华南植物园揭示增温下森林生态系统土壤微生物组装过程差异
气候变化会影响热带森林生态系统土壤微生物群落组装的过程,然而土壤微生物群落对增温的响应及适应过程与机理尚不明确，对未来气候变暖下土壤微生物群落结构的预测带来了新的挑战。
中国科学院华南植物园研究人员依托鼎湖山森林生态系统国家野外科学观测研究站的野外模拟增温实验平台，分析了2018年至2020年连续三年增温下土壤细菌与真菌群落结构与组装过程。结果表明，在增温6年后，土壤微生物网络结构更为复杂、网络关键节点的数量随温度升高而增加；土壤细菌与真菌群落结构在干季与湿季均发生显著变化；与真菌不同，相同增温处理下细菌群落结构在连续三年采样中仍有显著变化；随机森林结果表明，真菌群落对增温的预测准确度比细菌更高，这些差异可能与细菌和真菌不同的群落组装过程有关。进一步研究表明，细菌与真菌群落组装分别由随机过程及确定性过程主导（图1）。随机过程是细菌群落组成的驱动因素，增温2.1℃导致细菌的组成受到确定性过程的影响。通过构建结构方程模型，研究评估了温度、土壤养分及土壤含水率对细菌与真菌群落结构组成的影响（图2）。结果表明，增温是影响土壤微生物群落结构的主要因素。在干季中，增温对微生物群落结构有显著正影响（发散），而湿季增温则导致微生物群落结构收敛。尽管在发散和收敛的过程中，土壤微生物组合可能存在季节性变化，但是研究发现，总体而言，微生物群落结构趋于发散，即与空白对照有显著差异。因此，研究增温下森林生态系统土壤微生物群落的演替过程，将有助于利用微生物预测气候变暖各阶段以及预测微生物生态功能的演变方向，为完善微生物参与生态系统养分循环过程提供理论依据。
相关研究成果已于近日发表在Global Change Biology（《全球变化生物学》）上。研究工作得到国家自然科学基金、广东省重点研发计划及博士后基金的资助。
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图1 气候变暖对微生物群落组装过程的影响。（a-f）中性群落模型（neutral community model，NCM）；（g）归一化随机率（normalized stochasticity ratio，NST）。
图2 气候变暖下微生物群落组成的环境驱动因素。（a-b）干、湿季中环境驱动因素影响微生物群落结构的路径分析；（c-f）各驱动因素对微生物群落结构的直接、间接及总影响。
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