景观废弃物堆肥施用对土壤微生物群落及共现网络结构的影响

《Diversity》：Effects of Landscape Litter Compost Application on Soil Microbial Community and Co-Occurrence Network Structure

　　

城市绿化水平提升导致大量景观废弃物（landscape litter）产生，如何高效利用此类有机废弃物成为迫切问题。堆肥作为无害化有机废弃物处理手段可改善土壤环境，但其对土壤微生物群落的系统影响仍缺乏研究。研究人员在秦皇岛市团林林场开展试验，通过施用不同梯度堆肥并结合土壤性状测定与高通量测序，探究堆肥施用对土壤微生物群落的影响。结果表明，堆肥施用提高了速效磷（available phosphorus, AP）、速效钾（available potassium, AK）与微生物生物量，同时降低pH。堆肥显著改变β多样性并引起微生物群落组成变化；冗余分析（redundancy analysis, RDA）显示AP与pH是驱动群落变化的主要因子。此外，堆肥增加了共现网络节点数与平均连接度。综上，堆肥通过调节土壤环境驱动微生物群落改变，为景观废弃物资源化利用与堆肥管理提供理论基础。

研究背景方面，随着城市绿化改善与园林绿地扩张，枯枝、落叶与修剪物等景观废弃物大量季节性累积，传统焚烧与填埋存在资源浪费与环境负担；而化肥长期过量施用损害土壤健康。堆肥可将纤维素、木质素等有机质转化为稳定腐殖质，但关于景观废弃物堆肥施入后土壤微生物群落及共现网络重构的研究相对匮乏。为此，研究人员在河北秦皇岛团林林场（暖温带半湿润季风气候、沿海防护林体系，优势树种含Robinia pseudoacacia L.与Populus przewalskii Maxim.）采集自然落叶控温堆肥（初始C/N 25:1、含水率60%–70%、接种1%微生物菌剂，约1个月腐熟），设0（TA）、1500（TB）、4500（TC）、7500（TD）、15000（TE）kg ha^?1五个处理，每处理3个5 m×5 m样方，于2025年7月初、8月中、10月初取0–？表层混合土样，依托《Diversity》报道该项工作。研究核心结论是：景观废弃物堆肥通过提升AP、AK、土壤有机质（soil organic matter, SOM）与微生物生物量碳（microbial biomass carbon, MBC）/氮（MBN）、降低pH，重塑土壤资源环境，进而驱动细菌与真菌群落β多样性分离、优势门相对丰度调整及共现网络复杂化，其中AP与pH经RDA证实为关键环境因子。

关键技术方法上，研究人员建立五梯度堆肥田间样方队列（n=3/组，秦皇岛团林林场），按期采集混合土样并分储于?20 ℃、?80 ℃；采用电位法测pH，NaHCO₃浸提—钼锑抗比色测AP，NH₄OAc浸提—火焰光度计测AK，重铬酸钾外热氧化测SOM，氯仿熏蒸—K₂SO₄提取—MultiN/C3100测MBC/MBN，硫酸消解—连续流动分析测总氮（total nitrogen, TN）/总磷（total phosphorus, TP）与无机氮；用E.Z.N.A.试剂盒提取DNA，扩增细菌16S rRNA V3–V4区（338F/806R）与真菌ITS（ITS1F/ITS2R），按97%相似度聚OTU；基于vegan包算ACE/Shannon指数与Bray–Curtis PCoA，RDA关联OTU与环境因子，Spearman（|r|>0.80，p<0.05）建共现网络（igraph计算、Gephi可视化），双向ANOVA与PERMANOVA检验显著性。

研究结果部分，3.1节土壤理化性质变化表明，堆肥量增令pH下降，TC/TD/TE组7月与10月pH显著低于TA；AP、AK随量升，10月TD/TE显著最高；SOM夏末秋初抬升；TE组8月MBC/MBN显著最高；双向ANOVA显示除NH₄⁺外各指标受处理与时间交互显著。3.2节α多样性中细菌Shannon/ACE无显著响应，真菌ACE仅10月TE组显著降；PCoA与PERMANOVA显示堆肥处理较月份解释更多细菌/真菌β多样性变异，对照聚类紧密、施肥组离散。3.3节群落结构显示细菌Pseudomonadota主导不变，Actinomycetota降、Bacillota升；真菌Ascomycota升、Basidiomycota降；堆肥组特有OTU多于对照，稀有种相对丰度上升。3.4节RDA表明细菌与真菌均沿RDA1正轴与SOM、TN、TP、AP、AK正相关，负向为pH与NH₄⁺；AP解释率最高，pH次之。3.5节共现网络中细菌节点311–363、边2453–4691、平均度14.80–28.34，TE组最连通（331节点/4691边/平均度28.34），模块化降低；真菌网络较小（节点104–147），TE组亦最密（147节点/391边/平均度5.32）；正相关占优。

讨论部分指出，堆肥引入外源有机质致微酸化并释放AP/AK/SOM，优化微生物碳源与养分位，但α多样性未显著变，β多样性重组由优势与稀有种相对丰度再平衡实现；AP与pH经RDA确认为驱动主轴，pH筛选作用与养分供给共同定型群落。共现网络复杂化表现为边数与平均度升、模块化降、正关联占优，反映资源充裕下协同增强而非竞争加剧，且网络复杂性与α多样性非直接耦合。结论部分翻译如下：基于秦皇岛团林林场不同堆肥处理土壤微生物数据，本研究揭示堆肥施用改变土壤理化性质（升AP/AK/SOM/微生物生物量、降pH），对α多样性影响弱但重构细菌与真菌β多样性，RDA确认养分与pH为关键因子，共现网络节点与连接度增加、模块化减弱；景观废弃物堆肥整体改善土壤环境并推动微生物群落与网络互作适应外源有机质输入，为资源化与施用量管理提供理论支撑，未来需结合宏基因组与宏转录组深化功能机制解析。