生态修复背景对巴西半干旱地区沙漠化热点区域土壤细菌和真菌群落的影响

《Journal of Environmental Management》：Restoration contexts shape the bacterial and fungal soil communities in desertification hotspots in the Brazilian semiarid region

【字体：大中小】 时间：2026年08月31日 来源：Journal of Environmental Management 9.2

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　　摘要巴西半干旱地区的荒漠化已损害了生态系统功能，影响了土壤微生物的多样性。因此，已实施了修复策略，旨在缓解其负面影响。然而，关于这些策略对土壤微生物群落的影响知之甚少。在本研究中，我们假设两种修复背景将促进土壤微生物群落恢复的不同轨迹。我们评估了36个从巴西半干旱地区两个荒漠

摘要

巴西半干旱地区的荒漠化已损害了生态系统功能，影响了土壤微生物的多样性。因此，已实施了修复策略，旨在缓解其负面影响。然而，关于这些策略对土壤微生物群落的影响知之甚少。在本研究中，我们假设两种修复背景将促进土壤微生物群落恢复的不同轨迹。我们评估了36个从巴西半干旱地区两个荒漠化热点采集的土壤样本，代表了主动（吉尔布埃斯）和被动（伊劳苏巴）修复背景。提取土壤DNA并进行16S和ITS扩增子测序，分别表征细菌和真菌群落。使用α多样性指标、冗余分析（RDA）和PERMANOVA评估群落差异。结果表明，在吉尔布埃斯（主动修复）中，荒漠化和修复条件下的土壤细菌和真菌群落组成存在差异。在伊劳苏巴（被动修复）中，仅原生土壤与荒漠化和修复条件下的土壤存在差异。变形菌门、放线菌门和厚壁菌门（细菌），以及子囊菌门和担子菌门（真菌），是两个热点中的优势门。在每个修复背景下，细菌和真菌群落展示了原生、退化和修复土壤之间不同的分类学模式。生态位占据模式在两种修复背景之间也存在差异。总之，这两个热点遵循了不同的微生物恢复轨迹，证明了修复响应是背景依赖的，并根据微生物群体的不同而有所变化，而不是支持某种修复策略普遍优于另一种。

引言

由于生态系统脆弱、人为压力和气候变化，干旱和半干旱地区的荒漠化正在加剧（Li等，2025）。目前，全球约60%的干旱和半干旱地区受荒漠化影响（联合国，2026）。在巴西，半干旱地区由于土壤脆弱和自然再生能力有限，尤其容易受到荒漠化的影响（Sampaio，1995）。在该地区，荒漠化主要由森林砍伐、刀耕火种农业和过度放牧（Maia等，2025）驱动，导致植被覆盖度、土壤有机质和土壤生物多样性的减少（Araujo等，2013）。

然而，不同的荒漠化过程，如森林砍伐和过度放牧，在巴西半干旱地区对植被和土壤特性产生了不同的影响（Araujo等，2013；Pereira等，2022）。例如，森林砍伐严重暴露了土壤表面，增加了侵蚀和土壤有机质的丧失（Araujo等，2013）。相反，过度放牧减少了原生植被覆盖度并增加了土壤压实（Oliveira Filho等，2019）。因此，修复策略可能因退化过程的不同而有所差异，特别是主动修复与被动修复策略（Chazdon等，2024）之间。在因过度放牧而荒漠化的地区，被动修复通常基于通过排除放牧来促进植被和土壤过程的自然再生（McIver和Starr，2001）。相比之下，因森林砍伐而退化的地区通常需要涉及工程干预和农业实践的主动修复策略，包括梯田建设、施肥和绿肥（Lal，2015）。尽管两种修复策略的应用日益增加，但关于它们对土壤微生物群落的比较影响知之甚少。

这一空白尤为重要，因为土壤微生物群落，尤其是细菌和真菌，对养分循环、土壤结构维持和植物建立至关重要（Iqbal等，2025），这些都是干旱区的关键过程。在生态系统修复期间，这些微生物有助于土壤有机质的形成、土壤肥力和团聚，以及促进植被建立（Coban等，2022）。因此，微生物丰富度和多样性的增加，以及群落组成向更具功能性和稳定性的方向转变，可能加速生态系统的恢复。然而，以往研究报告了微生物群落对修复策略的不一致响应。主动修复通常通过土壤改良、植被恢复和工程实践等干预措施促进土壤特性和细菌多样性的更快改善（Araujo等，2014；Li等，2026），而被动修复依赖自然演替，往往导致较慢但可能更稳定的生态系统恢复（Prach和del Moral，2015）。然而，细菌和真菌群落并不总是做出类似的响应。例如，Robinson等（2025）观察到，在加里曼丹被砍伐的森林中，细菌多样性在主动修复下得以恢复，而真菌群落未显示出明显的恢复。此外，主动修复的森林与老龄林共享的微生物类群比自然再生的森林更少。

