排水改变了不同林分管理方式下泥炭地的细菌共存网络和净氮矿化速率

《Agriculture, Ecosystems & Environment》：Drainage alters bacterial co-occurrence networks and net nitrogen mineralization rate in peatlands under different forest management regimes

　　**摘要**泥炭地对于维持生态平衡、支持生物多样性和调节水文及生物地球化学循环至关重要。然而，为林业和森林管理而进行的大规模排水严重改变了其碳氮动态和微生物群落。本研究评估了泥炭地排水和三种森林管理方式——皆伐、同龄林和连续覆盖林业——对微生物生物量、土壤养分和细菌群落结构的影响。结果表明，土壤微生物生物量碳不受森林管理或水位深度的影响。然而，在原始泥炭地中，土壤微生物生物量氮受水位深度影响。与低水位（距地表-30 cm）相比，高水位（距地表-10 cm）下的净氮矿化率显著更高。细菌多样性受森林管理方式影响，但不受水位深度影响，原始泥炭地中多样性最高。高水位增强了细菌共现网络的连通性和复杂性。土壤特性（NH??-N、DOC、MBN、净氮矿化率和MBC）共同解释了细菌群落结构66.9%的变异。此外，细菌群落组装过程从高水位的随机过程转变为排水地的确定性过程，表明环境筛选作用增强，可能降低生态系统稳定性。这些发现凸显了森林管理和水文条件对微生物多样性和功能的影响，为退化泥炭地的生态恢复和可持续森林管理提供了重要的科学依据。**引言**泥炭地是在水饱和条件下形成的富含碳的生态系统，其缓慢的分解过程使得部分腐殖质得以积累，形成泥炭（Gong等，2026；Günther等，2020）。尽管泥炭地仅覆盖地球陆地面积的2.84%，却储存了全球土壤碳总量的三分之一以上，是重要的自然碳汇和气候变化的调节器（Evans等，2021；Karpińska-Ko?aczek等，2024）。泥炭地栖息着多样化的微生物群落，驱动着养分循环和有机质周转等关键生态系统过程（Parvin等，2018；Sokol等，2022）。自20世纪中叶以来，大面积的北方针叶泥炭地被排水以促进树木生长，从根本上改变了水文情势、植被组成和地下生物地球化学循环（Laine等，2021）。泥炭地排水是指通过工程措施人为改变水文条件以降低地下水位的做法。排水后，一种主要的土地利用方式是所谓排水造林（Harpenslager等，2024）。通过排水降低水位可增强土壤通气，加速有机质分解并导致CO?排放，以及养分和溶解有机碳（DOC）向水体系统的输出（Juottonen，2020；Wu等，2024）。森林管理是指通过科学规划和人为干预，实现木材和其他林产品可持续生产，同时保护和恢复森林生态系统的过程（Quartucci等，2026）。其核心目标是在经济效益与生态效益之间取得平衡，维护森林的生物多样性、水土保持能力和碳汇功能（Ibrahim等，2024）。目前，排水泥炭地上的森林管理通常采用同龄林（EAF）模式或连续覆盖林业（CCF）管理模式。同龄林是指树木起源相似、通常树龄一致的林分。然而，由于树龄和生长的均匀性，这可能导致更加同质化和不太稳定的微生物群落组成（An等，2008）。连续覆盖林业维持着不同树龄混合的连续树冠覆盖，可能促进生物多样性，并可能形成更稳定的土壤微生物群落（Kim等，2021）。然而，森林管理实践对泥炭地微生物网络和土壤质量指标长期影响的研究仍然不足（Juutinen等，2021）。泥炭地中的微生物在有机质分解、调节氮（N）矿化和维持生态系统生产力方面发挥着重要作用（Santoro和Casciotti，2011；Yu等，2025）。在自然水淹条件下，厌氧菌占主导，促进缓慢分解和碳保留（Pavia等，2024）。排水和森林管理不仅改变氧气可用性，还改变微生物物种组成和微生物共现网络的复杂性（Luo等，2022）。微生物共现网络通过统计方法识别不同微生物群落在时空分布上的共存模式，并推断潜在的生态关系（如互利共生、竞争或共生）（Wang等，2025）。