暴露于道路除冰盐的土壤中植被生长减少但微生物重组有限

《European Journal of Soil Biology》：Reduced vegetation growth but limited microbial restructuring in soils exposed to road deicing salts

　　**亮点**- 受融雪盐影响的地点植物高度和生物量较低。- ED微生物群落与本地EC土壤保持更相似。- 未检测到广泛的微生物向沙特参考土壤趋同。- 沙特高盐土壤中检测到的微生物类群数量较少。- 基于分类学的功能预测是探索性的。**引言**土壤盐渍化是全球土壤退化的主要来源，影响农业生产力、微生物生物多样性和生态系统功能[[1], [2], [3]]。它可能源于自然过程，如风化、海水入侵和蒸发，也可能源于人为活动，包括灌溉管理不当、工业投入品和道路融雪盐。这些过程改变了土壤物理化学条件，并可能强烈影响微生物群落结构和活性[[4], [5], [6], [7], [8]]。在欧洲北部，道路融雪盐是路边土壤中局部次生盐渍化的重要来源，其中钠和氯的积累会改变土壤化学性质、植被健康和生物地球化学过程[[9], [10], [11]]。与自然盐渍系统不同，融雪盐引起的盐渍化具有高度动态性。盐分输入以与冬季道路维护、冻融循环、融雪和降水驱动淋溶相关的短期脉冲形式发生，随后在土壤剖面中稀释和重新分配[9,12,13]。这些波动条件使土壤微生物群落暴露于交替的渗透胁迫和恢复阶段。实验和野外研究表明，即使是暂时的盐分暴露也能改变微生物活性、酶动力学和养分循环过程[[14], [15], [16], [17]]。这种脉冲式盐渍化可能有利于具有灵活生理反应的类群，而非专性嗜盐类群[18,19]。然而，融雪盐影响的路边土壤中的微生物群落是仅相对于附近未暴露的土壤显示局部变化，还是部分类似于在更强且更持久的盐渍条件下发现的群落，目前仍不清楚。干旱地区的自然盐渍和高盐土壤提供了一个有用的高盐参考背景，因为它们经历了由低降水量、高蒸发率和有限的淋溶所造成的长期盐分积累。这些条件施加了持续的渗透和离子胁迫，并往往筛选出具有特殊生理适应性的耐盐和嗜盐类群[20,21]。在这些自然盐渍生态系统中——包括干旱地区、沿海农业生态系统和超高盐环境——盐渍化对土壤微生物群落的影响已被广泛研究[[22], [23], [24]]。根据这些研究，盐渍环境通常栖息着利用渗透调节物质积累、离子转运调节和特殊代谢途径等生理策略来耐受渗透胁迫的微生物[18,19,25,26]。盐渍化通常在慢性盐渍生态系统中充当主导环境过滤器，有时其影响比其他非生物因素（如pH或温度）更为显著[21,23]。事实上，微生物对盐渍化的响应可以通过Baas-Becking假说来解释，该假说提出"无处不在，但环境选择"[27]。在微生物生物地理学中，环境选择被认为是跨生态系统塑造群落结构的主要力量[27,28]。强烈的选择性压力，如盐渍化，可能驱动地理距离遥远的系统之间的趋同或趋异，而扩散限制和局部适应则可能维持区域差异[29,30]。然而，在本研究的设计中，环境过滤无法与地理差异分离。因此，将融雪盐影响的土壤与自然盐渍和高盐参考土壤进行比较，有助于在更广泛的慢性盐渍化框架内定位脉冲式人为盐渍化对微生物群落的影响。尽管盐渍化胁迫研究已展示了微生物群落组成的重要变化，但许多以往论文的一个局限性在于它们依赖于粗糙的门水平分类学分辨率，且频繁仅关注单一微生物界（如细菌、真菌或古菌），而非同时研究所有门类。虽然广义的门水平模式具有信息价值，但它们可能掩盖与养分循环类群、胁迫耐受策略和生态互动相关的生态相关变化；科水平分析能更好地追踪此类变化[31]。因此，本研究调查了爱沙尼亚融雪盐影响的路边土壤和附近对照土壤中的真菌、细菌和古菌群落，并以沙特自然盐渍和高盐土壤作为生态参考系统。因此，我们的实验设计不允许将环境过滤与地理差异分离。沙特土壤并非地理、气候、时间或土壤学上匹配的对照，而是一种参考外群，用于表征微生物群落对极端盐渍化的潜在响应幅度，并将道路融雪盐导致的中等盐度升高的微生物影响置于比较视角下。