凋落物分解微生物群落的起源演替：叶际与土壤微生物的生态位竞争机制

本研究针对森林凋落物分解过程中微生物来源不明的关键问题，通过分析两种温带树种（水曲柳F. mandshurica和红松P. koraiensis）不同分解阶段的微生物群落，揭示了叶际细菌与土壤真菌在早期分解阶段的生态位抢占现象。研究发现低质量凋落物因资源限制延缓了土壤微生物入侵，为理解"主场优势"(HFA)效应提供了微生物演替视角。该成果发表于《ISME Communications》，对预测气候变化下的碳循环具有重要启示。

　　

在森林生态系统中，每年有大量凋落物回归土壤，这个看似简单的过程实则暗藏玄机。凋落物分解是陆地生态系统碳循环的关键环节，其速率直接影响着全球碳收支。然而长久以来，科学家们对一个基本问题争论不休：那些负责分解凋落物的微生物究竟从何而来？是来自植物生长期就定居在叶片表面的"原住民"（叶际微生物），还是土壤中的"外来移民"？这个问题的答案，将直接影响我们对"主场优势"现象的理解——为什么本土植物凋落物总是比外来物种分解得更快？

为了解开这个谜团，由Jiancheng Chen和Edith Bai领衔的研究团队在长白山不同海拔的温带森林中，选取了两种特性迥异的树种：分解速度快的高质量凋落物水曲柳(F. mandshurica)和分解缓慢的低质量凋落物红松(P. koraiensis)。研究人员采集了刚落地的凋落物、分解9个月的早期凋落物、分解21个月的晚期凋落物以及周边土壤样品，通过高通量测序技术揭示了微生物群落的"身世之谜"。

研究采用了三项关键技术：1）表面消毒结合内部分析法区分叶际与土壤微生物；2）16S rRNA和ITS基因测序分别解析细菌和真菌群落；3）FEAST算法量化不同来源微生物的贡献度。样本来自长白山4个海拔梯度（750-1050米）的固定样地，确保数据代表性。

微生物来源的时空格局

通过FEAST溯源分析发现，早期分解阶段的水曲柳凋落物呈现"细菌守城、真菌入侵"的独特格局：表面细菌44-63.5%来自叶际，而真菌35.4-66.7%源自土壤。红松凋落物则表现出更强的叶际微生物坚守现象，其早期表面细菌48.5-72.4%为叶际来源。到晚期分解阶段，两类凋落物均转为土壤微生物主导（细菌50-63.4%，真菌>60%），但红松仍有大量"身份不明"的真菌，暗示空气或动物传播的可能。

关键微生物类群

网络分析鉴定出四大功能类群：1）叶际来源的α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)和γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)；2）土壤来源的放线菌纲(Actinomycetia)和拟杆菌纲(Bacteroidia)；3）早期分解主力菌Dothideomycetes子囊菌；4）晚期分解专家Sordariomycetes子囊菌。特别值得注意的是，红松特有的Lophodermium属真菌展现出对低质量凋落物的特殊适应性。

群落构建机制

iCAMP模型显示，细菌群落受均质选择(homogeneous selection)主导（水曲柳63.7%，红松52.7%），而真菌则主要受扩散限制(dispersal limitation)和漂变(drift)控制。随着分解进行，确定性过程对细菌的影响减弱（水曲柳降至46.2%，红松32.1%），证实了"生态位抢占"向"生态位改造"的转变。红松凋落物因较高的C/N比和挥发性物质，形成了更强的微生物入侵屏障。

这项研究首次系统揭示了凋落物分解过程中微生物群落的"政权更替"规律：叶际细菌先发制人抢占简单碳源，土壤真菌凭借菌丝优势突破防线，最终土壤微生物联军完成分解大业。该发现不仅解释了HFA效应的微生物学基础——高质量凋落物通过快速生态位改造增强本土分解者优势，更重要的是为预测气候变化下的碳循环响应提供了新视角。研究团队特别指出，未来需要结合培养组学进一步验证微生物功能预测，这将为人工调控分解过程、增强碳封存提供科学依据。