干旱区土壤多营养级互作网络：寡营养细菌与病原真菌的调控作用与气候响应机制

《Environmental Microbiome》：Oligotrophic bacteria and pathotrophic fungi moderate multitrophic interactions in semi-arid and arid environments

本研究针对气候变化下降水格局改变对旱地生态系统的潜在威胁，通过长期降雨调控实验结合多营养级（细菌、真菌、原生生物、线虫）高通量测序与网络分析，揭示了干旱驱动下土壤生物互作网络的重构规律。研究发现，干旱促进寡营养细菌的协同关联，并显著提升病原真菌的关键类群地位，其丰度受年均降水（MAP）主导，预示长期气候梯度比短期降雨变化更具生态影响。该研究为理解干旱区土壤食物网稳定性及病原菌增殖风险提供了多营养级视角，对全球变化背景下的生态系统管理具有重要启示。

　　

随着全球变暖加剧，水文循环变化导致降水格局趋向极端化——强降雨事件增多、干旱期延长，这对依赖降水维持生态系统功能的半干旱与干旱区构成严重威胁。土壤生物群落作为干早地生态过程（如养分循环、净初级生产力）的核心驱动者，其对降雨变化和干旱加剧的响应已成为生态学研究焦点。然而，现有工作多聚焦细菌与真菌的共现模式，而包含原生生物、线虫等多营养级的互作网络在气候变化下的动态仍不明确。为此，Premchand Maisnam团队在《Environmental Microbiome》发表研究，通过整合长期野外实验与多组学分析，揭示了干旱梯度下土壤多营养级网络的重构规律及其生态意义。

研究团队依托澳大利亚东部6个干旱与半干旱站点的长期降雨调控设施（包括环境降雨、增雨+65%与减雨-65%处理），采集表层土壤样本，分别针对细菌（16S rRNA）、真菌（ITS）、原生生物（18S rRNA）和线虫（28S rRNA）进行高通量扩增子测序。通过随机矩阵理论（RMT）构建多营养级共现网络，结合模块化分析与拓扑角色识别，评估了气候条件与降雨处理对网络结构及关键类群的影响。

土壤生物群落结构受气候条件主导而非短期降雨变化

群落分析表明，细菌、真菌、原生生物和线虫的组成均显著区分于三种气候条件（干旱、半干旱低变异系数CV、半干旱高CV），而降雨处理无显著影响。冗余分析（dbRDA）进一步揭示，年均降水（MAP）与土壤pH、总碳（TC）、总氮（TN）是驱动群落分异的关键环境因子。

干旱促进多营养级网络模块化与正关联

网络分析显示，干旱区网络具有最高复杂度（148节点，546边）且正负关联比最高（1.4），表明干旱胁迫下微生物协同增强。模块化程度在干旱与半干旱低CV网络中更高，提示更紧密的集群结构可能增强生态稳定性。相比之下，半干旱高CV网络以细菌-真菌互作主导，反映降雨变异下的动态适应。

寡营养细菌与病原真菌成为关键类群

拓扑角色分析识别出连接器（Connectors）与模块枢纽（Module Hubs）类群，其中寡营养细菌（如放线菌门Actinobacteria）与病原真菌（如链格孢属Alternaria、子囊菌门Ascomycota）在三大网络中均占据核心地位。这些类群的丰度与MAP呈显著正相关，说明长期降水梯度而非短期降雨调控其生态功能。

原生生物消费者减少或加剧病原真菌增殖风险

干旱网络中原生生物消费者节点稀少，而病原真菌节点增多，暗示干旱条件下自上而下的捕食压力减弱可能助长病原菌扩张。相关性分析进一步证实，病原真菌与年均温度（MAT）及降水参数密切关联，预示气候变暖或加剧土壤病原菌危害。

结论与展望

本研究系统阐明了干旱与降水变异通过重塑多营养级互作网络，推动土壤群落向胁迫适应型类群（寡营养细菌、病原真菌）主导的方向演替。病原真菌的崛起与原生生物消费者的衰退可能削弱生态系统韧性，提示未来需将多营养级视角纳入气候影响评估，以应对干旱区土壤病原菌增殖等新兴生态风险。研究强调，基于网络生态学的多营养级整合分析是理解全球变化下地下生态过程的关键路径。