在高山坡生态恢复过程中，区分细菌和真菌群落的组装过程

《CATENA》：Disentangling assembly processes of bacterial and fungal communities in alpine slope ecological restoration

本研究揭示高山裸坡生态恢复中细菌群落通过确定性过程快速组装，而真菌群落恢复后转向确定性，根际与非根际土壤组装强度差异显著，且功能多样性（如碳氮循环）与细菌群落结构关联更紧密。

　　本研究聚焦于退化高山坡地生态恢复过程中微生物群落的组装过程，特别是细菌与真菌在不同土壤微生境（表层土壤与根际土壤）中的变化。随着人类活动对自然环境的干扰加剧，土壤微生物群落作为生态系统中不可或缺的组成部分，其恢复与重组对生态系统的功能重建具有深远影响。微生物群落的组装过程可以分为随机过程（如生态漂移）和确定性过程（如环境过滤），这两种过程在生态恢复中的作用机制和影响程度存在显著差异。因此，理解微生物群落的组装模式，不仅有助于揭示生态系统功能恢复的内在机制，也为制定更加科学的生态修复策略提供了理论依据。

在高山生态系统中，土壤微生物群落通常处于较为脆弱的状态，其恢复过程受到多种因素的影响，包括环境条件、植物种类的选择以及土壤中养分的可利用性等。研究团队通过对退化高山坡地进行生态恢复实验，采用高通量测序技术、生态空模型、PICRUSt2和FUNGuild分析等方法，系统评估了细菌和真菌在不同恢复阶段的群落结构变化及其对生态系统功能的影响。研究发现，恢复过程中微生物群落的组装模式发生了显著转变，细菌群落的组装过程更倾向于确定性机制，而真菌群落则在恢复初期表现出较强的随机性，随后逐渐向确定性机制转变。这一变化趋势表明，生态恢复不仅改变了微生物的组成，也深刻影响了其群落的动态过程。

在恢复过程中，土壤的物理化学性质、植物根系分泌物以及微生物间的相互作用共同塑造了群落的组装过程。根际土壤由于植物根系的分泌作用，提供了丰富的有机质和营养物质，从而促进了微生物的生长和代谢活动。相比之下，表层土壤的资源条件相对匮乏，微生物之间的竞争更加激烈，因此其群落的组装更依赖于环境选择。这种差异在研究中得到了充分的体现，例如在恢复后，细菌群落的βNTI值（β最近种指数）始终低于-2，表明其群落结构受到强烈的环境过滤影响；而真菌群落的βNTI值则从恢复前的随机性（介于-2与+2之间）转变为恢复后的确定性机制（低于-2）。这说明，生态恢复过程中，细菌和真菌的组装过程受到不同的环境和资源条件的驱动，其响应机制存在显著的异质性。

研究还发现，生态恢复显著提高了土壤的系统功能，尤其是在碳、氮和磷循环方面。表层土壤的微生物群落功能恢复速度较快，这与其较高的资源可用性有关。根际土壤的功能恢复则更加依赖于植物与微生物之间的相互作用，例如根系分泌物的释放促进了微生物的代谢活动，从而加速了营养物质的转化。然而，真菌的功能恢复相对滞后，这与其依赖于缓慢生长的菌丝网络和特定的共生关系密切相关。因此，生态恢复过程中，细菌和真菌的功能恢复路径存在明显差异，这需要在实际的修复策略中加以区分和考虑。

微生物群落的组装过程不仅影响其自身的结构和功能，还与生态系统的整体稳定性密切相关。研究指出，恢复过程中土壤的系统功能与微生物的生态位宽度存在显著的正相关关系，尤其是在表层土壤中。这表明，微生物群落的生态位宽度是评估土壤功能恢复的重要指标之一。相比之下，根际土壤的系统功能与微生物生态位宽度之间的关系并不显著，这可能是由于植物介导的资源输入对微生物的生态位宽度产生了较强的约束作用。因此，生态恢复过程中，微生物群落的结构变化不仅反映了其对环境的适应能力，也影响了整个生态系统的功能表现。

此外，研究还揭示了生态恢复过程中微生物群落的进化轨迹。在恢复初期，由于资源匮乏，土壤微生物群落主要依赖于随机过程进行组装；而随着恢复的推进，环境条件的改善促进了微生物群落向确定性过程的转变。这种转变在表层土壤中尤为明显，表明微生物群落的进化受到环境选择的强烈影响。而根际土壤中的微生物群落虽然也表现出一定的确定性趋势，但其变化幅度较小，这可能是由于植物根系分泌物的局部效应降低了环境选择的强度。

本研究的发现对于生态恢复实践具有重要的指导意义。首先，它强调了细菌在生态恢复初期的关键作用，细菌由于其快速的代谢能力和广泛的生态位适应性，能够迅速响应环境变化并促进土壤功能的恢复。因此，在生态恢复的早期阶段，应优先考虑细菌的引入和土壤环境的改善，以加速生态系统的功能重建。其次，研究指出，真菌的恢复需要更长的时间，这与其缓慢的生长速率和依赖于特定共生关系的特性有关。因此，在恢复过程中，应为真菌的定殖和功能恢复预留充足的时间，避免因过早引入真菌而影响其后续的生态位扩展。

同时，研究还提出了一种基于微生物群落组装过程的生态恢复框架，该框架将微生物的组装过程作为评估恢复效果的重要指标。βNTI值的变化可以反映微生物群落从随机到确定性组装的转变过程，这一指标在生态恢复中具有较高的应用价值。此外，研究还强调了微生物群落的生态位宽度和系统功能之间的关系，这为评估土壤功能恢复提供了新的视角。通过监测微生物群落的生态位宽度和功能变化，可以更准确地判断生态恢复的进展，并据此调整修复策略。

在实际的生态恢复中，应充分考虑不同微生物群落的组装机制及其对生态系统功能的影响。例如，在表层土壤中，由于环境选择的强度较高，微生物群落的恢复应更加注重资源的合理分配和环境条件的优化；而在根际土壤中，由于植物根系分泌物的作用，微生物群落的恢复可以更多地依赖于植物与微生物的协同作用。此外，微生物群落的恢复过程还受到生态位扩展和功能多样性的双重驱动，这需要在修复过程中综合考虑。

本研究的成果不仅丰富了对高山生态系统微生物群落恢复机制的理解，也为生态修复实践提供了科学依据。通过深入分析微生物群落的组装过程，可以更准确地预测生态系统的恢复趋势，并制定更加精准的修复策略。未来的研究应进一步探讨不同生态系统中微生物群落组装过程的时空变化规律，以及如何通过调控随机与确定性过程的平衡来加速生态系统的恢复。这将有助于提升生态修复的效率，特别是在那些受到严重破坏的脆弱生态系统中，微生物群落的恢复是生态系统功能恢复的重要前提和基础。