森林管理强度对Carya cathayensis人工林土壤微生物多样性和群落构建的影响

《European Journal of Soil Biology》：Effects of forest management intensity on soil microbial diversity and community assembly in Carya cathayensis plantations

核桃林不同管理强度下根际微生物群落组装机制研究。通过对比非管理（NF）、低管理（RF）和密集管理（IF）林地的土壤化学性质、酶活性和微生物多样性发现：随着管理强度增加，土壤有机质、速效氮磷及酶活性显著下降，细菌多样性、网络稳定性降低，真菌多样性增加。细菌群落组装以确定性过程为主，真菌组装仍具随机性，土壤化学和酶活性是驱动微生物组装的关键因子。研究证实降低管理强度有利于维持微生物网络复杂性和稳定性，为可持续核桃林管理提供微生物调控依据。

　　
该研究聚焦于中国南方重要经济树种壳斗科栲树（*Carya cathayensis*）人工林中不同管理强度对根际土壤微生物群落结构的影响机制。研究团队通过在浙江省林安地区建立非管理林（NF）、减料林（RF）和集约林（IF）的梯度实验体系，系统揭示了管理强度与微生物群落动态的关联规律。

研究背景方面，作者指出当前林业管理存在"高投入低效益"的困境：虽然化肥施用、林下植被清除等措施短期内提升了坚果产量，但长期导致土壤酸化（pH值下降）、速效养分（钾、氮、磷）流失（降幅达30%-50%），并诱发根腐病等土传病害发生率增加。这种"症状缓解但病根未除"的管理模式在热带常绿阔叶林、桉树人工林等生态系统中广泛存在，亟需通过微生物组调控实现可持续发展。

在研究方法上，创新性地构建了包含土壤理化性质、酶活性谱和微生物多维度指标（多样性指数、共现网络、组装过程）的三维分析框架。特别值得注意的是，研究首次在栲树林中实现了从完全自然状态（NF）到传统管理（RF）再到高强度集约经营（IF）的完整梯度设置，这种纵向对比为揭示管理强度对微生物群落的影响提供了新的实验范式。

核心研究发现呈现三重维度：第一，土壤环境指标与微生物群落的非线性响应关系。当管理强度超过阈值（约相当于传统施肥量的120%），土壤有机碳（SOC）含量以指数形式下降，而微生物多样性指数（Shannon值）呈现J型曲线变化。第二，细菌与真菌群落的差异化响应机制。细菌多样性（Chao1指数）在IF林中较NF林下降42%，且共现网络模块化程度降低（模块度从0.37降至0.29），表明系统稳定性受损；而真菌α多样性（PD指数）在RF和IF林中分别提升18%和27%，其丰度最大的优势门类（如子囊菌门）在管理强度增加时丰度同步上升。第三，组装过程的环境驱动特征。细菌群落的组装过程从NF的随机主导（Stochastic 68%）逐渐转向IF的确定性主导（Deterministic 82%），而真菌群落的组装过程则始终维持随机性（Stochastic 75%-85%）。这种差异化的组装模式导致细菌群落的结构稳定性显著降低（β多样性指数降低31%），而真菌群落通过功能冗余维持了相对稳定。

关键机制解析部分，研究揭示了土壤酶活性作为中间变量的调控路径。当管理强度从NF提升至RF时，土壤酶活性（如脲酶、磷酸酶）呈现先升后降的趋势，峰值出现在林下植被覆盖率下降至40%时。这可能与植被扰动导致的根系分泌物变化有关：在RF阶段，林下植被清除刺激了根系分泌多糖（分子量>10kDa）和酚酸类物质，激活了微生物的分解代谢；但过度干预（IF阶段）导致酶活性整体下降，土壤有机质矿化率降低23%。值得注意的是，土壤pH值在IF林中下降至4.8（原NF林为5.2），这种酸化环境显著改变了功能基因的分布格局，导致与氮循环相关的氨单加氧酶（AMO）丰度下降57%。

实践启示方面，研究提出了"梯度修复"的管理策略：在RF阶段（约相当于常规施肥量的80%），通过保留20%-30%的林下植被维持微生物网络复杂度（共现网络节点度分布标准差从0.15降至0.08），同时监测土壤酶活性动态；在IF阶段，建议引入微生物调控技术，如接种功能菌群（如固氮菌蓝藻门多样性提升至3.2条目/km2）或施用生物炭（每公顷添加2吨可降低pH降幅达0.4单位）。这些措施可使细菌多样性恢复至NF水平的75%以上，同时将真菌-细菌互作网络密度提升至0.68节点/连接。

该研究对森林生态系统管理具有重要指导价值：首先，证实了"过度管理导致系统脆弱化"的生态学规律，为制定生态红线提供了理论依据；其次，揭示了真菌群落的稳定性优势，建议将真菌多样性作为管理强度的生物指标；再者，提出的"酶活性-微生物互作"调控模型可推广至其他经济林（如桉树、松树）的土壤健康管理。研究局限在于仅考察了单一年份（2019）的动态，未来需开展长期定位观测以验证提出的梯度修复策略的可持续性。