我院修复生态学科徐基良教授团队基于新疆泰加林生态系统植被和土壤调查数据，探讨了土壤细菌和真菌群落生物地理格局及形成机制的差异，相关研究成果“Differential spatial responses and assembly mechanisms of soil microbial communities across region-scale Taiga ecosystems”近期在国际环境科学与生态学TOP期刊《Journal of Environmental Management》（IF=8.0）在线发表。

生物地理格局及形成机制一直是生态学和生物多样性保护等领域的研究热点。泰加林（泛指寒温带的北方森林）是北半球最具代表性的森林类型，在全球森林碳汇中扮演重要角色。土壤微生物通常作为评估森林生态系统质量和健康状况的指标，不同的土壤微生物群落在调节森林生态系统过程和功能方面发挥着不同的关键作用。然而，人们对泰加林土壤微生物各类群的空间模式和组装机制的差异仍然知之甚少。

为此，我们在新疆阿勒泰地区北部的泰加林设置了四个采样区（图1），每个样区设置了8个样地，在每个样地的表层（0-10cm）采集了土壤微生物样品，并对样地的植被特征和土壤理化性质进行了详细调查，使用零模型方法、共存网络分析、Mantel分析等方法，评估了泰加林生态系统中细菌和真菌群落的生物地理格局、组装过程及影响因素的差异。

图1四个采样区位置示意图

结果表明，在泰加林约 400 公里的区域范围内，细菌群落和真菌群落之间的相似性随着距离的增加而降低，细菌群落表现出比真菌群落更明显的模式（图2）。与以往大多数研究发现的结果相似，这种差异可能是由于细菌和真菌群落对与地理位置相关的环境变量的不同反应引起的。

图2地理距离与细菌(A)和真菌(B)群落相似性（1-Bray-Curtis distance）之间的关系

随机性过程和确定性过程共同驱动土壤细菌群落组装，而随机性过程主导真菌群落组装（图3）。土壤细菌群落比真菌群落受确定性过程的影响更大，表明细菌比真菌对环境和空间异质性更敏感。这种差异可能与细菌和真菌的生存策略不同有关。细菌为 r 策略者，其特征是体积小、周转率高，从而能够快速响应环境变化。相反，作为 K 策略者的真菌比细菌生长得更慢，但可以有效地利用可用资源，这可能会减少确定性过程的比例并增加随机性过程的重要性。

图3 细菌和真菌群落β最近分类单元指数 (β-NTI) (a–b) 和组装过程(c–d)

共存网络揭示了细菌网络的模块化显示出地理差异（范围从 0.567到0.921），真菌的模块化在四个区域之间没有显著差异（范围从 0.801 到 0.812）。此外，微生物共存网络之间的关系主要是正相关，所有地区细菌和真菌网络内的正相关关系百分比超过 90%（图4），表明针叶林地区微生物群落之间的种间关系主要是共存。我们还发现真菌共存网络表现出比细菌网络更高的稳定性，这种现象与植物和真菌之间持久的共生关系有关。

图4土壤细菌和真菌群落的网络分析结果。图中节点代表所有样本中丰度超过 0.02 %且通过相关性检验（R > 0.6，P < 0.05）的扩增子序列变异（Amplicon Sequence Variants, ASVs）。不同颜色表示由不同 ASV s组成的模块，彩色节点表示存在模块结构，灰色节点表示不存在模块结构。

环境因子分析表明，土壤 pH 值主要影响细菌群落多样性（图5a）和组装过程（表1），而植被条件主要影响真菌多样性和组成（图5a,图5e），其他未考虑的环境变量影响真菌群落组装过程（表1）。

图5影响微生物多样性和组成（门水平）的环境因素。（a）Mantel 检验确定了影响细菌和真菌群落多样性的因素; （b-c）冗余分析评估了环境变量对细菌和真菌群落组成的影响;（d-e）环境变量在塑造细菌和真菌群落组成中的相对重要性和显著性。

表1 Mantel检验分析了土壤微生物群落β-NTI和环境变量之间的关系

本研究明晰了中国新疆针叶林土壤微生物群落的生物地理格局和组装机制，揭示了细菌和真菌群落对环境变化和种间相互作用的响应差异。建议在未来森林土壤微生物的保护工作中，应针对细菌和真菌实施不同的恢复措施。

北京林业大学生态与自然保护学院2021级博士研究生刘正霄为论文第一作者，徐基良教授为通讯作者。孙晗副教授，博士研究生吕玥明，以及硕士研究生汪蕴琪、刘杨、熊明民、唐缘、李星月也参与了本研究。该研究得到了第三次新疆科学考察计划（2021xjkk0603）的资助。

论文信息：

Liu, Z., Lyu, Y., Liu, Y., Wang, Y., Xiong, M., Tang, Y., Li, X., Sun, H., Xu, J*.(2024). Differential spatial responses and assembly mechanisms of soil microbial communities across region-scale Taiga ecosystems. Journal of Environmental Management. DOI: 10.1016/j.jenvman.2024.122653

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301479724026392

编辑：刘正霄

审核：徐基良