《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》：Intensive vegetable farming in tropical mountains reduces bacterial network complexity and alters key soil taxa
编辑推荐：
•集约化耕作改变了热带山区土壤中的细菌组成，但并未影响其α多样性。•在农业和森林土壤中，专性细菌类群占优势。•森林土壤的细菌网络更为复杂，共现模式也更为明显。•农业土壤中以变形菌门和拟杆菌门为主，而森林地区则以酸杆菌门和疣微菌门为主。•集约化耕作通过简化细菌网络降低了土壤的生态恢
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集约化耕作改变了热带山区土壤中的细菌组成，但并未影响其α多样性。
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在农业和森林土壤中，专性细菌类群占优势。
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森林土壤的细菌网络更为复杂，共现模式也更为明显。
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农业土壤中以变形菌门和拟杆菌门为主，而森林地区则以酸杆菌门和疣微菌门为主。
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集约化耕作通过简化细菌网络降低了土壤的生态恢复力。
引言
全球的山区在提供水资源、能源和农产品方面发挥着重要作用（Visscher et al., 2024），同时保护生物多样性，孕育特有物种，并有助于维持独特的生态系统。研究表明，山区栖息着超过85%的全球两栖动物、鸟类和哺乳动物物种（Rahbek et al., 2019）。南美洲某些山区特有的热带高原气候为农业生产创造了有利条件，使得全年都能进行蔬菜种植（Aun and de Assis, 2021）。因此，这些生态系统支撑了许多依赖自然资源为生的农村社区（Eckholm, 1975; Koohafkan and Altieri, 2011, Aun and de Assis, 2021）。山区农业生态系统具有独特特征，这些特征由环境梯度、高侵蚀率以及人为压力所决定。人为压力与环境条件之间的相互作用影响着土壤的生物学活性和多样性，进而直接影响这些生态系统的多种功能（Caulfield et al., 2020; Poveda et al., 2012; Visscher et al., 2024）。
在所研究的微流域中，这种情况尤为明显。该地区已经实施了50多年的集约化蔬菜种植，由于其大规模使用农用化学品和有机肥料的历史，成为研究该地区的理想模型（Barbosa, 2019）。当地的土地利用类型多样，包括农田、林地、森林和农林复合系统（Dias, 2017）。截至2024年，该地区占该州蔬菜产量的59%，在约15,400公顷的面积上贡献了61%的区域内产量（EMATER, 2024）。这种生产模式以大量使用机械、农用化学品和传统的土壤处理方法为特征。尽管这些方法被广泛采用，但它们可能对环境产生显著影响，如土壤压实、侵蚀以及化肥和农用化学品残留物的污染（Calegari et al., 1993）。在这种背景下，传统农业系统可能导致区域土壤的物理、化学和生物质量迅速退化，从而降低作物产量（Ribeiro Mauri et al., 2024）。此外，将“新鲜”的家禽粪便作为有机肥料虽然有助于养分供应，但也可能将病原体引入土壤，对公共健康和环境构成风险（Kyakuwaire et al., 2019）。
新弗里堡（Nova Friburgo）山区的自然脆弱性，加上集约化农业生产的采用，对农业生态系统的可持续性构成了威胁。这种模式增加了土壤和水体退化的风险，可能导致农业生产力下降和环境污染（Calegari et al., 1993）。因此，监测土壤质量对于评估农业实践的影响以及制定更可持续的管理策略至关重要。分析土壤微生物群落是实现这一目标的工具。细菌群落的分析对于评估土地利用变化的影响具有重要意义，因为这些微生物在养分循环、有机物转化、植物-土壤相互作用、土壤结构维持和温室气体调节中起着重要作用。此外，细菌群落能快速响应环境干扰和管理变化，使其成为土壤状况早期变化的敏感指标（Tomazelli et al., 2024）。由于细菌对土地利用变化的反应可能出现在不同的生态维度上，因此需要补充指标来捕捉局部多样性模式、群落组成的变化以及生态组织的变化（Barberán et al., 2012; Tang et al., 2025）。在微生物生态学中，根据细菌在不同环境条件下的分布情况，可以将它们分类为专性细菌或广布性细菌，其中专性细菌通常与特定栖息地相关，而广布性细菌则在更广泛的环境中出现，反映了更广泛的生态耐受性（Xu et al., 2022a; 2022b）。这些生态学研究为了解微生物群落如何响应环境过滤和土地利用变化提供了额外的见解。在本研究中，我们假设集约化耕作会改变土壤细菌群落的组成并降低其网络复杂性。因此，我们的目标是比较山区农业区域与天然植被之间的细菌α多样性、群落组成、共现网络复杂性及其与土壤化学性质之间的关系。
