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青藏高原是全球氣候變化最敏感的地區(qū)之一，其生態(tài)系統(tǒng)脆弱，生境復(fù)雜多樣。生物土壤結(jié)皮（Biological soil crusts, BSCs）是土壤表面重要的地表覆蓋類(lèi)型，在穩(wěn)定土壤表層、調(diào)節(jié)水分分布、驅(qū)動(dòng)碳氮循環(huán)等方面發(fā)揮著重要作用。這些能力可以為極端高原地區(qū)提供關(guān)鍵的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。鑒于土壤微生物在生物結(jié)皮中的關(guān)鍵作用及其對(duì)全球氣候變化的反饋效應(yīng)，探討生境環(huán)境因子對(duì)生物結(jié)皮微生物群落空間差異的驅(qū)動(dòng)作用至關(guān)重要。
圖1 青藏高原生境特異性調(diào)控生物土壤結(jié)皮微生物群落的空間分布
中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所李敦海研究團(tuán)隊(duì)在青藏高原地區(qū)開(kāi)展了一次跨越1500公里以上的大尺度調(diào)查。根據(jù)植被生長(zhǎng)狀況和地貌特點(diǎn)選擇了戈壁灘(GB)、高山荒漠(AD)、灌木草甸(SM)、森林草地(FG)四種典型的高原生境（圖1），共在16個(gè)地區(qū)采集了80份生物土壤結(jié)皮及其下層土壤樣品。收集了各采樣地區(qū)的地理氣候特征，測(cè)定了樣品的土壤和生物土壤結(jié)皮性質(zhì)，并通過(guò)宏基因組測(cè)序技術(shù)表征了生物土壤結(jié)皮微生物群落多樣性和結(jié)構(gòu)特征。
研究結(jié)果表明，生境特異性塑造了青藏高原生物土壤結(jié)皮的多樣性，調(diào)控了生物土壤結(jié)皮微生物的群落組成、多樣性和空間分布。不同生境間微生物群落空間差異是由多種環(huán)境因素共同驅(qū)動(dòng)，其中土壤有機(jī)碳(SOC)和土壤含水量(SWC)是重要驅(qū)動(dòng)因子，并且在青藏高原的特殊氣候條件下，生物土壤結(jié)皮微生物群落的空間格局受降水而非溫度控制。此外，生態(tài)過(guò)程進(jìn)一步解釋了生境特異性的影響，環(huán)境過(guò)濾比擴(kuò)散限制更好地解釋了微生物群落的差異。原核微生物群落的組裝在區(qū)域尺度上是由確定性過(guò)程決定的，在局部尺度上，組裝過(guò)程主要由生境類(lèi)型決定，而真核微生物群落的組裝在區(qū)域和局部尺度上均由隨機(jī)過(guò)程決定。生物土壤結(jié)皮的高適應(yīng)性和敏感性對(duì)于穩(wěn)定氣候多變、生態(tài)脆弱的青藏高原生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮了重要作用。該研究為未來(lái)氣候變化情景下生物土壤結(jié)皮分布預(yù)測(cè)和資源保護(hù)提供了科學(xué)參考。
該研究成果以“Habitat-specific environmental factors regulate the spatial variability of biological soil crust microbial communities on the Qinghai-Tibet Plateau ”為題發(fā)表在Science of The Total Environment (2023, 901: 165937)，文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S004896972304562X#f0020。水生所與西藏大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生丁宇昂為論文的第一作者，李敦海研究員為通訊作者。本研究得到了中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所特色院所服務(wù)項(xiàng)目（Y85Z061601）和自由探索基礎(chǔ)研究項(xiàng)目（2020000141）的共同支持。