《Environmental Research》：Institutional Design of Ecological Compensation for Mining-Induced Resettlement under Water Pollution and Climate Variability: A Case Study of Mining-Affected Resettlement in Hubei, China
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坡位梯度显著影响茶种植园土壤理化性质、微生物群落特征及土壤多功能性（SMF）。中坡（MS）土壤有机碳、微生物生物量碳及酶活性最高，SMF达峰值0.76，而上坡（TS）SMF最低为-0.81。细菌多样性以MS最高，真菌多样性在坡脚（FS）最高。微生物群落结构及共现网络复杂度（细菌0.25-0.53，真菌0.31-0.73）与SMF及土壤pH、有机碳等密切相关，真菌和细菌群落组成是预测SMF的关键因子。
潘王|李美琴|周音音|苏丹|赵晨杰|刘伟|李兆辉|郭莎莎|孙沐芳
河南省信阳农林大学茶叶科学学院，河南省南豫地区茶叶综合利用重点实验室，中国信阳464000
摘要
坡位作为关键的地形因素，对陆地生态系统的多功能性有着显著影响。然而，土壤微生物组在驱动不同坡位土壤多功能性（SMF）方面的作用仍不甚明了。本研究探讨了坡位变化对土壤性质、微生物特征以及SMF的影响，同时分析了微生物指标与SMF之间的关系。结果表明，大多数土壤参数（如土壤有机碳、微生物生物量碳和β-1,4-葡萄糖苷酶活性）在中间坡位（MS）最高，是顶部坡位（TS）的1.77至1.90倍。SMF在MS处达到峰值（0.76），而在TS处最低（-0.81）。细菌的α多样性在MS处最高，而真菌多样性则在坡脚（FS）最高。不同坡位的微生物群落结构存在显著差异，并与SMF及多种土壤因素（如pH值和土壤有机碳）呈强相关性。共现网络分析显示，随着坡位的升高，细菌网络复杂性从0.53下降到0.25，而真菌网络复杂性则从0.31上升到0.73。随机森林分析表明，真菌和细菌群落组成是预测SMF的最重要微生物指标。总体而言，这些发现揭示了地形变化下坡位-微生物组动态对维持SMF的贡献，强调了基于微生物的土壤管理在山地景观中提升生态系统功能的作用。
引言
土壤是陆地生态系统的核心，其健康和多功能性对生态系统生产力、养分循环和可持续发展至关重要（Lehmann等，2020）。土壤多功能性（SMF）是指土壤同时执行多种生物地球化学过程的能力，是陆地生态系统服务的一个综合指标（Creamer等，2022；Manning等，2018）。微生物通过影响养分循环、凋落物分解和气候变化对SMF起着关键作用（Delgado-Baquerizo等，2016；Wagg等，2019）。因此，了解土壤微生物组的群落结构有助于揭示维持土壤系统功能的机制。
在山地生态系统中，地形是影响土壤功能变化的关键因素（Seibert等，2007；Wang等，2024b）。坡位影响水分分布、土壤侵蚀与沉积过程以及微气候，共同塑造了土壤物理化学性质、植被组成和资源可用性的梯度（Tu等，2018；Xiao等，2023）。这种由地形驱动的环境梯度不可避免地对土壤微生物群落的结构、多样性和种间相互作用产生深远影响（Tajik等，2020；Zhou等，2025），进而可能重塑SMF的空间格局。然而，关于不同坡位梯度上微生物群落与SMF之间关系的研究仍较为有限。
此外，先前的研究表明，不同的微生物群落特征对SMF的维持具有不同的贡献（Qiu等，2024；Xiao等，2024；Yang等，2023b）。Yang等（2023b）强调微生物多样性在SMF中起驱动作用，且细菌多样性比真菌多样性与SMF的关系更为密切。相反，Chen等（2022）认为，与简化的微生物多样性指标相比，微生物网络复杂性更能预测生态系统多功能性。因此，全面评估包括多样性、组成和网络在内的各种微生物特征对于阐明不同坡位下维持SMF的具体微生物特性至关重要。
作为典型的山地农业生态系统，茶园因其多种生态功能（包括土壤和水资源保护及生物多样性维持）而受到越来越多的关注（Liu等，2024）。本研究假设山地SMF在不同坡位之间存在差异，这些差异与土壤微生物动态有关。本研究的目标是：（1）阐明不同坡位上土壤物理化学性质和SMF的空间变化；（2）描述细菌和真菌多样性、组成及共现网络结构对坡位的响应；（3）量化关键微生物指标在驱动SMF中的相对重要性。我们的发现将加深对地形变化下微生物群落与SMF之间联系的理解，并为山区特定坡位的土壤管理提供科学依据。
研究地点和土壤采样
研究区域位于河南省信阳市一个地形复杂的茶园种植区（北纬31°95′，东经113°90′），这里是信阳毛尖茶的核心生产区之一。该地区属于亚热带季风气候，年平均气温为15.5°C，年降水量在1000毫米至1200毫米之间。该地区的土壤类型为Luvisols（WRB，2015），种植的茶树品种为信阳毛尖茶（Camellia sinensis L.）。
土壤性质和SMF的变化
不同坡位的土壤物理化学性质（SWC除外）、微生物生物量、胞外酶活性和SMF表现出显著差异（p < 0.05，表S1和图1）。具体而言，土壤pH值从FS的4.96降至TS的4.50（表S1）。SOC、TN、MBC、MBN和MBP的含量变化趋势相似，MS处的含量最高，TS处最低，下降比例分别为47.49%、48.85%、43.46%、34.88%和38.35%
坡位对土壤单一功能和SMF的影响
陆地生态系统功能通常涉及一系列土壤物理、化学和生物性质的相互作用（Bünemann等，2018）。地形引起的土壤功能变化是影响农业生态系统生产力和可持续性的关键因素之一（Mirghaed和Souri，2023；Shankhwar等，2020；Wang等，2024a），茶园也不例外。我们的研究发现，与养分循环相关的土壤生态系统功能受到坡位的影响
结论
通过对不同坡位茶园土壤的全面分析，我们的结果表明坡位对土壤性质、微生物群落和SMF有显著影响。具体而言，土壤养分（如SOC和TN）、微生物生物量（MBC、MBN和MBP）、胞外酶活性（如BG和NAG）以及SMF在不同坡位之间存在显著差异。中间坡位的多种土壤性质水平通常最高
作者贡献声明
孙沐芳：撰写——审稿与编辑、监督、资源管理、项目实施、资金筹集、数据分析。潘王：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、方法学设计、数据分析、数据整理、概念构建。李美琴：数据收集、数据分析。苏丹：数据收集、数据分析。周音音：数据收集、数据分析。刘伟：数据收集、数据分析。赵晨杰：
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了河南省“地方科技发展”中央指导基金（Z20241471119）、河南省现代农业产业体系信阳茶叶综合实验站（HARS-22-11-Z4）、大别山实验室重点研发项目（DMLP010）以及河南省科技项目（252102111038）的支持。作者对在研究过程中提供帮助的所有人员表示衷心的感谢。
