《Microbial Ecology》：Leveraging Fine-Scale Variation and Heterogeneity of the Wetland Soil Microbiome to Predict Nutrient Flux on the Landscape
编辑推荐：
为解决全球流域富营养化及湿地生态系统恢复中养分循环预测问题，研究人员开展湿地土壤微生物组与养分通量关系的研究。结果表明土壤细菌群落组成受多种因素影响，可预测氮通量，该研究为湿地生态系统管理提供了理论依据。
在全球范围内，流域富营养化问题日益严峻，就像一场看不见硝烟的战争，正严重威胁着淡水和咸水生态环境。其主要 “罪魁祸首” 是农业活动中过量排放的氮（N）和磷（P），这些多余的养分引发了藻类大量繁殖，导致水体缺氧，进而造成生态系统的广泛退化。美国为了缓解这一问题，积极开展湿地恢复项目，其中湿地保护计划（WRP）就是重要举措之一。然而，随着恢复工作的推进，如何准确评估恢复效果、预测景观尺度的养分循环成为了新的挑战。
在此背景下，来自美国多所高校（包括 Middle Tennessee State University、Tennessee Technological University 等）的研究人员挺身而出，针对这一问题展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Microbial Ecology》上，为湿地生态系统的管理和保护提供了重要的理论支持。
研究人员采用了多种关键技术方法：一是通过高通量测序（16S rRNA metabarcoding 和 amplicon sequencing），对不同恢复实践和土壤层的微生物群落多样性进行表征；二是运用定量 PCR（qPCR）技术，检测功能氮循环基因的丰度；三是借助机器学习模型，建立细菌群落组成与养分通量之间的预测关系。
研究结果主要如下：
影响群落组成的因素 ：土壤细菌群落组成受氮浓度、土壤深度和栖息地类型的显著影响。随着氮浓度增加，有效 OTU 数量减少；土壤深度不同，细菌群落组成存在差异，表层土壤在实验室培养后多样性增加；不同栖息地类型中，浅水区在一定氮浓度范围内有效 OTU 数量增加，而树植区则减少1 2 相对丰度差异 ：在不同分类群中，土壤分区和栖息地类型的相对丰度存在显著差异。例如，酸杆菌门、变形菌门等多个类群在不同分区和栖息地的相对丰度不同，且部分差异在实验前后依然存在3 4 β 多样性分析 ：利用 Bray-Curtis 和 Raup-Crick 差异度量方法分析 β 多样性发现，土壤分区和栖息地类型对群落组成影响显著。同时，氮浓度和群落丰富度也与群落组成变化有关，不过不同方法揭示的关键影响因素有所不同5 6 功能氮循环基因丰度预测 ：通过 GAMM 模型发现，部分功能氮循环基因（如 nosZ-A、nosZ-B）的拷贝数与氮通量存在关联，且栖息地在预测中起着重要作用，考虑精细尺度和环境异质性对模型构建很关键7 10 机器学习预测养分通量 ：GLMNET 模型预测不同土壤分区的养分通量准确性各异，对 N2 和 NO2 通量预测效果较好；SetBERT 模型则显示，考虑分区和时间尺度的组合模型对 NO2 通量预测准确性更高8 9
研究结论和讨论部分指出，土壤微生物组在湿地生态系统中发挥着重要作用，其群落组成可作为养分循环的生物指标。研究结果不仅证实了土壤细菌群落与多种因素的关系，还表明通过机器学习可以实现对养分通量的预测，且考虑时间变化能进一步提高预测准确性。不过，该研究也存在一定局限性，如未充分探究土壤微生物组中的其他成员（如真菌、原生生物等）。未来研究应综合考虑多种因素，更全面地揭示土壤微生物组在生态系统中的功能。这项研究为湿地生态系统的恢复和管理提供了新的视角和方法，有助于更好地保护和利用湿地资源，对维护生态平衡具有重要意义。
鎵撹祻
涓嬭浇瀹夋嵎浼︾數瀛愪功銆婇€氳繃缁嗚優浠ｈ阿鎻ず鏂扮殑鑽墿闈剁偣銆嬫帰绱㈠浣曢€氳繃浠ｈ阿鍒嗘瀽淇冭繘鎮ㄧ殑鑽墿鍙戠幇鐮旂┒
10x Genomics鏂板搧Visium HD 寮€鍚崟缁嗚優鍒嗚鲸鐜囩殑鍏ㄨ浆褰曠粍绌洪棿鍒嗘瀽锛�
娆㈣繋涓嬭浇Twist銆婁笉鏂彉鍖栫殑CRISPR绛涢€夋牸灞€銆嬬數瀛愪功
鍗曠粏鑳炴祴搴忓叆闂ㄥぇ璁插爞 - 娣卞叆浜嗚В浠庣涓€涓崟缁嗚優瀹為獙璁捐鍒版暟鎹川鎺т笌鍙鍖栬В鏋�
涓嬭浇銆婄粏鑳炲唴铔嬬櫧璐ㄤ簰浣滃垎鏋愭柟娉曠數瀛愪功銆�
