降雨调控细菌和真菌群落对土壤中萘污染的差异性响应

《Applied Soil Ecology》：Rainfall modulates the divergent responses of bacterial and fungal communities to naphthalene contamination in soil

　　**摘要**土壤中萘的环境行为与生态效应受到水分条件的强烈调控。然而，不同降雨情景对土壤微生物群落结构和功能的综合影响尚不明确。本研究通过设置四种降水保证率（25%、50%、75%和90%）的模拟实验，研究了降雨量对土壤萘浓度、土壤理化性质、酶活性及微生物群落的影响。结果表明，降雨显著影响了萘在土壤中的含量与迁移。在污染源区域，高降雨量（对应较低降水保证率）下土壤氧化还原电位（ORP）显著降低，这与耗氧及潜在的厌氧转化过程密切相关。污染源的土壤酶活性受到显著抑制，尤其在低降雨情景下，表明存在功能干扰。细菌群落（如*Pseudomonas*、*Sphingomonas*）显示出与烃类转化相关的潜在类群的显著富集，在污染胁迫下表现为烃类降解功能类群的富集；而真菌群落（如*Neocosmospora*）的组成变化速度较细菌群落更慢，并以耐胁迫类群为主导，表明其在污染胁迫下可能发挥群落持续性的作用。共现网络分析表明，核心降解菌属（如*Arthrobacter*）是维持群落结构和功能的关键节点。值得注意的是，细菌和真菌表现出根本不同的响应策略：细菌采取快速、特异化策略，以多种功能降解菌的富集为特征；真菌则遵循缓慢、主导型策略，由少数耐胁迫广适性类群驱动。本研究为严重萘污染源的降雨调控微生物响应提供了机制性见解，并为高污染情景下的风险评估和修复管理提供了参考。**引言**多环芳烃（PAHs）是广泛存在的持久性有机污染物，易在土壤中富集，环境中超过90%的PAHs总量存在于土壤相中（Li等，2012；Wang等，2019）。作为结构最简单的多环芳烃，萘具有低分子量、高挥发性和高水溶性等特征（Barhoumi等，2019）。它在全球河流系统和沿海地下水环境中频繁被检出，并被中国和列为水环境优先控制污染物（Falih等，2024）。萘在土壤中的环境归趋，如迁移、挥发和降解，受非生物和生物过程共同控制，这些过程决定了其环境风险及修复策略的有效性（Jafarabadi等，2020）。土壤水分在很大程度上由降雨量决定，是调控萘理化行为和土壤微生物代谢活性的关键环境因子（Li等，2024；Rakhmatulina等，2021）。在众多环境变量中，降雨量因其田间时空变异性远超温度、pH或有机质含量而被视为主要驱动因子，它直接控制水分通量、溶质活化及电子受体的补给（Cao等，2023；Qi等，2023）。降雨量决定了土壤水分输入的规模，进而改变孔隙水饱和度、气体扩散率和土壤孔隙结构（Moyano等，2013）。这些物理变化调控电子受体（如O?和NO??）的可用性，引起土壤氧化还原电位（ORP）的变化，从而影响萘降解的热力学可行性和主导途径（Kim和Pfaender，2005）。同时，降雨后的水文变化可促进PAHs从土壤颗粒脱附进入水相，显著增强其迁移性和生物有效性（Cao等，2023；Qi等，2023）。以往关于PAHs对土壤微生物影响的研究主要集中在浓度与群落的相关性（Biache等，2017）或特定降解菌的分离与功能表征（Xiao等，2025）上，且多在恒定实验室条件下进行，从而忽视了土壤水分这一关键环境驱动因子的自然波动。相比之下，降雨量通过控制水分输入、孔隙饱和度、氧化还原电位和溶质迁移，作为主控变量定义了萘生物降解的微生物生态位。然而，尽管存在这种明确的机制联系，不同降雨量与萘污染对土壤微生物群落构建和功能的综合影响仍未被探索。降水保证率定义为给定时段内降水量达到或超过某一阈值的概率，可作为不同降雨情景下水分可利用性梯度的替代指标（Zhu，2019）。本研究探讨了不同降雨量如何调控土壤微生物群落对萘污染的响应。具体目标包括：表征不同降雨制度下土壤中萘浓度的时间动态变化，评估降雨量对土壤细菌和真菌群落结构的影响，以及通过探索土壤性质、萘污染、降雨强度和微生物群落组成之间的关系来识别微生物群落构建的关键驱动因子。本研究旨在探讨不同降雨情景如何调控萘的空间分布及相关的土壤微生物响应。该工作阐明了降雨变异性与萘污染对土壤微生物群落的交互影响，为预测变化水文制度下的生态风险及制定生物修复策略提供了科学依据。**章节片段****土壤与萘污染样品**研究区域位于中国江西省鹰潭市白塔河沿岸区域（东经117°9′33.71″，北纬27°55′2.71″）。采样点距白塔河约0.3 km，毗邻一家化工厂，该区域土壤中萘浓度约为15,900 mg/kg。研究区域的年均降雨量为1839.1 mm。在实地调查污染区后，选取未污染的本地区土壤用于后续……**降雨影响萘的分布**本实验中，在L3位置引入局部污染源，其名义浓度基于实测场地源区浓度，而周围土壤基质初始无萘。因此，六周后测得的浓度代表降雨模拟后萘的残留分布，而非完整的物质平衡评估。六周降雨模拟后萘的残留分布如……**结论**本研究考察了局部萘污染土壤模拟系统中降雨模拟后萘的分布及其相关的土壤理化、酶活性和微生物群落响应。不同降雨情景与土壤水分、ORP、萘残留分布及细菌和真菌群落组成的变化相关。细菌群落表现出较强的组成变化和若干此前与……**作者贡献声明****赵云涛：** 初稿撰写、方法学、调查研究、形式分析、数据整理。**张 duo：** 初稿撰写、方法学、调查研究、形式分析、数据整理。**王鑫：** 资源。**崔勇：** 资源。**郭莹：** 监督指导。**苏威：** 监督指导。**洪辰：** 审阅与编辑。**李文信：** 监督指导。**林梦挽：** 审阅与编辑。**陈艺翔：** 审阅与编辑。**阎海波：** 审阅与编辑。**陈佳玉：** 资源。**幸怡：****利益冲突声明**作者声明不存在已知的可能影响本论文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。**致谢**作者感谢**国家重点研发计划**（2023YFC3706700、2023YFC3707801）、**国家自然科学基金**（42177359）、**国家场地修复工程技术研究中心开放基金**（NEL-SRT201907）及**河北省全职引进国家级高层次人才科研计划项目**（2024HBQZYCYX023）的资助。赵云涛 | 张 duo | 王鑫 | 崔勇 | 郭莹 | 苏威 | 洪辰 | 李文信 | 林梦挽 | 陈艺翔 | 阎海波 | 陈佳玉 | 幸怡 | 姜波北京科技大学能源与环境工程学院，北京，100083，中国