Published January 1, 2022 | Version v1
Publication Metadata-only

Urbanization-induced environmental changes strongly affect wetland soil bacterial community composition and diversity

Creators

  • 1. Central South University of Forestry and Technology
  • 2. Central South University
  • 3. Hangzhou Botanical Garden
  • 4. Peking University

Description

Abstract Soil microbial communities potentially serve as indicators for their responses to changes in various ecosystems at scales from a region to the globe. However, changes in wetland soil bacterial communities and how they are related to urbanization intensities remains poorly understood. Here, we collected 60 soil samples along urbanization intensity gradients from 20 wetlands. We measured a range of environmental factors and characterized bacterial communities structure using 16S ribosomal RNA (16S rRNA) gene amplicon sequencing that targeted the V4-V5 region. Our results revealed the dominant soil bacterial phyla included Proteobacteria (39.3%), Acidobacteria (21.4%) and Chloroflexi (12.3%) in the wetlands, and showed a significant divergence of composition in intensive urbanization area (UI_4) than other places. A critical 'threshold' exists in the soil bacterial diversity, demonstrating different patterns: a gradual increase in the areas of low-to-intermediate disturbances but a significant decrease in highly urbanized areas where metabolic functions were significantly strong. Additionally, soil pH, total phosphorus (TP), available phosphorus (AP) and ammonia nitrogen (NH 4 + -N) made a significant contribution to variations in bacterial communities, explaining 49.6%, 35.1%, 26.2% and 30.7% of the total variance, respectively. pH and NH 4 + -N were identified as the main environmental drivers to determine bacterial community structure and diversity in the urban wetlands. Our results highlight collective changes in multiple environmental variables induced by urbanization rather than by the proportion of impervious surface area (ISA), which were potentially attributed to the spatial heterogeneity along different urbanization gradients.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

من المحتمل أن تعمل المجتمعات الميكروبية للتربة كمؤشرات لاستجاباتها للتغيرات في النظم الإيكولوجية المختلفة على نطاقات من منطقة إلى العالم. ومع ذلك، لا تزال التغيرات في المجتمعات البكتيرية لتربة الأراضي الرطبة وكيفية ارتباطها بكثافة التحضر غير مفهومة بشكل جيد. هنا، جمعنا 60 عينة من التربة على طول تدرج كثافة التحضر من 20 أرضًا رطبة. قمنا بقياس مجموعة من العوامل البيئية وتمييز بنية المجتمعات البكتيرية باستخدام تسلسل أمبليكون جين الريبوسومات 16S (16S rRNA) الذي استهدف منطقة V4 - V5. وكشفت نتائجنا أن شعب التربة البكتيرية المهيمنة شملت البكتيريا البروتينية (39.3 ٪) والبكتيريا الحمضية (21.4 ٪) والكلوروفليكسي (12.3 ٪) في الأراضي الرطبة، وأظهرت تباينا كبيرا في التركيب في منطقة التحضر المكثف (UI _4) من الأماكن الأخرى. توجد "عتبة" حرجة في التنوع البكتيري للتربة، مما يدل على أنماط مختلفة: زيادة تدريجية في مناطق الاضطرابات المنخفضة إلى المتوسطة ولكن انخفاض كبير في المناطق الحضرية للغاية حيث كانت الوظائف الأيضية قوية بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك، ساهم الرقم الهيدروجيني للتربة والفوسفور الكلي والفوسفور المتاح ونيتروجين الأمونيا (NH 4 +- N) مساهمة كبيرة في الاختلافات في المجتمعات البكتيرية، مما يفسر 49.6 ٪ و 35.1 ٪ و 26.2 ٪ و 30.7 ٪ من إجمالي التباين، على التوالي. تم تحديد الرقم الهيدروجيني و NH 4 +- N كمحركات بيئية رئيسية لتحديد بنية المجتمع البكتيري وتنوعه في الأراضي الرطبة الحضرية. تسلط نتائجنا الضوء على التغيرات الجماعية في المتغيرات البيئية المتعددة الناجمة عن التحضر بدلاً من نسبة مساحة السطح غير المنفذة (ISA)، والتي من المحتمل أن تعزى إلى عدم التجانس المكاني على طول تدرجات التحضر المختلفة.

