在温带山毛榉森林中，雨水驱动物质和微生物从叶层系统传输到土壤的过程

《Science of The Total Environment》：Rainwater-driven transport of matter and microbes from phyllosphere to soil in a temperate beech forest

垂直运输温带森林中微生物及对碳氮通量的贡献，雨滴携带细菌丰度及群落结构分析。

　　森林生态系统中，有机物质包括微生物细胞的运输，是连接树冠与土壤的重要桥梁。通过雨滴穿过树冠形成地表径流（通过雨）和沿树干流动形成茎流，这些过程在森林碳氮循环中扮演了关键角色。然而，目前对雨水驱动的垂直微生物转移范围、特定微生物种类的转移情况以及其对物质流动的影响仍缺乏深入理解。本研究在温带落叶林中，分析了雨水、通过雨、茎流和渗滤水中的细菌及其对总有机碳和总氮的贡献，并将这些微生物群落与树冠和土壤中的微生物群落进行比较。

通过雨的微生物细胞通量与渗滤水的通量相当，表明细菌在地表具有显著的迁移能力。研究发现，细菌可以贡献高达11%和33%的总有机碳和总氮。此外，某些细菌类群如假单胞菌科、草酸杆菌科、膜菌科和鞘氨醇菌科在通过雨和茎流中的丰度显著高于雨水，这提示了这些类群可能在树冠中具有特定的生存优势，并且在雨水的携带过程中被选择性地转移。研究还发现，一小部分共享的微生物类群可能在相邻的生态水文区域之间迁移、增殖和再分布，这可能影响森林土壤中的微生物组成和功能潜力。

微生物群落的遗传潜力与有机物的降解密切相关，尤其是碳水化合物和蛋白质的分解。这表明，通过雨和茎流不仅运输了微生物，还可能带来了降解这些有机物的酶类，从而影响森林土壤的物质转化过程。然而，由于无法通过标记基因的序列数据直接预测微生物的完整功能潜力，这些结论仍需谨慎对待。

通过雨和茎流的微生物通量与土壤渗滤水的通量存在显著差异，这可能与微生物从树冠到土壤的迁移机制有关。例如，树冠中的微生物可能因附着强度不同而被选择性地转移到通过雨或茎流中。此外，通过雨和茎流中的微生物群落显示出较高的多样性，这可能反映了其来源的复杂性以及在运输过程中的动态变化。相比之下，渗滤水中的微生物丰度随土壤深度增加而降低，这可能是因为土壤作为过滤介质对微生物的截留作用。

在不同季节，微生物群落的组成和通量也存在变化。例如，在五月的采样中，假单胞菌科在雨水、通过雨和茎流中的丰度平均超过50%，这表明该类群可能在特定季节对物质运输有更大的贡献。而在九月，膜菌科和鞘氨醇菌科则成为主要的微生物类群，这可能与树木的生长阶段和环境条件的变化有关。

本研究还发现，通过雨和茎流不仅运输了大量微生物，还可能影响土壤微生物的多样性。例如，某些微生物类群在通过雨和茎流中的出现频率高于渗滤水，这表明它们可能在运输过程中具有更高的存活率和迁移能力。此外，研究还表明，通过雨和茎流的微生物可能对土壤中的碳氮循环产生影响，通过引入新的营养物质和酶活性来促进物质的降解和转化。

综上所述，本研究揭示了雨水在森林生态系统中作为微生物和有机物质的重要载体的作用。通过雨和茎流的微生物通量显著高于渗滤水，表明它们在将微生物从树冠转移到土壤的过程中起到了关键作用。同时，微生物的迁移不仅影响了土壤的碳氮含量，还可能通过其遗传潜力对土壤的物质转化过程产生深远影响。这些发现不仅扩展了我们对森林生态系统中微生物垂直运输机制的理解，也强调了微生物在维持生态系统的物质循环和功能多样性中的重要性。未来的研究可以进一步探讨微生物在不同环境条件下的迁移机制，以及它们在土壤中的存活率和功能潜力，从而为森林生态系统的管理和保护提供科学依据。