Dianshan湖堆積物中の微生物群集に対する複数のストレス因子の影響のランダムフォレスト分析による定量化

科学分野:

• 環境微生物学
• 水生生態学
• 堆積物地球化学

背景:

• 沖積平野の湖は、栄養塩や汚染物質の影響を受ける微生物の生息地として敏感な生態系である。
• これらの湖における微生物群集に対する複数の環境ストレス因子の複合的な影響を定量化することは複雑である。
• 上海にある影響を受けた淡水域であるDianshan湖は、この研究のモデルシステムとして機能する。

研究 の 目的:

• Dianshan湖の微生物群集の多様性と構造に対する堆積物特性、栄養塩レベル、および汚染の影響を定量化すること。
• 軽度から中程度の汚染のある湖における底生微生物群集を制御する主要な環境要因を特定すること。
• 微生物生態系に対する複雑な環境影響の理解におけるランダムフォレスト（RF）分析の有効性を評価すること。

主な方法:

• 微生物群集データを分析するために、古典的な統計的手法とランダムフォレスト（RF）モデリングを併用した。
• RFモデル内の特徴寄与分析を用いて、様々な環境パラメータの影響を決定した。
• 特定の汚染物質、栄養塩（窒素およびリン）、および堆積物の酸化還元条件が微生物集団に与える影響を調査した。

主要な成果:

• RFモデルは高い適合率（R² = 0.80-0.87）を示し、微生物応答の予測における有効性を証明した。
• 汚染物質が微生物群集の多様性の主要な駆動力であり、総寄与率の約40%を占め、堆積物の酸化還元条件が最も影響力のある単一因子であった。
• 汚染物質は優占的な門であるProteobacteriaとChloroflexi（寄与率50%超）に著しく影響し、特に多環芳香族炭素（PAHs）とカドミウム（Cd）の影響が認められた。
• 窒素化合物（NO₃⁻-NおよびNH₄⁺-N）は優占種に強く影響し、硝酸塩駆動型富栄養化を強調した。

結論:

• ランダムフォレスト分析は、汚染された堆積環境における主要な環境要因を特定するための強力なツールである。
• 汚染物質と酸化還元条件は、平野湖の堆積物における微生物群集の重要な調節因子であり、窒素汚染は重大な問題である。
• 本研究結果は、生態学的リスク管理および類似の水生システムにおける生態学的プロセスの理解に貴重な洞察を提供する。