森林转换对土壤微生物β多样性影响获新进展

作者：会同森林站   更新时间：2018-12-20

森林转换对土壤微生物β多样性影响获新进展
土地利用方式改变所造成的微生物β多样性降低是微生物群落组成“空间同质化”现象，这会影响微生物群落功能的完整性，减弱土壤生态系统对全球变化的抗干扰能力。因此，评估土地利用方式改变对生态系统结构和功能的影响，尤其是对生物多样性，是当今亟待解决的重大生态环境问题。天然林转变为人工林土壤微生物β多样性的影响及其驱动机制尚不明确。目前，天然林转变为其他土地方式的研究主要集中在亚马逊热带森林转变成较单一的农田，且其对土壤微生物β多样性的影响尚存争议，更重要的是相关研究没有考虑季节变异的影响。因此，研究森林转变对土壤微生物β多样性的影响及其季节变异特征有助于我们理解微生物对干扰响应的时间依赖性。
有鉴于此，中国科学院沈阳应用生态研究所王清奎研究团队的博士研究生刘圣恩依托中国科学院会同森林生态实验站人工林观测场等森林样地开展了相关研究，分别在夏季和冬季采用嵌套采样的方式采集了常绿阔叶林和杉木人工林表层土壤，探讨森林转变对土壤细菌和真菌β多样性的影响及其驱动机制。结果显示微生物群落结构的差异随样点间的距离增加而变大，且微生物β多样性对干扰的响应具有季节变化特征，表现为夏季常绿阔叶林土壤中细菌和真菌的β多样性均高于杉木人工林，而冬季相反；天然林转变为杉木人工林提高了随机过程在局域尺度上对细菌和真菌多样性的作用，在夏季环境过滤对真菌作用较强，而在冬季对细菌作用较强；结合理论模型和该研究结果，我们提出了森林生态系统表层土壤微生物次生演替过程中“随机过程/决定性过程”变化的概念模型。以上研究成果以Forest conversion induces seasonal variation in microbial β-diversity为题发表在微生物学著名期刊“Environmental Microbiology”杂志上。刘圣恩为第一作者，王清奎研究员为通讯作者。相关工作得到了中国科学院战略性先导科技专项(B 类)、国家基金委项目和国家重点研发计划等项目的支持。
 
图1不同森林类型土壤微生物群落相似性随距离的变化特征。(a)和(b)代表夏季和冬季细菌的β多样性，(c)和(d)代表夏季和冬季真菌的β多样性 “B”和“C”代表阔叶林和杉木林。横轴代表样点之间的地理距离取对数，纵轴代表样点之间的Unweight-Unifract距离，Slope是回归系数代表β多样。依据R2和AIC选择最优回归模型,阴影区域表示95%的可信度区间。
 

图2 随机过程和生态位过程对土壤细菌(a)和真菌(b)群落构建的影响。基于Unweight-Unifract距离，利用null-model 定量随机过程和生态位过程对微生物群落构建的相对重要性，秩和检验验证组间差异。

 
图3 干扰后地上植被演替和地下微生物演替潜在的关系的概念模型 (蓝线和红线分别代表阔叶林和杉木人工林微生物在干扰后的演替特征)