ABSTRACT

Freshwater ecosystems are susceptible to biodiversity losses due to land conversion. This is particularly true for the conversion of land from forests for agriculture and urban development. Freshwater sediments harbor microorganisms that provide vital ecosystem services. In dynamic habitats like freshwater sediments, microbial communities can be shaped by many processes, although the relative contributions of environmental factors to microbial community dynamics remain unclear. Given the future projected increase in land use change, it is important to ascertain how associated changes in stream physico-chemistry will influence sediment microbiomes. Here, we characterized stream chemistry and sediment bacterial community composition along a mixed land-use gradient in West Virginia, USA across one growing season. Sediment bacterial community richness was unaffected by increasing anthropogenic land use, though microbial communities were compositionally distinct across sites. Community threshold analysis revealed greater community resilience to agricultural land use than urban land use. Further, predicted metagenomes suggest differences in potential microbial function across changes in land use. The results of this study suggest that low levels of urban land use change can alter sediment bacterial community composition and predicted functional capacity in a mixed-use watershed, which could impact stream ecosystem services in the face of global land use change.

中文翻译：

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河流沉积物细菌群落在混合用途流域中对土地利用变化表现出时间一致性和不同的阈值

摘要

淡水生态系统由于土地流转而容易遭受生物多样性的损失。对于将土地从森林转化为农业和城市发展而言，尤其如此。淡水沉积物含有提供重要生态系统服务的微生物。在诸如淡水沉积物之类的动态栖息地中，微生物群落可通过许多过程形成，尽管环境因素对微生物群落动态的相对贡献尚不清楚。考虑到未来预计的土地利用变化的增加，确定河流物理化学的相关变化将如何影响沉积物微生物群非常重要。在这里，我们对一个生长期的美国西弗吉尼亚州混合土地利用梯度中的河流化学和沉积物细菌群落组成进行了表征。沉积细菌群落的丰富度不受人为土地使用量增加的影响，尽管微生物群落的组成在各个地点之间是不同的。社区阈值分析显示，社区对农业用地的抵御能力强于城市用地。此外，预测的基因组组暗示了土地利用变化中潜在微生物功能的差异。这项研究的结果表明，低水平的城市土地利用变化会改变混合用途流域中的沉积物细菌群落组成和预测的功能能力，从而可能在面对全球土地利用变化的情况下影响河流生态系统服务。社区阈值分析显示，社区对农业用地的抵御能力强于城市用地。此外，预测的基因组组暗示了土地利用变化中潜在微生物功能的差异。这项研究的结果表明，低水平的城市土地利用变化会改变混合用途流域中的沉积物细菌群落组成和预测的功能能力，从而可能在面对全球土地利用变化的情况下影响河流生态系统服务。社区阈值分析显示，社区对农业用地的抵御能力强于城市用地。此外，预测的基因组组暗示了土地利用变化中潜在微生物功能的差异。这项研究的结果表明，低水平的城市土地利用变化会改变混合用途流域中的沉积物细菌群落组成和预测的功能能力，从而可能在面对全球土地利用变化的情况下影响河流生态系统服务。