章节摘要
研究区域
研究区域包括位于巴西里约热内卢州塞拉纳（Serrana）地区的新弗里堡（Nova Friburgo）的Barrac?o dos Mendes流域（图1），海拔范围为1,000至2,500米。该地区的气候属于亚热带高地气候（K?ppen分类为Cwb），温度介于9°C至26°C之间，年平均降水量为1300至1600毫米（Chacon et al., 2016, Barbosa, 2019）。该地区的土壤类型为始成土（Inceptisols）和氧化土（Oxisols）
结果
与森林土壤相比，作物土壤的pH值、磷（P）和钾（K）含量显著更高。相比之下，森林土壤的可交换铝（exchangeable Al）、潜在酸度（H+Al）和有机质含量更高。钙（Ca）、镁（Mg）、总铝（total Al）、总铁（total Fe）、粘土含量（clay content）或海拔高度等方面没有显著差异。
dbRDA模型（图2A）具有显著性（置换检验，9,999次置换，p = 0.0042），调整前的土壤化学变量解释了54.6%的总群落变异（原始R2 = 0.546；调整后...
讨论
该研究区域以山区地形为主，土壤通常较浅且风化严重。在这种条件下，如果没有采取相应的管理措施，土壤往往表现出较高的酸度和较低的天然养分可用性，这可以解释为什么森林地区的肥力较低（Barbosa, 2018; Oliveira et al., 2021）。相比之下，农业区域已经经历了超过五年的集约化蔬菜种植...
结论
热带山区的集约化蔬菜种植显著改变了土壤的化学性质，并重塑了细菌群落。虽然α多样性保持稳定，但群落结构、优势菌类和共现模式发生了变化。在森林和作物土壤中，专性细菌类群占优势，但不同环境中的细菌门类有所不同。值得注意的是，集约化耕作简化了微生物网络，降低了其复杂性， reflected by lower average degree (4.29...
作者贡献声明
Gustavo Souza Lima Sant'Anna：撰稿 – 审稿与编辑，原创草稿撰写，形式分析。Diogo Paes da Costa：撰稿 – 审稿与编辑，形式分析。Julia Ferreira Xavier：撰稿 – 审稿与编辑，原创草稿撰写，形式分析。Irene da Silva Coelho：撰稿 – 审稿与编辑，原创草稿撰写，监督，研究设计，概念化。Daniele Rodrigues Barbosa：撰稿 – 审稿与编辑，方法学研究。Maura Santos Reis de Andrade da Silva：撰稿...
未引用文献
Attum et al., 2006; Brasil, 2012; Cardinael et al., 2017; de Oliveira et al., 2021; Kennedy and Stubbs, 2006; Kneitel, 2018; Lavelle, 2000; Netto et al., 2016; Nurmi and Parvinen, 2008; Parvinen and Egas, 2004; Sant’Anna et al., 2024.
利益冲突
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
巴西高等教育人员培训协调委员会（CAPES，财务代码001）以及里约热内卢州卡洛斯·查加斯·菲略研究资助基金会（FAPERJ，项目编号SEI: E-26/205.892/2022）提供了支持。
Gustavo Souza Lima Sant'Anna|Diogo Paes da Costa|Julia Ferreira Xavier|Daniele Rodrigues Barbosa|Maura Santos Reis de Andrade da Silva|Everaldo Zonta|Nelson Moura Brasil do Amaral Sobrinho|Irene da Silva Coelho