Translated Description (French)

Résumé Les communautés microbiennes du sol servent potentiellement d'indicateurs de leurs réponses aux changements dans divers écosystèmes à des échelles allant d'une région au monde. Cependant, les changements dans les communautés bactériennes du sol des zones humides et leur relation avec les intensités d'urbanisation restent mal compris. Ici, nous avons collecté 60 échantillons de sol le long des gradients d'intensité d'urbanisation de 20 zones humides. Nous avons mesuré une gamme de facteurs environnementaux et caractérisé la structure des communautés bactériennes à l'aide du séquençage de l'amplicon du gène de l'ARN ribosomique 16S (ARNr 16S) qui ciblait la région V4-V5. Nos résultats ont révélé que les phylums bactériens du sol dominants comprenaient les protéobactéries (39,3 %), les acidobactéries (21,4 %) et les chloroflexi (12,3 %) dans les zones humides, et ont montré une divergence significative de composition dans la zone d'urbanisation intensive (IU_4) par rapport à d'autres endroits. Un « seuil » critique existe dans la diversité bactérienne du sol, démontrant des schémas différents : une augmentation progressive des zones de perturbations faibles à intermédiaires, mais une diminution significative dans les zones fortement urbanisées où les fonctions métaboliques étaient significativement fortes. De plus, le pH du sol, le phosphore total (TP), le phosphore disponible (AP) et l'azote ammoniacal (NH 4 + -N) ont contribué de manière significative aux variations des communautés bactériennes, expliquant 49,6 %, 35,1 %, 26,2 % et 30,7 % de la variance totale, respectivement. Le pH et le NH 4 + -N ont été identifiés comme les principaux facteurs environnementaux pour déterminer la structure et la diversité des communautés bactériennes dans les zones humides urbaines. Nos résultats mettent en évidence des changements collectifs dans de multiples variables environnementales induites par l'urbanisation plutôt que par la proportion de surface imperméable (ISA), qui ont été potentiellement attribués à l'hétérogénéité spatiale le long de différents gradients d'urbanisation.

Translated Description (Spanish)

Resumen Las comunidades microbianas del suelo potencialmente sirven como indicadores de sus respuestas a los cambios en varios ecosistemas a escalas desde una región hasta el mundo. Sin embargo, los cambios en las comunidades bacterianas del suelo de los humedales y cómo se relacionan con las intensidades de urbanización siguen siendo poco conocidos. Aquí, recolectamos 60 muestras de suelo a lo largo de gradientes de intensidad de urbanización de 20 humedales. Medimos una variedad de factores ambientales y caracterizamos la estructura de las comunidades bacterianas utilizando la secuenciación del amplicón del gen del ARN ribosómico 16S (ARNr 16S) que se dirigió a la región V4-V5. Nuestros resultados revelaron que los filos bacterianos del suelo dominantes incluyeron Proteobacterias (39.3%), Acidobacterias (21.4%) y Chloroflexi (12.3%) en los humedales, y mostraron una divergencia significativa de composición en el área de urbanización intensiva (UI_4) que en otros lugares. Existe un "umbral" crítico en la diversidad bacteriana del suelo, que demuestra diferentes patrones: un aumento gradual en las áreas de perturbaciones bajas a intermedias, pero una disminución significativa en áreas altamente urbanizadas donde las funciones metabólicas fueron significativamente fuertes. Además, el pH del suelo, el fósforo total (TP), el fósforo disponible (AP) y el nitrógeno amoniacal (NH 4 + -N) contribuyeron significativamente a las variaciones en las comunidades bacterianas, explicando el 49.6%, 35.1%, 26.2% y 30.7% de la varianza total, respectivamente. pH y NH 4 + -N fueron identificados como los principales impulsores ambientales para determinar la estructura y diversidad de la comunidad bacteriana en los humedales urbanos. Nuestros resultados destacan los cambios colectivos en múltiples variables ambientales inducidos por la urbanización en lugar de por la proporción de superficie impermeable (Isa), que se atribuyeron potencialmente a la heterogeneidad espacial a lo largo de diferentes gradientes de urbanización.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تؤثر التغيرات البيئية الناجمة عن التحضر بشدة على تكوين وتنوع المجتمع البكتيري لتربة الأراضي الرطبة
Translated title (French)
Les changements environnementaux induits par l'urbanisation affectent fortement la composition et la diversité des communautés bactériennes du sol des zones humides
Translated title (Spanish)
Los cambios ambientales inducidos por la urbanización afectan fuertemente la composición y diversidad de la comunidad bacteriana del suelo de los humedales

