《Environmental Technology & Innovation》：Tamarix chinensis Lour. Cultivation Drives Microbial Succession and Network Reconfiguration in Saline-Alkali Soil Restoration
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本研究针对盐碱地生态修复中微生物长期响应机制不明的关键问题，系统揭示了柽柳（Tamarix chinensis Lour.）种植5年、10年及20年后土壤理化性质、酶活性及微生物群落结构的动态变化。结果表明，长期种植可显著降低土壤总盐含量（TSS）83.7%和电导率（EC）82.9%，提升有机质（OM）103.7%、速效磷（AP）986.8%和碱解氮（HN）127.6%；微生物α多样性呈先升后降趋势，β多样性显著分化，且20年种植期形成更复杂稳定的微生物共现网络（节点数、边数、网络密度均达峰值）。研究明确了“10年关键重组期”和“20年功能稳定期”的微生物演替规律，为盐碱地生态修复的时序管理提供了理论依据。
在全球范围内，土壤盐渍化与碱化正以每年数十万公顷的速度吞噬着宝贵的耕地资源，成为威胁生态安全与粮食安全的“隐形杀手”。中国作为受盐碱化危害最严重的国家之一，拥有约9.9×107公顷盐碱地，其治理迫在眉睫。传统的化学与工程改良法虽技术成熟，却常伴随成本高昂、二次盐渍化风险大、生态效益有限等弊端。因此，发展资源节约、环境友好的生物修复策略，尤其是利用耐盐植物进行生态修复，已成为当前研究的热点与难点。
柽柳（Tamarix chinensis Lour.）作为一种典型的盐生木本植物，凭借其强大的耐盐碱与抗旱能力，被视为盐碱地生态修复的“先锋物种”。它不仅能通过根系直接吸收盐离子，还能通过盐腺排出多余盐分，从而有效降低土壤盐分。然而，现有的研究多聚焦于短期（<5年）的盐分动态变化，对于长期种植下土壤微生物群落如何响应、其结构与功能如何随时间演替、以及微生物网络如何重构等关键科学问题，仍缺乏系统性的认知。这一知识缺口不仅限制了对柽柳修复长期生态效应的理解，也阻碍了基于微生物调控的修复时序管理策略的优化。
为了填补这一研究空白，来自河北科技大学环境科学与工程学院的研究团队，在中国科学院盐碱地资源高效利用试验基地，选取了连续种植柽柳5年（CL5Y）、10年（CL10Y）和20年（CL20Y）的样地，并以未种植荒地（HD）作为对照，开展了一项深入系统的研究。该研究旨在阐明长期修复背景下，柽柳根际微生物生态系统的演替轨迹与驱动机制，相关成果发表于《Environmental Technology》期刊。
研究人员综合运用了土壤理化性质分析（测定pH、EC、TSS、OM、TN、TP、TK、HN、AP、AK等）、土壤酶活性检测（测定蔗糖酶SUC、过氧化氢酶CAT、碱性磷酸酶ALP、脲酶URE）、以及高通量测序技术（针对细菌16S rRNA基因V3-V4区和真菌ITS区）。通过对测序数据进行Amplicon Sequence Variants (ASV)分析、α/β多样性计算、群落结构解析、功能预测（使用FAPROTAX和FUNGuild工具）、微生物共现网络构建、β-最近分类单元指数（βNTI）分析以及偏最小二乘路径模型（PLS-PM）分析，全面揭示了柽柳种植年限对土壤生态系统的影响。
3.1. 不同种植年限柽柳林下土壤理化性质的时序变化
研究结果显示，柽柳林的建立对盐碱土壤产生了显著的改良效应。土壤盐碱指标（TSS、EC、pH）随种植年限增加呈持续下降趋势，而土壤养分指标（SOM、TN、TP、TK、HN、AP、AK）则相应增加。其中，种植20年的柽柳林（CL20Y）改良效果最为显著：TSS、EC和pH分别显著降低了83.70%、82.92%和5.00%，同时OM、TN、TP、TK、HN等七项养分指标均显著提升。这表明柽柳种植能有效抑制土壤盐碱化，且长期种植的改良效果更强。
3.2. 不同种植年限柽柳土壤酶活性分析
土壤酶活性作为土壤微生物功能能力和生态系统健康的关键生化指标，对柽柳种植响应显著。碱性磷酸酶（ALP）活性随种植年限显著增加，CL5Y、CL10Y、CL20Y较HD分别提高了123.8%、95.7%和500.3%。蔗糖酶（SUC）和脲酶（URE）活性在CL20Y也显著高于对照。而过氧化氢酶（CAT）活性则呈下降趋势。这些变化表明长期柽柳种植增强了土壤磷、碳、氮循环能力，同时土壤氧化应激水平降低。
