土壤养分有效性调控下土地利用与景观异质性对微生物多样性的类群特异性影响

本研究系统解析了热带地区不同土地利用类型（橡胶、槟榔等）及景观格局（组成与配置异质性）对土壤微生物群落结构的影响，揭示有效磷（AP）是关键驱动因子。细菌Chao1丰富度和真菌Shannon多样性呈现类群特异性响应，橡胶覆盖率正向调控多样性而最大斑块指数（LPI）抑制真菌多样性。成果为景观规划与土壤养分管理提供科学依据。

　　

Highlight

本研究揭示土地利用变化与景观异质性以类群特异性方式差异化影响土壤微生物组成与多样性，其中有效磷（Available Phosphorus, AP）成为关键决定因子。研究成果强调需通过精细的景观规划与土壤养分管理以保护土壤微生物多样性。

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Study site

本研究在中国海南岛西南部地区（18°28′–18°45′ N, 108°60′–109°9′ E）开展（图S1）。该区域属热带海洋性季风气候，年均温19–26°C，年降水量1400–1800 mm，海拔106–219 m。历史上大量天然林被转为其他土地利用类型，形成仅存种植园与农地的景观格局。

Soil microbial community differences among land-use types

不同土地利用类型间土壤微生物相对丰度差异因类群而异（图1）。土壤细菌中变形菌门（Proteobacteria）和放线菌门（Actinobacteria）丰度较高，但各土地利用类型间无显著差异（图1a）。有效磷（AP）对芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）和变形菌门相对丰度具显著正效应（P < 0.05），而pH值显著促进酸杆菌门（Acidobacteria）丰度（P < 0.05）。土壤真菌群落中，子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）为优势门类，且不同土地利用类型间存在显著差异（图1b）。AP与担子菌门相对丰度呈显著负相关（P < 0.05），而可用钾（Available Potassium, AK）显著促进接合菌门（Zygomycota）丰度（P < 0.05）。

Discussion

本研究发现不同土地利用类型下土壤细菌群落以变形菌门和放线菌门为主导，与既往研究一致[21,34]。这两类菌门在各种土地利用实践下的高丰度可归因于其对土壤养分（尤其是氮磷）的高效利用能力[50,61]。反观土壤真菌物种组成在不同土地利用类型间呈现显著变异，可能与真菌对宿主植物及微环境变化的高度敏感性有关[19,36]。有趣的是，微生物组成虽保持相对稳定，但其α多样性却对土地利用类型表现出高度响应——细菌Chao1丰富度与真菌Shannon多样性变化显著，凸显微生物多样性响应存在"类群特异性"（taxon-specific）。这种特异性主要由有效磷（AP）驱动，其通过直接调控养分可用性与间接改变微生物竞争关系实现调控[22,42]。景观格局中橡胶覆盖率对微生物多样性呈现正向效应，可能源于橡胶林凋落物输入提升土壤肥力并创造更稳定的微生境[38,39]。而最大斑块指数（Largest Patch Index, LPI）对真菌多样性的负面效应，可能与大面积单一种植导致栖息地均质化及资源多样性下降有关[24,30]——但AP有效缓解了这种负面效应，印证土壤养分在调和景观格局与微生物关系中的关键作用[9,16]。

Conclusion

本研究探讨了中国海南地区土地利用变化及衍生景观格局对土壤微生物群落的影响。发现这些因素对微生物群落组成影响微弱，但以物种依赖型方式显著调控多样性。细菌丰富度（Chao1）与真菌多样性（Shannon）在不同土地利用类型间显著变化，主要驱动力为有效磷。值得注意的是，在景观格局因子中，橡胶覆盖率展现积极影响而最大斑块指数仅抑制真菌多样性。研究强调将景观规划与土壤养分管理相结合对维持土壤微生物多样性的重要性。