中国杭州破碎化城市森林中土壤微生物群落结构及预测功能潜力的变化

《Urban Ecosystems》：Shifts in soil microbial community structure and predicted functional potential in fragmented urban forests in Hangzhou, China

　　摘要快速城市化是环境变化的主要驱动力，显著改变了土壤特性，并可能扰乱维持城市森林的微生物介导的营养循环过程。在杭州——中国长三角地区一座快速扩张的特大城市——城市蔓延已导致大面积天然次生林破碎化，然而关于土壤微生物群落如何响应这种破碎化的生态认知仍十分有限。本研究调查了杭州城区（上城区）、郊区（西湖区）和农村区（临安区）九个破碎化的天然次生林中的土壤细菌群落（每个城市化等级3个样地，每样地5个样方，共45个混合土壤样本）。我们分析了土壤细菌群落的组成与多样性，构建了共存网络，并利用FAPROTAX数据库预测了功能潜力。结果表明，细菌群落组成和多样性表现出显著的空间分异，城市和郊区森林的多样性较高。我们观察到，城市土壤中氨氧化菌目Nitrososphaerales的丰度显著增加。网络分析显示，城市网络具有更高的连接性但更低的模块化，而农村网络的模块化和聚集系数更高，表明城市化引发了不同的结构性响应。功能预测表明，化能异养在核心过程中扮演关键角色，且氮代谢过程在城市森林中不断增强。城市土壤富集了芳香族化合物降解功能，而农村土壤则预测氮固着功能更为普遍，主要与α-变形菌门相关。我们的研究发现表明，城市化通过改变土壤特性和增加环境异质性，对微生物类群进行筛选并驱动功能适应。从氮固着功能向硝化功能的预测转变表明，氮循环可能正在发生变化，这对城市森林中的土壤氮素动态具有重要意义。这些发现为杭州及其他快速城市化城市的城市森林可持续管理提供了参考依据。