落的丰富度增加，这可能是因为氟污染促进了某些耐受性菌种的生长。此外，真菌群落的共现网络结构的变化可能反映了其对环境压力的适应策略，即通过降低网络集中度和增强个体间的独立性来提高整体的稳定性。

本研究的发现对于理解磷酸矿开采对生态环境的影响具有重要意义。首先，它揭示了磷和氟污染对土壤真菌群落的双重作用：一方面，氟污染可能削弱真菌群落的稳定性，另一方面，磷的积累可能促进某些功能菌群（如PSF）的生长，从而增强土壤中磷的循环能力。这种复杂的相互作用表明，磷酸矿开采可能对生态系统产生多方面的生态效应，而不仅仅是单一的污染问题。

其次，本研究强调了真菌在生态系统中的关键作用。真菌不仅是土壤中的重要分解者和营养循环参与者，还在调节土壤化学性质和促进植物生长方面发挥着重要作用。例如，Ascomycota能够与植物形成菌根关系，有助于植物对磷的吸收和利用。因此，真菌群落的变化可能对整个生态系统的功能产生深远影响。

最后，本研究提出了微生物驱动的可持续采矿管理策略。通过监测和评估真菌群落的变化，可以更准确地预测和评估磷酸矿开采对环境的影响。此外，研究还表明，氟污染的平衡管理对于维持土壤生态系统的健康至关重要。因此，未来的采矿活动应更加注重对环境的影响评估，特别是在磷和氟的污染控制方面。

综上所述，本研究通过系统分析不同距离磷酸矿区域的土壤样本，揭示了磷和氟污染对真菌群落结构和功能的影响。研究结果不仅为理解微生物在环境污染中的响应机制提供了新的视角，也为实现可持续的磷酸矿开采管理提供了科学依据。未来的研究应进一步探讨不同环境因子对微生物群落的综合影响，以及如何通过生态管理措施减轻这些影响，从而保护生态环境和人类健康。