我国森林土壤细菌群落地理分布及其驱动机制研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院广州地球化学研究所) | 被引量 : 7次 | 上传用户:yhmlivefor54
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森林生态系统是最主要的陆地生态系统之一,具有丰富的物种和多样性,了解其生物结构和多样性对维护生态系统结构多样性和功能稳定性具有重要科学意义。土壤微生物是森林生态系统的重要组成之一,并在森林生态系统物质转换、能量流动和生物地球化学循环过程中扮演重要角色,对维持森林生态系统结构和功能稳定性方面起着重要作用。探究森林土壤微生物群落构建和维持机制一直是微生态学的核心课题,尽管大量研究关注森林土壤微生物时空分布及对全球变化和人为干扰的响应机制,我们对土壤分布微生物时空分布和驱动机制的了解是有限的,至少与已知的宏观生物相比。已有的相关研究由于研究尺度、生物特性等差异,获得的结论存在较大争议,相关用于解释微生物群落构建和维持机制理论也未达成共识。此外,多数研究集中在局部或者区域尺度的研究,缺乏大陆或者全球尺度的相关研究,尤其是国内森林土壤森林微生物的大尺度研究鲜有报道。因此,迫切需要开展大尺度的我国森林土壤细菌的空间分布和驱动机制研究,探究其群落构建机制,以期为预测土壤微生物群落变化和探究其构建机制提供理论基础。本研究的主要结果和结论如下:我们的研究表明,我国森林土壤细菌的核心门类群落结构并非是均匀的分布,而是呈现少量的优势物种和大量的稀有物种的规律,并且少数的核心种群的具有较高的丰度。分析森林土壤细菌核心物种alpha多样性研究发现,虽然核心物种普遍存,但其alpha多样性在大尺度上呈现显著差异。此外,距离衰减关系分析发现,在大尺度条件下土壤细菌核心物种群落多样性并未呈现随距离增加而递减的规律,证实土壤微生物核心物种在大尺度的群落多样性分布不同于大生态以及在小尺度发现的微生物多样性距离衰减模式。我们利用限制性排序探究驱动森林土壤细菌群落分布的主要环境因子,筛选的环境因子可以显著解释38.49%的分布差异。其中气候因子年均降雨(MAP)对森林土壤微生物群落分布的解释度最高(47.22%,P<0.05),其次为pH和年均湿度(MAH)。对森林土壤细菌核心门类群落分布的变差分解的结果显示,气候因子(Climate factors)相较空间因子(Spatial factors)和土壤因子(Soil factors)对微生物分布变差具有更高的解释度解释。说明相较其他因子,大尺度条件下,气候因子是驱动森林土壤微生物群落空间分布的主要因子。此外,正如前人研究发现的pH也可以很好解释大尺度下微生物群落分布差异。在此基础上我们利用结构方程模型(Structural Equation Model,SEM)解析发现的主要环境因子是如何影响微生物群落分布差异的,结果显示MAP通过影响土壤理化性质间接影响其分布,而pH主要直接影响微生物群落分布。分析森林土壤细菌核心物种群落分布的结果表明,大尺度下森林细菌核心物种沿土壤环境因子pH、硝态氮、有效态钙和有效态镁等梯度呈现明显的分布趋势,而随空间因子和气候因子的分布没有较为明显的规律。结合前面对驱动森林土壤细菌核心物种多样性分布的因子分析,我们推测在大尺度下,确定性过程对森林土壤细菌核心物种群落构建的作用更重要。
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