不同间伐密度下马尾松林土壤细菌群落与代谢通路的生态响应机制及其对红壤退化的修复意义

针对红壤退化区马尾松纯林生态功能低下问题，研究人员通过梯度间伐实验，结合高通量测序和非靶向代谢组学技术，揭示了间伐保留密度对土壤细菌群落结构（如Chloroflexi和Proteobacteria相对丰度变化）及代谢通路（苯丙烷生物合成等）的调控机制，为退化红壤区森林可持续经营提供了微生物学依据。

　　

在南方红壤侵蚀区，长期高强度的人类活动导致植被破坏，形成了以马尾松（Pinus massoniana）纯林为主的脆弱生态系统。这类纯林存在植被单一、生态功能低下等问题，而间伐作为改善森林质量的重要手段，其对土壤微生物群落和代谢过程的影响机制尚不明确。福建长汀作为典型红壤侵蚀区，自1980年代通过飞播造林形成大面积马尾松林，但如何通过间伐调控土壤微环境以提升生态功能，成为亟待解决的科学问题。

为探究这一问题，福建农林大学的研究团队在长汀河田镇设置了2700（T2700）、2000（T2000）、1600（T1600）、1200（T1200）株/公顷及无保留对照（T0）的间伐梯度实验。五年后采集土壤样本，采用Illumina PE250测序平台分析16S rDNA V3+V4区，结合UHPLC-MS/MS非靶向代谢组学技术，系统研究了间伐密度对细菌多样性（如Sobs、Shannon指数）、功能预测（FAPROTAX数据库）及代谢物（如L-硒代蛋氨酸、异柠檬酸）的影响。相关成果发表于《Global Ecology and Conservation》。

3.1 土壤细菌组成

研究发现，随着间伐密度增加，优势菌门从Chloroflexi（T0占33.2%）演替为Acidobacteria（T1200占30.2%）和Proteobacteria（T2700占25.8%）。其中寡营养型Chloroflexi丰度下降35.6%-60.7%，而富营养型Proteobacteria的γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）增加2.71-4.71倍。

3.2 细菌多样性与指示物种

适度间伐（T2000）显著提升细菌丰富度（Sobs指数2092.67）和多样性（Shannon指数7.97）。LEfSe分析显示，T0的指示物种为AD3纲（属Chloroflexi），而T1600以γ-变形菌纲为标志，反映间伐驱动群落向高效资源利用型转变。

3.4 土壤代谢物差异

筛选出1188种代谢物，包括18.7%脂类和7.8%有机酸。间伐后苯丙烷生物合成通路的关键中间体芥子醇（Sinapyl alcohol）含量下降，其与木质素分解相关的Actinobacteria丰度呈负相关（r=-0.62）。

3.7 细菌-代谢物关联

Proteobacteria与Tropinone（r=0.58）、L-硒代蛋氨酸（r=0.53）正相关，而Chloroflexi与腺苷-3′-磷酸-5′-磷酰硫酸（PAPS）显著正相关，表明间伐通过改变菌群结构调控硫代谢（如PAPS还原）和碳循环（TCA循环）。

该研究首次阐明间伐通过"降低寡营养菌（如Chloroflexi）-提升富营养菌（如Proteobacteria）"的群落重构模式，激活苯丙烷和TCA循环等代谢通路，加速有机质分解。这不仅为红壤退化区马尾松林改造提供了微生物学靶点（如调控Actinobacteria以促进木质素降解），更创新性地将土壤代谢组学应用于森林经营效果评估，对实现碳中和背景下的土壤碳汇管理具有重要实践意义。