由植物源杀菌剂诱导的血清型特异性脂多糖修饰会驱动土壤中细菌的运动能力差异

《Applied Soil Ecology》：Serovar-specific lipopolysaccharide modifications induced by phytogenic biocide drive differential bacterial mobility in soil

微生物碳利用效率（CUE）在温度与盐度协同作用下对滨海湿地的碳封存能力具有关键调控作用。通过中国五大河口Phragmites australis湿地土壤样本的酶 stoichiometric 模型分析发现，CUE主要受土壤碳供给与磷限制影响，中盐度（4.7-8.6 ppt）区CUE显著高于高盐度（11.0-14.8 ppt）区。温度升高（10.1-23.0°C）呈负向调控CUE，而盐度效应存在阈值特征，结构方程模型显示环境因子通过土壤属性和微生物营养限制的间接效应（β=0.68）强于直接效应（β=0.32-0.45）。

　　

Fengjiao Zhang | Na Liu | Min Luo | Pengfei Zhan | Kam W. Tang | Chuan Tong

福建师范大学地理科学学院，福州，350117，中国

摘要

微生物碳利用效率（CUE）调节土壤碳的周转；其对温度升高和盐水入侵共同影响的响应将决定湿地的碳储存能力。我们从中国五个主要河口的Phragmites australis沼泽中采集了表层土壤样本，这些河口横跨18°的纬度范围。采样点包括中等盐度（4.7–8.6 ppt）和高盐度（11.0–14.8 ppt）区域。通过细胞外酶化学计量模型估算的微生物CUE值介于0.11到0.33之间，主要受土壤碳供应和磷限制的影响。温度和盐度均显著影响细胞外酶活性及微生物CUE。在整个纬度梯度上，微生物CUE与年平均温度呈显著负相关，同时温度升高会抑制酶活性，而盐度升高则会促进酶活性。在中等盐度范围内，微生物CUE保持稳定；在高盐度范围内，CUE随盐度增加而增加。中等盐度区域的微生物CUE显著高于高盐度区域。结构方程模型显示，温度和盐度通过影响土壤性质和微生物营养限制对微生物CUE的间接作用强于它们的直接作用。这些发现有助于我们更好地预测全球变化对盐沼土壤CUE的影响，以及由此对碳汇造成的后果。

引言

沿海湿地是地球上碳含量最丰富的生态系统之一（Osland等人，2018年），以每年0.07–0.20 Pg C的速度积累有机碳，占海洋沉积物中碳埋藏量的50%（Duarte等人，2013年；Hopkinson等人，2012年）。沿海湿地位于陆地和海洋的交界处，受到潮汐和河流流动的强烈影响，形成了从淡水到多盐环境的盐度梯度（Yuan等人，2011年；Osland等人，2016年；Grenfell等人，2016年）。这些潮汐生态系统对气候变化非常敏感（Davidson，2014年；Murray等人，2022年；Saintilan等人，2022年）。海平面上升导致的盐水入侵可能对这些生态系统造成压力，并削弱其土壤碳封存能力（Saintilan等人，2022年）。 微生物碳利用效率（CUE）可以通过微生物生长与碳吸收之间的平衡来评估其碳封存能力（Hu等人，2024年）。多种环境因素（包括温度）会影响微生物CUE（Schroeder等人，2022年；Zheng等人，2019年），但这些影响可能复杂且具有反直觉性（Allison，2025年）。短期升温通常对微生物CUE没有显著影响（Zhang等人，2023年），而长期升温则会加剧碳限制，减少微生物生长和CUE（Li等人，2024a）。当土壤温度超过15°C时（Ning等人，2025年），微生物呼吸作用可能会急剧下降，导致CUE进一步降低。微生物CUE对温度的敏感性还取决于底物质量（Frey等人，2013年）。此外，土壤pH值和湿度通过改变微生物群落中真菌和细菌的相对丰度间接影响微生物CUE（Domeignoz-Horta等人，2020年）。 盐度是河口地区的一个关键环境变量，但很少有研究探讨盐度变化如何影响潮汐盐沼中的土壤微生物CUE。Dong等人（2022年）在一条河口的盐度梯度（0.14–13.65 dS m^?1）上研究发现，潮汐沼泽微生物CUE对盐度增加的反应呈双相性：当电导率（EC）超过2 dS m^?1时，CUE随EC升高而下降；而低于此阈值时，CUE随盐度升高而增加。Zhai等人（2022年）观察到，在闽江河口，随着盐度从0.1增加到2.1 ppt，微生物CUE从0.38降至0.33。最近，Zhao等人（2024年）对不同电导率（6.8、10.7、11.9和14.7 mS cm^?1）的红树林土壤进行了采样，发现电导率为11.9 mS cm^{?1Phragmites australis沼泽中采集了表层土壤样本，这些河口横跨近18°的纬度范围和不同的年平均温度（MAT）梯度，从辽河口的约10.1°C到珠江口的约23.0°C（表1）。采样点被划分为中等盐度（4.7 ppt < 盐度 < 8.6 ppt）和高盐度（11.0 ppt < 盐度 < 14.8 ppt）区域。我们使用细胞外酶化学计量（EES）模型估算了每个沼泽土壤样本中的微生物CUE，并评估了环境温度和盐度对其的影响及其调节机制，包括潜在的代谢限制。我们假设随着纬度梯度的升高，温度和盐度的增加会共同抑制潮汐沼泽土壤中的微生物CUE。我们的发现将有助于我们更好地理解全球变暖和海平面上升如何共同影响沿海湿地的微生物碳利用，并为这些关键生态系统的碳管理提供依据。}

