植物种类与除冰盐对生物滞留系统中微生物群落的影响：寒冷气候下的生态功能与设计启示

这篇研究通过中宇宙实验揭示了植物种类和除冰盐(NaCl)对生物滞留系统(BR)微生物群落的影响。研究发现BR系统自然定殖了适应寒冷、潮湿和污染环境的微生物群落，包括参与氮循环(Nitrosomonas、Nitrospira)、金属耐受和烃类降解的功能类群。四种植物(Cornus sericea、Juncus effusus等)显著塑造了不同的微生物组成，而短期盐暴露(0-4000 mg Cl?/L)未产生持久影响。研究为寒冷地区BR系统设计提供了植物-微生物互作的关键依据。

　　

ABSTRACT

生物滞留(BR)系统作为绿色基础设施，在寒冷气候下管理径流时面临除冰盐胁迫的挑战。这项中宇宙实验研究了四种植物(Cornus sericea、Juncus effusus、Iris versicolor和Sesleria autumnalis)与不同NaCl浓度(0-4000 mg Cl^?/L)对微生物群落的影响。通过16S和ITS测序发现，BR系统自然定殖了适应寒冷、潮湿和污染环境的微生物群落，这些类群参与氮循环、金属耐受和烃类降解等重要功能。

1 Introduction

BR系统通过物理、化学和生物相互作用净化城市径流，但微生物群落的作用尤其在寒冷气候下研究不足。除冰盐可能通过渗透压、pH变化等影响微生物功能。本研究首次同步分析植物种类与盐胁迫对BR中细菌和真菌群落的协同影响，填补了寒冷地区BR设计的生态学空白。

2 Experimental Procedures

实验在蒙特利尔温室进行，采用25个中宇宙单元，种植不同植物并施加春季盐脉冲。通过三个时间点(种植前、盐处理前、盐处理后5个月)采样，结合16S和ITS高通量测序分析微生物群落。功能预测采用FunguildR和MicFunPred工具，统计方法包括Adonis检验和DESeq2差异分析。

3 Results

3.1 Dominant Bacteria and Fungi

BR系统优势菌群包括Rokubacteriales(氮循环)、Burkholderiales(硝化/反硝化)和Rhizobiales(固氮)。真菌以saprotrophs(腐生营养型)为主，如Serendipita spp.(植物共生)和Pseudallescheria spp.(耐渗透压)。值得注意的是，商业接种的菌根真菌在实验后期未检出。

3.2 Plant Effect Before Application of Salty Runoff

植物种类显著改变β多样性：Cornus富集Propionibacteriales和Serendipita spp.；Iris招募更多Rhizobiales和Burkholderiales；而Sesleria群落中病原真菌比例较高。α多样性在各处理间无差异，表明植物主要调控特定功能类群的丰度而非整体多样性。

3.3 NaCl Effect

盐处理5个月后，所有浓度组(包括4000 mg Cl^?/L)的微生物群落均恢复至处理前状态。这可能得益于BR系统的开放排水设计促进盐分淋失，以及群落自身的恢复力。

4 Discussion

4.1 微生物群落的功能适应性

BR系统自发形成的微生物核心功能群与全尺寸BR高度一致，包括脱氯杆菌(Dehalococcoidia)等降解复杂污染物的特殊类群。真菌群落显示出季节性适应特征，如低温生长的Humicola spp.。

4.2 植物选择的生态意义

Iris通过招募Rhizobiales可能降低系统脱氮效率，而Cornus促进的Serendipita spp.可增强植物抗逆性。这提示植物选择需平衡美学与微生物功能需求。

4.3 盐胁迫的瞬态影响

与湿地研究不同，BR的快速排水特性缓解了盐分持续胁迫。但更高频的盐脉冲或封闭式设计可能需要重新评估该结论。

5 Conclusion

研究证实植物种类是调控BR微生物功能的关键设计参数，而短期盐胁迫不影响长期群落稳定性。建议将成熟BR基质作为新系统的接种源，并优先选择Cornus等能招募有益微生物的植物。这些发现为寒冷城市BR设计提供了微生物生态学基础。