近期，保護學院修復生態(tài)學科徐基良教授團隊基于新疆泰加林生態(tài)系統(tǒng)植被和土壤調(diào)查數(shù)據(jù)，探討了土壤細菌和真菌群落生物地理格局及形成機制的差異，相關(guān)研究成果以“Differential spatial responses and assembly mechanisms of soil microbial communities across region-scale Taiga ecosystems”為題，在國際環(huán)境科學與生態(tài)學TOP期刊《Journal of Environmental Management》（IF=8.0）在線發(fā)表。
生物地理格局及形成機制一直是生態(tài)學和生物多樣性保護等領(lǐng)域的研究熱點。泰加林（泛指寒溫帶的北方森林）是北半球最具代表性的森林類型，在全球森林碳匯中扮演重要角色。土壤微生物通常作為評估森林生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量和健康狀況的指標，不同的土壤微生物群落在調(diào)節(jié)森林生態(tài)系統(tǒng)過程和功能方面發(fā)揮著不同的關(guān)鍵作用。然而，人們對泰加林土壤微生物各類群的空間模式和組裝機制的差異仍然知之甚少。
為此，團隊在新疆阿勒泰地區(qū)北部的泰加林設(shè)置了四個采樣區(qū)（圖1），每個樣區(qū)設(shè)置了8個樣地，在每個樣地的表層（0-10cm）采集了土壤微生物樣品，并對樣地的植被特征和土壤理化性質(zhì)進行了詳細調(diào)查，使用零模型方法、共存網(wǎng)絡分析、Mantel分析等方法，評估了泰加林生態(tài)系統(tǒng)中細菌和真菌群落的生物地理格局、組裝過程及影響因素的差異。
圖1.四個采樣區(qū)位置示意圖
結(jié)果表明，在泰加林約 400 公里的區(qū)域范圍內(nèi)，細菌群落和真菌群落之間的相似性隨著距離的增加而降低，細菌群落表現(xiàn)出比真菌群落更明顯的模式（圖2）。與以往大多數(shù)研究發(fā)現(xiàn)的結(jié)果相似，這種差異可能是由于細菌和真菌群落對與地理位置相關(guān)的環(huán)境變量的不同反應引起的。
圖2.地理距離與細菌(A)和真菌(B)群落相似性（1-Bray-Curtis distance）之間的關(guān)系
隨機性過程和確定性過程共同驅(qū)動土壤細菌群落組裝，而隨機性過程主導真菌群落組裝（圖3）。土壤細菌群落比真菌群落受確定性過程的影響更大，表明細菌比真菌對環(huán)境和空間異質(zhì)性更敏感。這種差異可能與細菌和真菌的生存策略不同有關(guān)。細菌為r策略者，其特征是體積小、周轉(zhuǎn)率高，從而能夠快速響應環(huán)境變化。相反，作為K策略者的真菌比細菌生長得更慢，但可以有效地利用可用資源，這可能會減少確定性過程的比例并增加隨機性過程的重要性。
圖3.細菌和真菌群落β最近分類單元指數(shù) (β-NTI) (a–b) 和組裝過程(c–d)
共存網(wǎng)絡揭示了細菌網(wǎng)絡的模塊化顯示出地理差異（范圍從 0.567到0.921），真菌的模塊化在四個區(qū)域之間沒有顯著差異（范圍從 0.801 到 0.812）。此外，微生物共存網(wǎng)絡之間的關(guān)系主要是正相關(guān)，所有地區(qū)細菌和真菌網(wǎng)絡內(nèi)的正相關(guān)關(guān)系百分比超過 90%（圖4），表明針葉林地區(qū)微生物群落之間的種間關(guān)系主要是共存。團隊還發(fā)現(xiàn)真菌共存網(wǎng)絡表現(xiàn)出比細菌網(wǎng)絡更高的穩(wěn)定性，這種現(xiàn)象與植物和真菌之間持久的共生關(guān)系有關(guān)。
圖4土壤細菌和真菌群落的網(wǎng)絡分析結(jié)果。圖中節(jié)點代表所有樣本中豐度超過 0.02 %且通過相關(guān)性檢驗（R > 0.6，P < 0.05）的擴增子序列變異（Amplicon Sequence Variants, ASVs）。不同顏色表示由不同 ASV s組成的模塊，彩色節(jié)點表示存在模塊結(jié)構(gòu)，灰色節(jié)點表示不存在模塊結(jié)構(gòu)。
環(huán)境因子分析表明，土壤 pH 值主要影響細菌群落多樣性（圖5a）和組裝過程（表1），而植被條件主要影響真菌多樣性和組成（圖5a,圖5e），其他未考慮的環(huán)境變量影響真菌群落組裝過程（表1）。
圖5影響微生物多樣性和組成（門水平）的環(huán)境因素。（a）Mantel 檢驗確定了影響細菌和真菌群落多樣性的因素; （b-c）冗余分析評估了環(huán)境變量對細菌和真菌群落組成的影響;（d-e）環(huán)境變量在塑造細菌和真菌群落組成中的相對重要性和顯著性。
表1.Mantel檢驗分析了土壤微生物群落β-NTI和環(huán)境變量之間的關(guān)系
論文研究了中國新疆針葉林土壤微生物群落的生物地理格局和組裝過程，揭示了細菌和真菌群落對環(huán)境變化和種間相互作用的響應差異。在未來森林土壤微生物的保護工作中，建議針對細菌和真菌實施不同的恢復措施。
生態(tài)與自然保護學院徐基良教授為該論文通訊作者，博士研究生劉正霄為論文的第一作者。該研究得到了第三次新疆綜合科學考察（2021xjkk0603）的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2024.122653