虽然主动和被动修复越来越多地用于逆转干旱区的生态系统退化，但它们对细菌和真菌群落组建的比较影响仍知之甚少，尤其是在不同的荒漠化驱动因素下。以往的大多数研究评估了单一的修复策略，或主要关注植被和土壤物理化学特性，而对跨修复背景的微生物响应直接比较则十分罕见。此外，关于不同的修复方法是否促进相似的微生物恢复轨迹、富集不同的微生物类群，或通过不同的组建过程改变生态位，仍知之甚少。回答这些问题至关重要，因为微生物群落的重新组建代表了超越地上植被响应的生态系统恢复的基本指标。

在本研究中，我们评估了两个使用不同长期管理策略进行修复的对比性荒漠化过程。在吉尔布埃斯，基于梯田建设和绿肥的主动修复已实施了二十多年（Pereira等，2022）。在伊劳苏巴，通过排除放牧的被动修复已在同期实施（Pereira等，2021）。鉴于这些对比性的修复背景，我们假设细菌和真菌群落将遵循不同的恢复轨迹，这反映在群落组成、分类学富集和生态位占据模式的差异上。为了检验这一假设，我们评估了两个地区荒漠化和修复条件下土壤的细菌和真菌群落，旨在确定土壤微生物群落的组建如何在巴西半干旱地区的两种修复背景之间有所不同。

各章节摘录

研究地点

研究在巴西东北部的两个半干旱地区进行：吉亚伊州的吉尔布埃斯（9° 49′ 55″ S，45° 20′ 38″ W）和塞阿拉的伊劳苏巴（3° 44′ 45″ S，39° 46′ 58″ W）（图1）。这两个地区都被认为是巴西对抗荒漠化的优先区域，在过去三十年中经历了严重的土地退化，尽管它们由不同的退化过程驱动。两个地区的气候均为半干旱，以明显的干季为特征

细菌群落的响应

两种修复背景在退化区域相对的土壤细菌群落结构、多样性和组成方面表现出不同的响应。在吉尔布埃斯（主动修复）中，修复土壤倾向于更接近原生土壤，而在伊劳苏巴（被动修复）中，修复土壤仍与退化土壤更为相似（图2）。在吉尔布埃斯中，冗余分析（RDA）解释了27.8%的变异，其中RDA1（17.9%）和RDA2（9.9%）解释了这些变异。该

细菌群落在两种修复背景下呈现出不同模式

本研究结果表明，所评估的两种修复背景（吉尔布埃斯和伊劳苏巴）遵循了不同的土壤微生物组恢复模式。这些修复背景不仅在修复方法上有所不同，而且退化历史也不同。吉尔布埃斯历史上受到森林砍伐、刀耕火种农业和严重土壤侵蚀的影响，而伊劳苏巴主要受到长期过度放牧的退化。这些对比性的退化过程改变了土壤

结论

本研究显示，巴西半干旱地区的荒漠化与土壤细菌和真菌群落的组成、多样性和生态位占据模式的变化相关。所评估的两种修复背景展示了不同的微生物群落重组模式。在吉尔布埃斯中，修复土壤与原生土壤表现出更大的组成相似性，而在伊劳苏巴中，修复土壤仍与退化土壤更为相似。这些对比性响应反映了综合性的

CRediT作者贡献声明

拉丽莎·马塞勒·德·保罗·巴博萨：写作–初稿，调查研究。达维拉·埃斯梅琳达·奥利维拉·席尔瓦：写作–初稿，调查研究。萨布丽娜·埃尔梅林多·文图拉：写作–初稿，调查研究。马扬娜·卡尔拉·利马·科斯塔：写作–初稿，调查研究。桑德拉·马拉·巴博萨·罗沙：写作–初稿，调查研究。乔伊斯·费雷拉·博尔赫斯：写作–初稿，调查研究。罗马里奥·马丁斯·科斯塔：写作–初稿，调查研究。埃里卡·瓦伦特·德·

利益冲突声明

作者声明他们不存在已知的竞争性财务利益或个人关系，这些可能影响到本论文所报告的工作。

致谢

我们感谢卡廷加微生物组倡议（CMI）和国家科学与技术开发委员会（CNPq）。A.S.F.A.感谢CNPq（资助301755/2022-1；442149/2024-7；401184/2024-2）。本研究部分由"高等教育人员培训协调局"（CAPES/巴西）资助–财务代码001。L.M.P.B.和D.E.O.S.由CAPES（代码001）资助。E.V.M.、A.P.A.P.、L.W.M.、A.S.F.A.感谢CNPq为其研究生产力奖学金。D.E.O.S.

土壤微生物生态学组，皮奥伊联邦大学，巴西皮奥伊州特雷济纳

摘要

引言