区域设置

2021年夏季，我们从中国五个主要河口的P. australis沼泽中采集了表层（0–10 cm）土壤样本，这些河口涵盖了中等盐度（4.7 ppt < 盐度 < 8.6 ppt）和高盐度（11.0 ppt < 盐度 < 14.8 ppt）区域（图1）。在每个沼泽中，随机选择了三个空间分离的样地，并从每个样地随机取出三个直径为10 cm的土壤芯，将它们合并成一个复合样本并带回实验室。

细胞外酶活性和微生物营养限制

除了黄河河口外，中等盐度P. australis盐沼中的土壤具有显著更高的C、N和P吸收酶活性（P < 0.05；表1），表明高盐度对酶表达有抑制作用。中等盐度沼泽土壤中C、N和P吸收酶的平均活性分别为50.36 ± 7.77、26.54 ± 4.42和108.34 ± 16.47 nmol g^?1 h^?1。在高盐度沼泽土壤中，这些活性降至33.96 ± 6.23。

不同盐度下沼泽土壤中的细胞外酶活性

在高盐度条件下，C、N和P吸收酶的活性始终低于中等盐度条件（表1）。酶的合成需要充足的有机底物（Bhattacharyya等人，2021年；Geisseler等人，2010年）。本研究中，酶活性与土壤PC1、MBC和MBN呈正相关（图4），而碳限制（VL）对P吸收酶（ACP）活性有显著的负直接影响（图7a）。这些发现...

结论

在本研究中，我们量化了中国五个主要河口P. australis沼泽中的土壤EEA和微生物CUE，并评估了它们对温度和盐度梯度的响应。EEA对温度升高表现出正反馈，但受到盐度升高的逐渐抑制。温度和盐度通过多种相互作用途径影响微生物CUE。在不同地点，CUE在温暖气候条件下往往较低，这表明...

CRediT作者贡献声明

Fengjiao Zhang：撰写 – 原始草稿，正式分析。 Na Liu：方法学，调查，数据管理。 Min Luo：撰写 – 审稿与编辑，方法学，调查，概念化。 Pengfei Zhan：调查，数据管理。 Kam W. Tang：撰写 – 审稿与编辑。 Chuan Tong：撰写 – 审稿与编辑。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了中央专项财政支持项目（项目编号：[350182]FJYHZB[GK]2024001）、国家自然科学基金（编号：42177213和41877335）以及国家重点研发计划（编号：2022YFC3105401）的资助。