土地利用转换重塑微生物群落并加速黄河湿地凋落物分解与碳氮降解

《Scientific Reports》：The litter decomposition dynamics under land-type conversion by microbial communities in the Yellow River floodplain

　　

摘要

土地利用类型转换对凋落物分解具有显著影响，但河漫滩区域中微生物反馈机制尚不明确。细菌与真菌在湿地凋落物分解中的不同作用仍是一个亟待解决的关键问题。本研究采用凋落物袋法和高通量测序方法，对黄河潮滩三种不同土地利用类型（河岸高滩湿地（RHW）、耕地湿地（CW）和中生湿地（MW））的凋落物分解动态及微生态机制进行了为期2年的研究。结果表明，土地利用转换诱导了优势微生物群落组成的明显变化，从而调控了土壤微生物群落在湿地凋落物分解过程中的促进作用。湿地农业开垦改变了微生物栖息环境，使凋落物分解速率加快了35.7%–38.05%，总碳净释放量增加了4.15%–9.78%。湿地中生草甸化增加了细菌种类和OTU数量，并促进了当地碳固持。RHW、CW和MW中凋落物的纤维素和木质素含量随时间呈指数递减（R² = 0.960、0.775、0.896 和 0.959、0.822、0.918）。C/N比（MSE = 15.37%）、凋落物碳含量（8.30%）和土壤含水量（6.94%）对凋落物质量损失具有最佳预测能力（P < 0.01）。此外，土壤中DOC、NH₄⁺-N、NO₃^--N等含量与微生物Chao1指数和Shannon多样性相关。纤维素和木质素分解速率与氮分解速率、真菌Shannon多样性和细菌Chao1指数呈正相关，其中木质素分解速率更易受真菌影响。在分解过程中，细菌在界级水平上占77.44%–84.49%，真菌占0.08%–0.22%。土地利用变化降低了土壤含水量（r = -0.79），但未显著增加土壤氮含量，两者均降低了细菌α多样性（r = -0.49、-0.76）并加速了分解（r = 0.81）（R² = 0.61）。土壤氮和环境因素对真菌多样性的提升不显著。综上所述，黄河湿地土壤的土地利用转换重塑了微生物引擎，自然湿地的中生草甸化和人为开垦加速了凋落物分解及碳氮降解过程。