低强度野火燃烧对南加州圣莫尼卡山脉灌木稀疏预处理下土壤细菌组的影响及其生态意义

这篇研究通过对比分析南加州圣莫尼卡山脉经历不同燃烧强度（高/低）的土壤样本，揭示了预火灾植被稀疏化（VTC）通过降低燃烧强度，显著改变土壤化学性质（如pH、N/P/K含量）及细菌群落组成（如变形菌门Proteobacteria和芽孢杆菌科Bacillaceae的动态变化），并利用PICRUSt2预测功能代谢通路（如肽聚糖合成IV），为火灾管理策略对土壤微生态的长期影响提供了关键证据。

　　

研究背景

南加州圣莫尼卡山脉（SMM）作为全球五大地中海型生态系统（MTE）之一，其原生灌木群落因频繁野火（如2018年Woolsey火灾）和人为气候干预面临植被类型转换（VTC）——原生灌木被入侵草本植物替代。研究聚焦预火灾灌木稀疏化（一种火灾防御策略）如何通过降低燃烧强度，影响土壤细菌组（bacteriome）的纵向演替。

实验设计

在佩珀代因大学校园内选取相邻的高、低燃烧强度样地：低强度区因预稀疏化导致燃料负荷减少80%，燃烧后植被损伤直径显著低于高强度区（4.34倍差异）。通过测量土壤CO₂通量（LI-6800系统）、营养元素（N/P/K）及pH，结合16S rRNA基因测序（V3-V4区，Illumina Miseq）和PICRUSt2功能预测，分析2019-2023年纵向数据。

核心发现

1. 土壤呼吸与化学性质

• 土壤呼吸率在2020年（干旱期）最低，但高低强度区间无显著差异。
• 低强度区土壤在2019年表现出更低有机质（下降49%）、氮（P=0.0002）、磷（P=0.0004）、钾（P=0.01）及pH（P=0.017），但2021年后趋同。

2. 细菌群落动态

• β多样性分析（UniFrac距离）显示，高强度区细菌组成随时间显著分化（PERMANOVA P=0.002），而低强度区更稳定（P=0.041）。
• 高强度区早期富集耐热菌（如芽孢杆菌科Bacillaceae），后期以拟杆菌门Bacteroidota为主；低强度区则持续富集嗜火菌（如Massilia、Conexibacter）。

3. 功能代谢差异

• 高强度区代谢通路普遍下调（如烟酸降解I PWY-722在2020年减少），但2021年出现特异性上调（如几丁质降解PWY-6906）。
• 低强度区细菌功能更稳定，与碳氮循环相关的通路（如阿拉伯半乳聚糖-肽聚糖合成PWY-6404）持续活跃。

4. 生态关联性

• Spearman相关性分析揭示，高强度区细菌多样性（如Chao1指数）与糖原合成（GLYCOGENSYNTH-PWY）呈负相关（ρ=-1, P<0.05），暗示燃烧强度通过改变资源可利用性重塑菌群功能网络。

讨论与意义

研究首次证实预火灾VTC不仅降低燃烧强度，还通过改变土壤微环境（如营养可利用性）驱动细菌群落的差异化演替。高强度燃烧导致菌群功能衰退，可能延缓生态恢复；而低强度区稳定的嗜火菌定植或为火灾后生态修复提供新思路。未来需结合真菌组（mycobiome）数据，以全面评估火灾管理策略对MTE生态的长期影响。

（注：以上内容严格基于原文数据，未添加非文献支持结论。）