我们检验了：(i)爱沙尼亚道路融雪盐是否与植被生长减少和土壤微生物群落组成向盐渍化适应微生物群集转变相关；(ii)融雪盐影响的土壤群落是否比沙特参考群落与附近对照群落更相似；(iii)爱沙尼亚融雪盐影响的土壤群落是否显示出向沙特参考群落的定向趋同；(iv)沙特高盐土壤是否显示出较低的分类学广度和较大的群落分化；以及(v)多样性及组成模式在真菌、细菌和古菌之间是否存在差异。我们还检验了(vi)盐渍化是否在采样的所有地点导致与微生物多样性的广泛相关性。我们假设道路融雪盐暴露构成了显著的环境胁迫，导致植被生长减少，以及微生物多样性组成之间与自然盐渍至高盐环境之间类似但相对较低的差异。**章节摘要****研究地点与土壤采样**土壤样本采集自爱沙尼亚塔鲁受融雪盐影响的受曝路边土壤（ED）和无已知融雪盐暴露的本地对照地点（EC），以及沙特阿拉伯塔布克地区的自然盐渍（SC）和高盐（SH）参考土壤。沙特土壤作为代表更高且更持久盐渍化条件的生态参考系统。在爱沙尼亚，EC和ED土壤于2024年4月14日，即融雪后不久进行采样。这一早期采样……**不同土壤组之间的土壤物理化学和植被差异**土壤物理化学性质在四个土壤组之间主要在盐渍化相关变量上存在差异（图2；表S8）。在所有样本中，pH范围为6.4至9.0，且在H?O和KCl中测得的pH在地区间无显著差异（*p* > 0.05，图2）。相比之下，电导率（C_E）在爱沙尼亚对照（EC）土壤中最低（390 ± 26 μS cm?1），在爱沙尼亚融雪盐暴露（ED）土壤中较高（820 ± 270 μS cm?1），在沙特自然盐渍（SC）土壤中变化较大……**讨论**土壤盐渍化，无论是自然还是由道路融雪盐引起的，都可能改变微生物栖息地、群落结构和生态系统功能[45,46]。本研究考察了爱沙尼亚对照土壤（EC）、爱沙尼亚融雪盐影响土壤（ED）、沙特自然盐渍土壤（SC）和沙特高盐土壤（SH）中的真菌、细菌和古菌群落，以比较四种土壤背景下的微生物群落模式，并评估ED群落是否仍然比本地EC更相似……**结论与未来展望**这种横断面比较表明，与环保匹配的对照相比，融雪盐暴露导致植物高度和地上生物量显著下降，表明融雪盐暴露对植被表现有持续影响。然而，道路融雪盐对真菌、细菌和古菌群落的影响较小，融雪盐暴露的土壤比沙特盐渍和高盐土壤与本地对照土壤更相似……**CRediT作者贡献声明****Surabhi Mahajan：** 撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 初稿，可视化，验证，软件，资源，方法学，调查，形式分析，数据整理，概念化。**Leho Tedersoo：** 撰写 – 审阅与编辑，验证，指导，软件，资源。**Bader O. Almutairi：** 撰写 – 审阅与编辑，可视化，资源，资金支持获取。**Saad Alkahtani：** 撰写 – 审阅与编辑，可视化，资源。**Jo?o Paulo Silva Souza：** 方法学。**ülo**……**数据可用性声明**原始测序读取及经过处理的真菌、细菌和古菌样本-OTU存在-缺失表可在欧洲核苷酸档案库中获取，项目编号为PRJEB115181。**资金支持**本研究由爱沙尼亚研究委员会（PRG2207）、爱沙尼亚科学与教育部（卓越中心AgroCropFuture，TK200）、沙特阿拉伯沙特国王大学杰出科学家访问学者计划，以及持续研究资金计划（ORF-2026-414），沙特阿拉伯利雅得沙特国王大学支持。**利益冲突声明**作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些可能影响本论文所报告的工作。**致谢**所有署名作者都对本文呈现的研究做出了重大贡献。每位作者都已审阅并批准本稿的最终版本，并同意对其内容负责。我们衷心感谢Rasmus Puusepp（塔鲁大学，生态与地球科学学院，植物学系，真菌学教研室）在DNA提取和实验室实验工作中的宝贵帮助。Surabhi Mahajan | Leho Tedersoo | Bader O. Almutairi | Saad Alkahtani | Jo?o Paulo Silva Souza | ülo Niinemets