《Applied Soil Ecology》：Land use and management intensity shape nitrogen cycling and microbial functions, driving environmental impacts in French urban soils
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本研究针对城市化进程中土壤功能退化问题，系统探究了不同公共绿地类型（展示花园、公园、路边带等）对土壤氮循环过程（NH4+/NO3?动态、潜在硝化/反硝化作用）及微生物功能基因（amoA、nirS、nosZ等）的影响。通过整合生物地球化学测量与分子生物学技术，发现高强度管理区域硝化作用增强而氮循环连通性降低，揭示了有机碳和pH等关键驱动因子。研究成果为优化城市绿地管理策略提供了微生物学依据。
随着全球城市化进程加速，城市土壤的生态功能维护面临严峻挑战。城市化通过改变土地利用方式和管理强度，深刻影响着土壤的氮素循环过程，进而可能导致土壤肥力退化、水体硝酸盐污染以及温室气体排放等一系列环境问题。法国布卢瓦市的公共绿地系统为研究城市土壤氮循环提供了天然实验室，但不同绿地类型（如展示花园、城市公园、路边带等）如何通过调控微生物群落功能来影响氮转化过程，仍是当前城市生态学研究的重要空白。
为系统解析这一科学问题，Fadwa Khalfallah等研究团队在《Applied Soil Ecology》发表了题为"Land use and management intensity shape nitrogen cycling and microbial functions, driving environmental impacts in French urban soils"的研究论文。该研究通过对135个采样点的多维度分析，揭示了高强度管理（如施肥、频繁修剪）虽能提升硝化作用，但会破坏氮循环各环节的耦合关系；而未利用地则保持着更完整的氮转化网络。这一发现为协调城市绿地美化功能与生态功能提供了重要理论依据。
本研究采用的技术方法主要包括：1）基于城市公共绿地系统的空间采样设计（涵盖8类土地利用方式）；2）土壤氮形态（NH4+、NO3?）与过程速率（潜在硝化/反硝化酶活性）的同步测定；3）功能基因（AOA-amoA、AOB-amoB、nirS、nosZ等）的定量PCR分析；4）细菌群落扩增子测序与FAPROTAX功能预测；5）揭示氮循环通路关系的结构方程建模。
研究结果
- 1.
氮循环参数的土地利用分异特征
数据显示展示花园的硝酸盐浓度（7.1±4.2 μg N/g）显著高于未利用地（1.4±1.1 μg N/g），而反硝化酶活性（DEA）在城市公园、路边带等区域高出未利用地2-3倍。功能基因分析表明，氨氧化古菌（AOA）的amoA基因在花园区域丰度最高（20.4±0.6 log拷贝数/g），暗示施肥管理对硝化微生物的强化作用。
- 2.
微生物功能谱的土地利用特异性
通过FAPROTAX功能预测发现，未利用地具有更高丰度的固氮细菌和硝酸盐转运相关菌群，而居住区则富集反硝化功能菌。莱文生态位宽度指数显示，高强度管理区（修剪18-25次/年）的微生物群落中 specialists（特化种）比例显著提升，表明人为干扰驱动了微生物的功能特化。
- 3.
氮循环通路的结构方程模型解析
结构方程模型（SEM）揭示出关键差异：在未利用地，硝化作用（NEA）与反硝化作用（DEA）通过功能基因（nirS、nosZI等）实现紧密耦合（路径系数≥0.58）；而管理区域中，氮矿化与硝化过程间无显著关联，表明高强度管理可能导致氮循环的"解耦联"现象。模型进一步证实土壤有机碳是驱动反硝化作用的核心因子，而pH值则正向调控AOA丰度。
- 4.
环境因子的调控作用
土壤持水能力与多数氮循环变量呈负相关，凸显城市土壤压实对微生物过程的抑制。粘土含量在未利用地显著促进硝化与反硝化，但在管理区域作用逆转，证实土壤质地的调控作用受土地利用强度调制。
讨论与结论
本研究通过多尺度证据链证实，城市绿地管理强度是重塑土壤氮循环的关键开关。高强度管理虽通过施肥提升氮素有效性，但频繁的翻耕、修剪破坏了土壤微环境，导致氮转化过程从"协同网络"退化为"孤立单元"。特别值得注意的是，展示花园中高硝化活性与低反硝化细菌丰度的并存，暗示着硝酸盐淋溶风险；而未利用地中固氮菌与反硝化菌的共存，则展现出自维持型氮循环的生态韧性。
研究成果对城市可持续发展具有双重意义：在实践层面，建议通过降低修剪频率、保留枯落物等方式增强氮循环连通性；在理论层面，首次构建了城市土壤"管理强度-微生物功能基因-氮过程速率"的因果框架，为精准预测城市化生态效应提供了新范式。未来研究需重点关注有机质动态如何介导管理强度对微生物功能的影响，从而为智慧城市绿地管理提供更深入的科学依据。
