在红松（Pinus koraiensis）林分中发生松萎病的过程中，土壤微生物群落和线虫群落的变化

《Frontiers in Microbiology》：Shifts in soil microbial and nematode communities over progression of pine wilt disease occurring in Pinus koraiensis stands

　　松材线虫病（PWD）导致 Korean white pine 土壤中微生物多样性显著下降，细菌和真菌的 α-多样性分别降低17.3%和24.5%，但线虫 α-多样性未变。PWD 破坏土壤微生物互作网络，细菌网络节点和边数减少，真菌网络增加，且甲基菌门丰度升高，外生菌根真菌丰度降低。线虫群落网络复杂度降低，但植物寄生线虫丰度下降。研究揭示了 PWD 通过改变土壤微生物和线虫群落结构及互作模式，影响森林生态系统功能。

　　本研究围绕针叶林中一种极具破坏性的病害——松材线虫病（Pine Wilt Disease, PWD）对土壤微生物群落和线虫群落的影响展开。作为一种由松材线虫（*Bursaphelenchus xylophilus*）引起的病害，PWD主要通过长icorn beetles（*Monochamus* spp.）传播，其传播速度和破坏力在不同地区造成显著的生态和经济损失。PWD在亚洲和欧洲的广泛传播，使其成为全球森林健康的重要威胁之一。在本研究中，我们关注的是中国东北地区广泛分布的韩国白松（*Pinus koraiensis*）以及与之共存的抗病树种——长白落叶松（*Larix olgensis*）。通过分析不同PWD发展阶段下的土壤微生物和线虫群落变化，我们试图揭示这种病害对森林土壤生态系统的深远影响。

韩国白松是东北地区重要的经济和生态树种，近年来因PWD而遭受严重破坏。这种病害通常始于松材线虫感染，随后通过寄主植物的木质部扩散，导致水分运输受阻，最终造成树木枯萎甚至死亡。本研究中，我们选择了一个抗病的长白落叶松林和四个不同发展阶段的韩国白松林（健康、感染、死亡、砍伐后），通过采集土壤样本，分析其微生物群落和线虫群落的变化。我们希望了解PWD在不同发展阶段如何影响土壤生物多样性以及生态功能，为森林管理和生态保护提供科学依据。

研究采用的方法主要包括土壤采样、微生物和线虫群落分析，以及土壤理化性质的测定。在采样过程中，我们特别注意避免伪重复（pseudoreplication）问题，选择距离至少5公里的森林样地，以减少环境因素对研究结果的干扰。通过PCR扩增和高通量测序技术，我们获得了土壤微生物的基因组信息，并利用生物信息学工具对数据进行了处理和分析。此外，我们还使用了功能预测工具FAPROTAX和FUNGuild，对微生物群落的功能和营养策略进行了分类，以更全面地理解其生态作用。

研究结果显示，PWD的发展对土壤微生物群落的多样性产生了显著影响。在健康韩国白松林的土壤中，细菌群落的物种丰富度比病树或死树的土壤低约17%，而真菌群落的物种丰富度则在死树土壤中比健康土壤高24.5%。这一趋势表明，随着PWD的发展，土壤微生物群落的结构和功能发生了显著变化。例如，甲烷循环相关的*Methylomirabilota*细菌丰度在病树和死树土壤中有所增加，而与外生菌根共生的*Agaricomycetes*真菌丰度则显著下降。这些变化可能反映了PWD对土壤健康状态的破坏，导致微生物群落结构和功能的重新配置。

另一方面，土壤线虫群落的多样性在PWD的不同发展阶段并未发生显著变化，但其组成却受到明显影响。研究发现，随着PWD的发展，植物食性线虫的相对丰度有所下降，而细菌食性线虫的相对丰度则上升。这可能表明，病害改变了土壤中微生物和线虫之间的相互作用，导致生态系统中的食物网结构发生变化。此外，微生物群落之间的共现网络（co-occurrence networks）在PWD影响下也变得更加简单，这说明病害可能削弱了土壤中生物之间的相互依赖关系，进而影响生态系统的稳定性和功能。

进一步分析表明，土壤微生物和线虫群落的变化可能与土壤理化性质的改变密切相关。例如，土壤pH值和水分含量在PWD影响下发生了显著变化，而这些因素对微生物的生存和活动具有重要影响。同时，研究发现，真菌群落的营养策略也受到影响，其中腐生真菌的丰度在病树和死树土壤中显著增加，而共生真菌则减少。这可能是因为病害导致宿主植物死亡，从而为腐生真菌提供了丰富的分解资源，使其得以占据生态位。

在讨论部分，研究者指出，尽管PWD对微生物群落的影响较为显著，但对线虫群落的影响相对较小。这可能是因为线虫群落对土壤微生物的依赖性较强，而微生物群落的多样性变化可能间接影响线虫的生存和活动。此外，研究还强调了研究设计中可能存在的局限性，例如由于PWD在韩国白松林中发展时间较短，无法获得足够的重复样地，这可能导致研究结果在时间维度上的推断存在偏差。因此，未来的研究需要更多的重复样本和更长时间的跟踪观察，以进一步验证PWD对土壤生态系统的影响。

总体而言，本研究揭示了PWD对土壤微生物和线虫群落的深远影响，特别是在病害发展过程中，微生物群落的结构和功能发生了显著变化，而线虫群落则相对稳定。这些发现为理解PWD对森林生态系统的影响提供了新的视角，并为制定有效的生态管理和保护措施提供了科学依据。同时，研究也指出，未来的研究应更加关注土壤生物群落的动态变化，以及其与病害发展的相互作用机制，以更好地评估PWD对森林生态系统的生态后果。