近期，保護學院修復生態學科徐基良教授團隊基于新疆泰加林生態系統植被和土壤調查數據，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，在國際環境科學與生態學TOP期刊《Journal of Environmental Management》（IF=8.0）在線發表。
生物地理格局及形成機制一直是生態學和生物多樣性保護等領域的研究熱點。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系統質量和健康狀況的指標，不同的土壤微生物群落在調節森林生態系統過程和功能方面發揮著不同的關鍵作用。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北部的泰加林設置了四個采樣區（圖1），每個樣區設置了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進行了詳細調查，使用零模型方法、共存網絡分析、Mantel分析等方法，評估了泰加林生態系統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1.四個采樣區位置示意圖
結果表明，在泰加林約 400 公里的區域范圍內，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，細菌群落表現出比真菌群落更明顯的模式（圖2）。與以往大多數研究發現的結果相似，這種差異可能是由于細菌和真菌群落對與地理位置相關的環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）之間的關系
隨機性過程和確定性過程共同驅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境和空間異質性更敏感。這種差異可能與細菌和真菌的生存策略不同有關。細菌為r策略者，其特征是體積小、周轉率高，從而能夠快速響應環境變化。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 (β-NTI) (a–b) 和組裝過程(c–d)
共存網絡揭示了細菌網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，微生物共存網絡之間的關系主要是正相關，所有地區細菌和真菌網絡內的正相關關系百分比超過 90%（圖4），表明針葉林地區微生物群落之間的種間關系主要是共存。團隊還發現真菌共存網絡表現出比細菌網絡更高的穩定性，這種現象與植物和真菌之間持久的共生關系有關。
圖4土壤細菌和真菌群落的網絡分析結果。圖中節點代表所有樣本中豐度超過 0.02 %且通過相關性檢驗（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，彩色節點表示存在模塊結構，灰色節點表示不存在模塊結構。
環境因子分析表明，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）冗余分析評估了環境變量對細菌和真菌群落組成的影響;（d-e）環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和環境變量之間的關系
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