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4200014399
DOI
10.1088/1748-9326/ac444f

Is supplement to
https://openalex.org/W3025966694 (Other)
https://openalex.org/W2915947361 (Other)
https://openalex.org/W2373602428 (Other)
https://openalex.org/W2373421839 (Other)
https://openalex.org/W2338131114 (Other)
https://openalex.org/W2185169698 (Other)
https://openalex.org/W2129941125 (Other)
https://openalex.org/W2067783849 (Other)
https://openalex.org/W2032849172 (Other)
https://openalex.org/W2025206567 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1920295170
  • https://openalex.org/W1969518344
  • https://openalex.org/W1975088284
  • https://openalex.org/W1977702073
  • https://openalex.org/W1978874661
  • https://openalex.org/W1980680725
  • https://openalex.org/W1989348096
  • https://openalex.org/W1992313621
  • https://openalex.org/W1998802772
  • https://openalex.org/W2001615321
  • https://openalex.org/W2022825040
  • https://openalex.org/W2023048788
  • https://openalex.org/W2023906603
  • https://openalex.org/W2027851988
  • https://openalex.org/W2054233424
  • https://openalex.org/W2066131315
  • https://openalex.org/W2066402881
  • https://openalex.org/W2066988911
  • https://openalex.org/W2071361642
  • https://openalex.org/W2072355839
  • https://openalex.org/W2081582066
  • https://openalex.org/W2082781337
  • https://openalex.org/W2082898027
  • https://openalex.org/W2096885696
  • https://openalex.org/W2097665978
  • https://openalex.org/W2103948957
  • https://openalex.org/W2105636086
  • https://openalex.org/W2108562483
  • https://openalex.org/W2119746410
  • https://openalex.org/W2123129893
  • https://openalex.org/W2123388186
  • https://openalex.org/W2127602818
  • https://openalex.org/W2130023125
  • https://openalex.org/W2131904767
  • https://openalex.org/W2156895345
  • https://openalex.org/W2178460628
  • https://openalex.org/W2179822261
  • https://openalex.org/W2206211493
  • https://openalex.org/W2396603640
  • https://openalex.org/W2398203768
  • https://openalex.org/W2419068691
  • https://openalex.org/W2547492798
  • https://openalex.org/W2560329204
  • https://openalex.org/W2588484701
  • https://openalex.org/W2592083442
  • https://openalex.org/W2608582708
  • https://openalex.org/W2740798829
  • https://openalex.org/W2745155426
  • https://openalex.org/W2747698611
  • https://openalex.org/W2756448447
  • https://openalex.org/W2757639954
  • https://openalex.org/W2783192416
  • https://openalex.org/W2792188298
  • https://openalex.org/W2794346231
  • https://openalex.org/W2796897656
  • https://openalex.org/W2808177186
  • https://openalex.org/W2901041698
  • https://openalex.org/W2940448630
  • https://openalex.org/W2941142697
  • https://openalex.org/W2989898426
  • https://openalex.org/W2990605636
  • https://openalex.org/W2995369098
  • https://openalex.org/W3004605824
  • https://openalex.org/W3008621523
  • https://openalex.org/W3025717827
  • https://openalex.org/W3084146963