森林砍伐后种植人参的根际微生物群落动态的季节性变化

《Rhizosphere》：Seasonal dynamics of rhizosphere microbial community dynamics of deforestation-cultivated ginseng

　　

徐哲峰|陈玉秋|王一冰|隋家宏|杨瑞雪|薛燕|张克猛|孙英梅|方静|张庆和|陈长宝|张涛

吉林人参学院，长春中医药大学，长春，130117，中国

摘要

在森林中生长的人参通常被认为具有更高的药用价值，而土壤因素在其中起着重要作用。然而，森林土壤微环境对人参生长的季节性响应尚未完全了解。本研究测量并分析了三年生砍伐后种植的人参根际土壤物理化学和生物特性的季节性变化。结果表明，可利用硫（131.04 mg·kg^-1）、交换性氢离子（1.99 cmol·kg^-1）、硝酸盐氮（0.98 mg·kg^-1）和阳离子交换容量（231.43 cmol⁺·kg^-1）等物理化学指标在8月达到峰值，而特征酶蛋白酶（352.93 μg·g^-1·d^-1）和酸性磷酸酶（9.84 mg·g^-1·d^-1）在9月达到峰值。尽管微生物组的多样性保持稳定，但环境驱动因素和相互作用网络表现出季节性变化，其中与磷循环相关的因素（可利用磷、酸性磷酸酶和植酸酶）是根际微生物的主要预测因子。此外，关键细菌（Rhodofrax、Dokdonella、Hyphomicrobium、Mesohizobium、Bauldia和Lysobacter）和真菌（Roesleria、Kabatiella和Clavaria）可能在维持微生物群落动态稳定性方面发挥重要作用。这些发现为通过微生物介导的土壤健康管理提供了宝贵见解，并为优化人参栽培实践以提高植物表现提供了策略。

引言

人参是Araliaceae科的多年生植物，主要分布于东北亚地区，包括中国、韩国、日本和俄罗斯，其药用历史超过一千年（Ma等人，2016年）。在中国，人参主要生长在纬度40-48°N、经度117-137°E之间的森林地带，海拔高度在400-1000米之间。野生人参和人工栽培的人参是两种常见的来源。由于过度采伐和严重的森林破坏，中国的野生人参资源几乎枯竭。目前市场上的人参绝大多数是人工栽培的产品，森林砍伐和田间栽培是常见的人参栽培方式（Lan等人，2023年）。

与田间土壤相比，森林土壤通常具有更好的透气性和透水性（Xu等人，2025c），更合理的养分结构（Lan等人，2023年；Zhang等人，2022年；Kim等人，2015年），以及显著不同的微生物活性（Zhang等人，2023年；Goodwin，2022年）。因此，在森林土壤中生长的人参通常具有更好的外观特征（Borase等人，2020年；Li等人，2022年）、化学成分含量（Xu等人，2020年；Park等人，2017年）和抗氧化活性（Kim等人，2018年）。同样，森林土壤和田间土壤的微生物群落动态在持续人参栽培的情况下表现出不同的变化。Wang等人（2025年）报告称，在人工森林中连续栽培20年的人参土壤中的有机物、铵氮、总氮和总磷含量甚至高于在田间栽培2至4年的人参土壤；与移植前相比，Dong等人（2018年）观察到，在森林土壤中生长两年的中国人参在第一年和第二年的可利用磷、可利用钾和有机物含量显著增加；在蒙古栎树、桦树林、混交林和杨树林中栽培同年人参的土壤中，蔗糖酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶的活性显著高于在田间连续栽培5年的人参土壤（Lan等人，2023年）。同样，在微生物水平上，森林土壤表现出更高的生物多样性和遗传多样性（Zhang等人，2022年），并执行更全面的生态功能（Kui等人，2021年）。

尽管先前的研究报道了森林栽培模式下土壤参数的长期变化，但这些结果大多是在年度时间跨度内获得的（Lan等人，2023年；Na等人，2021年；Xu等人，2025c），仅考虑了采伐期间的土壤微环境整体变化趋势。在大规模禁止森林砍伐后的人参栽培模式之后，很少有研究探讨森林土壤中连续人参种植的月度季节性动态，以及这种模式下土壤微生物群落动态与环境因素之间的关系仍不清楚。本研究系统地调查了砍伐后栽培模式下根际土壤的微生物群落动态。我们假设：1）存在几种对季节性变化有响应的特征土壤物理化学和生物因素；2）随着人参生长周期的不同，驱动微生物群落变化的主要环境因素也不同；3）在不同时期主导微生物网络的关键微生物类群具有不同的生态位特征。

章节片段

实验区域描述和实验设计

实验在中国吉林省抚松县的Choushui村进行。Choushui村位于一个被森林广泛覆盖的山区。一些森林被当地居民砍伐用于种植粮食作物。实验始于2020年，我们在一个坡度约为22°的天然混交林的小区域内进行。我们砍倒了该区域的所有树木，清除了地面上的所有草本植物，并移除了...

土壤物理化学性质

图1显示了土壤物理化学性质的季节性变化结果及分析。大多数指标的趋势是先增加后减少，其中最高值出现在L8期，包括NO₃^--N（0.98 mg·kg^-1）、A-B（2.30 mg·kg^-1）、HCO₃^-（4.51 mg·kg^-1）、NH₄⁺-N（22.32 mg·kg^-1）、A-K（147.55 mg·kg^-1）、E-H⁺（1.99 cmol·kg^-1）、E-Al³⁺（1.47 cmol·kg^-1）、C-Fe（92.68 mg·kg^-1）、SO₄^2-（95.63 mg·kg^-1）、A-S（131.04 mg·kg^-1）、Cl^-（692.21 mg·kg^-1

土壤物理化学性质的季节性动态

本研究通过PCA分析显示土壤物理化学性质具有显著的季节性特征（图1b）。随机森林分析表明，OM、A-S和E-H⁺是导致这些差异的特征因素（图1c）。我们发现OM的含量与月份大致呈负相关（图1a）。据报道，土壤中的OM主要来自凋落物、动植物残体、腐殖质（如腐殖酸等）和非腐殖质...

结论

本研究系统地调查了砍伐后栽培模式下根际微环境的季节性动态变化。结果表明，与碳（OM）、氮（A-N、NO₃^--N）、硫（A-S、SO₄^2-）和CEC相关的因素是土壤物理化学性质季节性特征的标志物，而与氮（Prot、Ure、PAL）、磷（ACP）和氧化还原反应（DHA、APX）相关的酶是土壤...

CRediT作者贡献声明

张涛：项目管理、资金获取。徐哲峰：撰写——初稿、可视化、正式分析。陈长宝：项目管理、资金获取。杨瑞雪：方法论、概念构思。隋家宏：软件。王一冰：正式分析、概念构思。陈玉秋：正式分析、概念构思。方静：软件。孙英梅：撰写——审稿与编辑、正式分析。张克猛：撰写——审稿与编辑、正式分析。薛燕：

未引用参考文献

Hyun, 2025; Li等人，2024; Liu, 2021; Pavez等人，2023; Sati和Pant, 2019.

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

伦理批准和参与同意

不适用。植物采集于非保护区；无需任何法律授权/许可。

出版同意

不适用。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了吉林省科技发展和国家自然科学基金青年基金项目（编号：82204556）的支持。