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青藏高原是全球氣候變化最敏感的地區之一，其生態(tài)系統脆弱，生境復雜多樣。生物土壤結皮（Biological soil crusts, BSCs）是土壤表面重要的地表覆蓋類(lèi)型，在穩定土壤表層、調節水分分布、驅動(dòng)碳氮循環(huán)等方面發(fā)揮著(zhù)重要作用。這些能力可以為極端高原地區提供關(guān)鍵的生態(tài)系統服務(wù)。鑒于土壤微生物在生物結皮中的關(guān)鍵作用及其對全球氣候變化的反饋效應，探討生境環(huán)境因子對生物結皮微生物群落空間差異的驅動(dòng)作用至關(guān)重要。
圖1 青藏高原生境特異性調控生物土壤結皮微生物群落的空間分布
中國科學(xué)院水生生物研究所李敦海研究團隊在青藏高原地區開(kāi)展了一次跨越1500公里以上的大尺度調查。根據植被生長(cháng)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)地區采集了80份生物土壤結皮及其下層土壤樣品。收集了各采樣地區的地理氣候特征，測定了樣品的土壤和生物土壤結皮性質(zhì)，并通過(guò)宏基因組測序技術(shù)表征了生物土壤結皮微生物群落多樣性和結構特征。
研究結果表明，生境特異性塑造了青藏高原生物土壤結皮的多樣性，調控了生物土壤結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)境因素共同驅動(dòng)，其中土壤有機碳(SOC)和土壤含水量(SWC)是重要驅動(dòng)因子，并且在青藏高原的特殊氣候條件下，生物土壤結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域和局部尺度上均由隨機過(guò)程決定。生物土壤結皮的高適應性和敏感性對于穩定氣候多變、生態(tài)脆弱的青藏高原生態(tài)系統發(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皮分布預測和資源保護提供了科學(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。本研究得到了中國科學(xué)院水生生物研究所特色院所服務(wù)項目（Y85Z061601）和自由探索基礎研究項目（2020000141）的共同支持。