美国东北部山毛榉树干径流中真核微生物群落的季节性动态与风暴驱动机制研究

本研究通过环境DNA(eDNA)技术首次解析了美国山毛榉(Fagus grandifolia)树干径流(stemflow)输送的真核微生物群落特征。研究人员采集10场风暴中18棵树的83份样本，基于18S rRNA测序发现920个零半径OTUs，揭示真菌(Entomophthoromycota等)、藻类(Ochrophyta)和后生动物随风暴季节、强度及气团轨迹(NW/SW等)的显著差异分布，证实树干径流可作为监测冠层-土壤生物联系的生态水文窗口。

　　

在森林生态系统中，树冠层作为地球上最大的生物栖息地之一，其表面栖息的微生物群落长期扮演着"空中暗物质"的角色。这些通过降雨冲刷到地面的微小生命，究竟如何影响森林地下生态过程？传统研究多聚焦细菌群落，而对真核微生物（包括真菌、藻类、原生动物和小型后生动物）的传输机制与生态功能认知仍存在巨大空白。尤其当气候变化导致极端降水事件频发，理解风暴如何重塑冠层生物群落变得尤为重要。

美国研究团队选择山毛榉(Fagus grandifolia)这一典型树种作为研究对象，其光滑树皮和陡峭枝角形成的高效径流系统，堪称研究生物传输的天然实验平台。通过创新性地结合环境DNA技术和气团轨迹模型，科学家们首次绘制出树干径流中真核微生物的"风暴运输图谱"。这项发表在《Microbial Ecology》的研究，为揭示降水如何连接地上-地下生态系统提供了全新视角。

研究团队采用三项关键技术：1) 非侵入式树干径流收集系统，在18棵山毛榉安装特制泡沫 collar 采集装置；2) 基于18S rRNA基因的Illumina MiSeq高通量测序，通过UNOISE3流程获得920个零半径OTUs；3) NOAA HYSPLIT模型重建72小时气团轨迹，将微生物组成与大气传输路径关联分析。样本来自美国俄亥俄州Holden树木园的固定监测点，覆盖2022-2023年10场特征各异的风暴事件。

结果部分

Community Composition of Microbial Eukaryotes

测序获得的1200万条reads显示，夏季风暴中昆虫病原真菌(Entomophthoromycota)占比高达90%，与温暖季节昆虫宿主活跃相关；而秋冬风暴则出现藻类(Ochrophyta)主导现象，尤其来自北方的气团携带大量五大湖藻类气溶胶。大型风暴(>60 mm)显著提升缓步动物(tardigrades)和节肢动物的检出率，表明强降雨对大型生物的冲刷效应。

Temporal Variability of Stemflow Eukaryotic Community Composition

PERMANOVA分析证实风暴事件(F=3.6, R²=0.31)和气团轨迹(F=8.9, R²=0.36)对群落组成有显著影响。夏季真菌优势反映寄生关系增强，秋季腐生型Ascomycota/Basidiomycota增加对应冠层凋落物积累，冬季藻类激增则暗示树皮(dermosphere)可能形成特殊微生境。

Stemflow as a Lens on Storm-Driven Shifts

气团轨迹与微生物组成存在明确关联：西南轨迹风暴富含纤毛虫(Ciliophora)，西北轨迹则与绿藻(Chloroplastida)呈正相关。研究首次量化了树干径流对缓步动物(0.23%相对丰度)等土壤动物的传输潜力。

讨论与结论

该研究建立了树干径流eDNA分析与风暴参数、气团轨迹的多维关联模型，揭示出：1) 真菌群落季节性更替反映冠层资源格局变化；2) 五大湖区域冬季气溶胶藻类输送的新路径；3) 降雨强度与持续时间共同控制着冠层生物的剥离效率。这些发现为预测气候变化下森林冠层-土壤的生物联系提供了理论基础，同时开发出通过树干径流无创监测冠层健康的新方法。未来研究需结合定量PCR和显微计数，将相对丰度转化为实际生物通量，并探索这些"空中移民"对土壤功能的实际贡献。