在泥炭地生态系统中，微生物相互作用网络可以揭示微生物群落的组装规则及其对环境变化的响应机制。例如，高度复杂的网络结构通常表明生态系统功能更稳定、物质循环途径更多样（Li等，2023）。同时，这些变化可直接影响微生物生物量和养分矿化率（Briones等，2020）。关于不同森林管理制度和改变后的水文条件如何塑造北方针叶泥炭地中细菌多样性、生态网络和氮循环的经验证据仍然有限（Rowan，2025）。本研究调查了森林管理和水位对芬兰北方针叶泥炭地中氮矿化和细菌群落的影响。从原始未排水泥炭地森林和排水泥炭地森林（未采伐、皆伐和择伐）中采集土壤样芯。土壤样芯在两个水位处理（高水位和低水位）条件下培养。经过七个月的培养后，我们测定了净氮矿化率、微生物生物量和细菌群落及共现网络。我们假设：（1）原始泥炭地和连续覆盖林业的细菌多样性高于同龄林管理和皆伐，但不同的水位处理条件可能改变这一模式。（2）高水位下的净氮矿化率高于低水位。**分节摘要****研究地点**实验地点设在Paroninkorpi（61°01'20"N，25°14'32"E）的排水泥炭地森林和芬兰南部Sudenpes?nkangas的原始泥炭地（PP）。Sudenpes?nkangas距Paroninkorpi实验地5公里。该地区长期（1990–2021）年平均气温为+4.7°C，降水量为638 mm（Palviainen等，2022）。有效积温为1460°-天（日均温超过+5°C的日积温之和），且……**土壤生物学特性**土壤MBC、DOC和NH??-N浓度在大多数森林管理处理下的高低水位之间未显示显著差异（*P* > 0.05）（图1）。PP中MBN在低水位处理下显著高于高水位处理（图1b）。两种水位处理下CC和CCF站点的DOC浓度均显著高于PP（图1c）。在低水位下，EAF和CCF站点的NH??-N较PP和CC偏高，而……**土壤特性**我们的研究表明，土壤MBC含量未受森林管理的显著影响，表明泥炭地森林土壤中的MBC在不同森林管理制度下相对稳定。这一结果可能是因为微生物对土壤温度、pH等土壤特性非常敏感，这些特性的复杂相互作用决定了土壤中的MBC（Khan等，2024）。森林管理显著影响了细菌群落组成和多样性……**结论**本研究表明，土壤微生物生物量碳不受森林管理或水位深度的影响。细菌群落组成受水位和养分可利用性的塑造，而细菌多样性主要受森林管理影响，原始泥炭地表现出最高的多样性。在原始泥炭地和高水位条件下，生态筛选作用减弱，群落形成依赖于随机事件……**CRediT作者贡献声明****Heidi Aaltonen：** 调查研究。**Qu Zhaolei：** 软件、形式化分析。**Yunuo Hu：** 形式化分析、数据管理。**Jukka Pumpanen：** 撰写——审阅与编辑、资金获取、概念构思。**Ning Li：** 撰写——初稿、概念构思。**Sun Hui：** 撰写——审阅与编辑、软件。**Lin Huang：** 撰写——审阅与编辑。**Anne Ojala：** 调查研究。**Xudan Zhu：** 调查研究。**Frank Berninger：** 调查研究、数据管理。**Annamari Laurén：** 撰写——审阅与编辑、调查研究……**利益冲突声明**作者声明不存在任何已知可能影响本文所述工作的竞争性经济利益或个人关系。**致谢**本研究由中国国家重点研发计划（2023YFD1401304）和江苏省研究生科研与实践创新计划（KYCX24_1249）资助。感谢MSc Moiz Afzal在氮矿化实验和微生物生物量测定实验室工作期间的贡献。感谢芬兰CSC——科学计算中心提供的慷慨计算资源。Ning Li|Yunuo Hu|Zhao-lei Qu|Heidi Aaltonen|Marjo Palviainen|Annamari Laurén|Frank Berninger|Xudan Zhu|Anne Ojala|Lin Huang|Hui Sun|Jukka Pumpanen中国江苏省南京市210037，南京林业大学林业学院，中国南方可持续林业协同创新中心