Soil pH and total phosphorus regulate bacterial community assembly in slope restoration areas of the Tibetan Plateau’s metal mining areas

Resumo

O desenvolvimento da comunidade microbiana é um aspecto crucial da restauração do solo. O uso de estruturas de contenção em conjunto com solo externo demonstrou eficácia na reabilitação de ecossistemas degradados à beira de estradas em regiões mineradoras. No entanto, os efeitos das vigas de estrutura na composição e estabilidade das comunidades bacterianas do solo ainda não são totalmente compreendidos. Realizamos uma amostragem única do solo em uma encosta restaurada há três anos em uma área de mineração de metais em grande escala no planalto tibetano, fornecendo um instantâneo das condições atuais e avaliando o progresso da restauração. Vigas com cobertura de solo externo foram aplicadas em três altitudes diferentes: A1 (4800–5000 m), A2 (4500–4700 m) e A3 (4200–4400 m). A restauração alterou significativamente a composição da comunidade bacteriana em comparação com os controles. As Proteobactérias tiveram uma abundância relativa maior na área de restauração (média: 31,16%), enquanto as Acidobacteriota foram mais abundantes na área de controle (média: 24,68%). Na área de restauração, a diversidade alfa das bactérias do solo aumentou à medida que a altitude diminuiu, com o índice de Shannon subindo de 5,34 (A1) para 5,82 (A3), sugerindo que as comunidades bacterianas em altitudes mais elevadas são mais sensíveis às condições ambientais. A renovação de espécies foi o principal fator determinante da diversidade β, representando 96,26 % em A1, 94,71 % em A2 e 91,94 % em A3, respectivamente. O índice de taxon mais próximo das comunidades bacterianas mudou de negativo para positivo ao longo do gradiente de altitude (−0,25 a 1,14), indicando uma tendência crescente para o agrupamento de comunidades. Dentro da rede de coocorrência bacteriana, o pH do solo e o fósforo total contribuem significativamente para a força, proximidade e intermediação da rede. Concluindo, o pH do solo e o fósforo total foram identificados como fatores-chave que moldam a diversidade bacteriana e os mecanismos de montagem. Nossa pesquisa contribui para o desenvolvimento de estratégias eficazes de restauração do solo para regiões de mineração alpina, fornecendo insights sobre a montagem da comunidade microbiana e os mecanismos de estabilidade.

Abstract

Microbial community development is a crucial aspect of soil restoration. The employment of frame beams in conjunction with external soil has demonstrated efficacy in the rehabilitation of degraded roadside ecosystems within mining regions. Nonetheless, the effects of frame beams on the composition and stability of soil bacterial communities remain inadequately comprehended. We conducted a one-time soil sampling on a three-year restored slope in a large–scale metal mining area on the Tibetan Plateau, providing a snapshot of the current conditions and evaluating the restoration progress. Frame beams with external soil covers were applied at three different altitudes: A1 (4800–5000 m), A2 (4500–4700 m), and A3 (4200–4400 m). Restoration significantly altered bacterial community composition compared with controls. Proteobacteria had a higher relative abundance in the restoration area (average: 31.16 %), whereas Acidobacteriota were more abundant in the control area (average: 24.68 %). In the restoration area, soil bacterial α–diversity increased as elevation decreased, with the Shannon index rising from 5.34 (A1) to 5.82 (A3), suggesting that bacterial communities at higher altitudes are more sensitive to environmental conditions. Species turnover was the primary driving factor of β–diversity, accounting for 96.26 % under A1, 94.71 % under A2, and 91.94 % under A3, respectively. The nearest taxon index of bacterial communities shifted from negative to positive along the elevation gradient (−0.25 to 1.14), indicating an increasing trend toward community clustering. Within the bacterial co-occurrence network, soil pH and total phosphorus contribute significantly to network strength, closeness, and betweenness. Concluding, soil pH and total phosphorus were identified as key factors shaping bacterial diversity and assembly mechanisms. Our research contributes to the development of effective soil restoration strategies for alpine mining regions, providing insights into microbial community assembly and stability mechanisms.

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H. Zhou
X. Liu
X. Gao
Y. Wang
L. Ye
J. Wu
M. Xiang

2025 - Environmental Research

Palavras-chave:

Diversidade da comunidade bacteriana, área de mineração de cobre, índice de taxon mais próximo, restauração do solo, planalto tibetano

Termos de indexação:

pH do solo, fósforo total, recuperação de ecossistemas degradados, Proteobactérias, renovação de espécies

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