3.3. 不同林龄柽柳林土壤微生物群落多样性
α多样性分析表明，柽柳种植显著改变了土壤细菌群落的结构。细菌物种丰富度（ACE指数）和多样性（Shannon指数）均发生显著变化。种植5年后，细菌丰富度和多样性较HD显著降低，但随着种植年限延长（10年、20年），两者均显著增加并超过对照。真菌群落的α多样性也呈现显著的时序演替 pattern。主坐标分析（PCoA）显示，种植年限是驱动土壤细菌和真菌群落结构发生显著变化的主要环境因子。经过20年种植，盐碱地土壤微生物群落发生了显著的迁移和重建。
3.4. 不同种植年限柽柳下土壤微生物群落结构差异
3.4.1. 细菌群落结构
在门水平上，变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteriota）和拟杆菌门（Bacteroidota）是优势菌门。柽柳种植显著改变了群落组成，硝化螺旋菌门（Nitrospirota）、Patescibacteria、粘球菌门（Myxococcota）和酸杆菌门（Acidobacteriota）等显著增加。属水平上也观察到显著变化。
3.4.2. 真菌群落结构
柽柳种植显著改变了真菌门水平群落结构。罗兹菌门（Rozellomycota）在早期（CL5Y）丰度显著增加成为优势门，后期则急剧下降。子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）先降后升。在属水平上，CL20Y阶段，被孢霉属（Mortierella）和漏斗孢菌属（Funneliformis）相对丰度显著增加成为优势属。
3.4.3. 土壤微生物群落功能预测分析
细菌功能预测显示，CL5Y阶段硝酸盐还原等功能增强；CL10Y阶段发酵和光养作用增强；CL20Y阶段化学异养、好氧化学异养和几丁质分解等功能活性达到最高。真菌功能分析表明，荒地土壤丛枝菌根真菌（AMF）功能丰度较高，种植后其丰度在CL5Y和CL10Y显著下降，而内生真菌和地衣寄生菌丰度增加；CL20Y阶段AMF丰度回升，木质腐生菌和植物腐生菌之间的功能协同性增强。
3.4.4. 土壤微生物群落生态网络分析
对前200个优势细菌和真菌属进行网络分析发现，柽柳对盐碱地微生物共现网络的调控具有明显的时序动态。网络节点数、边数、网络密度和平均度均随种植年限延长而逐步增加。CL20Y阶段，微生物网络演变为高度复杂稳定的构型，模块性和正相关比例均高于5年和10年阶段，细菌/真菌比例达到平衡（1:1）。
3.4.5. 不同种植年限柽柳下土壤微生物群落生态网络的稳定性
βNTI分析表明，确定性过程主导了盐碱环境中细菌和真菌群落的生态组装。与HD相比，柽柳种植年限越长，βNTI值越负，表明柽柳根系活动通过改变土壤微环境加强了确定性选择。生态过程分析进一步揭示，种植柽柳后，土壤微生物群落向结构更稳定的方向转变。网络鲁棒性分析显示，CL5Y、CL10Y、CL20Y的微生物网络鲁棒性较HD分别提高了8.06%、38.86%和57.82%，表明柽柳种植显著增强了微生物群落抵抗环境干扰的能力。
3.4.6. 不同柽柳种植年限的结构方程模型
通过结构方程模型（SEM）量化了多级联效应路径。种植年限是生态系统演替的核心外源驱动因子，对土壤盐碱胁迫具有极强的直接负效应。同时，种植年限通过直接和间接途径协同调控微生物群落结构的优化，并显著增强微生物共现网络的复杂性和稳定性。在决定最终土壤质量的响应网络中，盐碱胁迫是主要的抑制因子，而土壤微生物相互作用网络则表现出最强的直接正效应，是土壤质量改善最关键的生物驱动因子。
本研究通过长期定位试验，揭示了柽柳驱动盐碱地生态修复的微生物机制。研究发现，长期柽柳种植不仅能有效降低土壤盐分、促进养分积累，还能驱动土壤微生物群落发生有序的时序演替，最终形成结构复杂、功能协调、稳定性高的微生物共现网络。研究明确了“10年关键重组期”和“20年功能稳定期”的微生物演替规律，验证了植物-微生物协同驱动的“盐分消减-养分活化”双轨修复模式。这一发现为理解盐碱地生物修复的长期生态效应提供了新的视角，也为基于微生物群落调控的盐碱地生态修复时序管理策略的制定提供了坚实的科学依据。该研究强调，在未来的盐碱地治理中，应充分考虑植物-微生物互作的长期动态，通过调控关键微生物类群和网络结构，有望实现盐碱地生态系统健康与可持续性的全面提升。
