在山地茶园生态系统中，土壤微生物组驱动了不同坡位土壤的多功能性

《Environmental Research》：Soil microbiome drives soil multifunctionality across slope positions in a mountain tea plantation ecosystem

坡位梯度对茶园土壤理化性质及微生物群落结构的影响表明，中坡位置（MS）土壤有机碳、微生物生物量及酶活性显著高于坡顶（TS），土壤多功能性（SMF）在MS达到峰值0.76，TS最低为-0.81。细菌α多样性以MS最高，真菌α多样性在坡脚（FS）最高。微生物群落结构、网络复杂度与土壤pH、有机碳等显著相关（p<0.05），随机森林分析显示细菌和真菌群落组成是驱动SMF的核心微生物指标。

　　

潘王|李美琴|周音音|苏丹|赵晨杰|刘伟|李照辉|郭莎莎|孙沐芳

河南农业大学新乡分校茶学学院，河南省南豫茶树综合利用重点实验室，新乡市，464000，中国

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）在中坡（MS）最高，是顶坡（TS）的1.77至1.90倍。SMF在中坡达到峰值（0.76），而顶坡的值最低（-0.81）。细菌α多样性在中坡最高，而真菌多样性在坡脚（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）密切相关。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最重要的微生物指标。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的作用，强调了基于微生物的土壤管理对于提升山地生态系统功能的重要性。

引言

土壤是陆地生态系统的核心，其健康状况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等人，2020年）。土壤多功能性（SMF）是指土壤同时进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等人，2022年；Manning等人，2018年）。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等人，2016年；Wagg等人，2019年）。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重要因素（Seibert等人，2007年；Wang等人，2024b年）。坡位影响水分分布、土壤侵蚀和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等人，2018年；Xiao等人，2023年）。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等人，2020年；Zhou等人，2025年），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之间关系的研究仍有限。

此外，先前的研究表明，不同的微生物群落特征对维持SMF的贡献各不相同（Qiu等人，2024年；Xiao等人，2024年；Yang等人，2023b年）。Yang等人（2023b年）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的关联更为紧密。相比之下，Chen等人（2022年）认为，与简单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以及生物多样性维持）而受到越来越多的关注（Liu等人，2024年）。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）描述细菌和真菌的多样性、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新乡市一个地形复杂的茶种植区（北纬31°95′，东经113°90′），这里是新乡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。该地区的土壤类型属于淋溶土（WRB，2015年），种植的茶树品种为新乡毛尖茶（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存在显著差异（p < 0.05，表S1和图1）。具体而言，土壤pH值从坡脚（FS）的4.96下降到顶坡（TS）的4.50（表S1）。有机碳（SOC）、总氮（TN）、微生物生物量碳（MBC）、微生物生物量氮（MBN）和微生物生物量磷（MBP）的含量也表现出类似的变化趋势，其中中坡的值最高，顶坡的值最低，下降比例分别为47.49%、48.85%、43.46%、34.88%和38.35%

坡位对土壤单项功能和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等人，2018年）。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年；Shankhwar等人，2020年；Wang等人，2024a年），茶园也不例外。我们的研究结果表明，与养分循环相关的土壤生态系统功能

结论

通过对不同坡位茶园土壤的全面分析，我们的研究结果表明，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明显差异。中坡的多种土壤性质水平通常最高

CRediT作者贡献声明

潘王：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、数据可视化、软件使用、方法学设计、实验设计、数据分析、概念构建。李美琴：实验设计、数据分析。周音音：实验设计、数据分析。苏丹：实验设计、数据分析。赵晨杰：实验设计、数据分析。刘伟：实验设计、数据分析。李照辉：实验设计。郭莎莎：撰写——审稿与编辑、实验设计、资金筹集、数据分析

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引导基金（Z20241471119）、河南省现代农业产业体系新乡茶叶综合实验站（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。