不同木质素含量荒漠植物凋落物对土壤微生物群落功能多样性的影响研究

来自以色列的研究人员为探究不同木质素含量荒漠植物凋落物对微生物群落功能多样性的影响及季节效应展开研究，虽未提及具体结果，但该研究对理解荒漠生态系统意义重大。

　　在沙漠生态系统中，土壤生物群落的微生物群落活性、密度和多样性往往难以预测。以往研究认为沙漠系统受 “不可预测的水分输入” 控制，且主要聚焦于植物群落组成方面的年总生产力。土壤生物常面临水分可利用性的剧烈变化，这是一个生理胁迫因素，它与有机质可利用性、底物（食物）可利用性的变化共同决定了土壤生物的活性、组成和多样性。

凋落物分解是死亡植物材料的物理和化学分解过程，是生态系统的关键环节。它为微生物生长提供能量，释放养分供植物生长，还影响生态系统的碳储存，在土壤有机质形成、有机养分矿化和陆地生态系统碳平衡中起着至关重要的作用。许多因素影响植物凋落物分解，包括非生物因素（如温度、湿度）、生物因素（如分解者群落组成）以及凋落物质量。除了非生物因素，土壤微生物在分解过程中也发挥着重要作用，细菌和真菌在驱动土壤养分循环中意义重大，约负责 90% 的有机质分解。

为评估凋落物分解过程中微生物群落的结构和组成，研究人员开发并运用了多种技术。主要有两种方法，一种是 “功能水平研究”，通过测定微生物群体利用土壤中多糖和蛋白质等多种底物的能力，来了解土壤微生物群体的生理特征，比如利用 microRespTM 方法，通过氯量法在 590nm 波长下检测二氧化碳排放变化，快速评估土壤样品的分解代谢特征。另一种是 “基因评估”，利用细菌 16S 核糖体 rRNA 基因和真菌 ITS1 区域对微生物群落进行表征。16S rRNA 因其信息含量高、保守性强且普遍存在，在基因研究中很有用；核核糖体重复单元的内部转录间隔区（ITS）进化速率高且具有物种特异性，每个细胞中 ITS 拷贝数多，适合用于土壤样品这种初始 DNA 含量低的测序底物。

此前有研究强调了凋落物来源的化学和物理特性对分解速率的重要性，底物质量（与其他叶片成分相比降解性较低）是决定可分解性的主要因素之一。本研究旨在探究来自两种木质素含量不同的植物的凋落物在分解过程中，土壤和植物凋落物中微生物群体功能多样性在功能和基因水平上的变化，以及季节变化对土壤中有机质分解过程中土壤微生物群落功能多样性的影响。研究人员提出了四个假设：一是与远离凋落物的对照土壤样品相比，凋落物分解会增加凋落物周围土壤中的有机质含量；二是木质素含量较高的凋落物周围土壤中的微生物群落功能多样性，相较于木质素含量较低的植物凋落物，分解更慢，进而影响微生物群落组成和多样性；三是冬季的湿润事件会增加微生物生物量和多样性；四是随着碳源难降解性的增加，功能冗余可能会降低。

为验证这些假设，研究人员选择了内盖夫沙漠地区两种常见的一年生植物：野燕麦（Avena wiestii）和羽叶节果决明（Reboudia pinnata），它们的木质素含量差异显著，野燕麦木质素含量为 35.8%，羽叶节果决明木质素含量为 45.9%。由于这两种植物木质素含量差异较大，预计在分解过程和微生物群落方面会有明显不同。

研究地点位于以色列内盖夫沙漠的 M. Evenari 径流研究农场（30°47′N，34°46′E），海拔 600 米，多年平均降雨量为 90 毫米，雨季通常从 10 月开始至次年 4 月下旬结束，大部分降雨集中在 12 月至 2 月的分散阵雨中。此外，露水沉积也是一种水分来源，每年约 35 毫米，主要集中在 210 个夜晚。

研究发现，季节和采样地点（样品来源）对土壤含水量有显著影响（p < 0.0001），土壤含水量在夏季（T0 和 T347）低至 1.7 ± 0.1% ，在冬季（第 245 天）高达 5.43 ± 0.49%。时间、样品以及它们之间的相互作用也对土壤含水量有显著影响（p < 0.0001）。凋落物及其周围土壤的含水量同样有显著影响（p < 0.05）。

土壤生物群落成分在所有生态系统中都起着关键作用，它们调节着许多对生态系统功能至关重要的生态过程。分解过程是其中一项重要功能，从时间尺度上调节着土壤生物多样性以及不同群落之间的营养相互作用。输入土壤的植物凋落物，因其化学成分不同，分解情况也会有所差异。

本研究数据已存入 NCBI SRA（序列读取档案）数据库，登录号为 PRJNA857337。该研究未获得任何资金支持。研究人员声明，Y. Steinberger 与以色列巴伊兰大学米娜和埃弗拉德?古德曼生命科学学院存在雇佣关系，除此之外无其他利益冲突。研究人员感谢 Yael Laure 在评论和稿件提交准备方面提供的帮助。