种间互作网络的结构、生态系统功能及稳定性机制研究

生态群落中不同物种间发生多样化的相互作用, 形成了复杂的种间互作网络。复杂生态网络的结构如何影响群落的生态系统功能及稳定性是群落生态学的核心问题之一。种间互作直接影响到物质和能量在生态系统不同组分之间的流动和循环以及群落构建过程, 使得网络结构与生态系统功能和群落稳定性密切相关。在群落及生态系统水平上开展种间互作网络研究将为群落的构建机制、生物多样性维持、生态系统稳定性、物种协同进化和性状分化等领域提供新的视野。当前生物多样性及生态系统功能受到全球变化的极大影响, 研究种间互作网络的拓扑结构、构建机制、稳定性和生态功能也可为生物多样性的保护和管理提供依据。该文从网络结构、构建机制、网络结构和稳定性关系、种间互作对生态系统功能的影响等4个方面综述当前种间网络研究进展, 并提出在今后的研究中利用机器学习和多层网络等来探究环境变化对种间互作网络结构和功能的影响, 并实现理论和实证研究的有效整合。     

基于分子生态学网络探究亚高山草甸退化对土壤微生物群落的影响

土壤微生物群落在草地生态系统功能中发挥着至关重要的作用，但目前尚不清楚微生物群落的分子生态网络如何响应亚高山草甸退化。以五台山4个不同退化阶段(未退化、轻度退化、中度退化和重度退化)亚高山草甸为研究对象，利用高通量测序和随机矩阵网络构建理论构建土壤微生物群落分子生态网络。探讨草地退化对亚高山草甸土壤微生物群落结构及网络的影响，不同退化程度下微生物网络结构中的关键微生物变化规律以及该过程中微生物之间的互作关系。研究结果表明，不同退化程度亚高山草甸土壤微生物(细菌、真菌和细菌-真菌)网络拓扑属性存在差异。总体上，退化增加了土壤细菌内部、真菌内部以及细菌-真菌群落间的相互作用，导致其网络结构更为复杂。未退化草甸土壤微生物网络具有较长的平均路径距离和较高的模块性，使其比退化草甸更能抵抗外界环境的变化，在应对人为干扰或者气候变化时可能具有更高的稳定性。退化草甸中的网络关键物种(模块枢纽和连接器)与未退化草甸明显不同。土壤含水量和pH与亚高山草甸土壤细菌、真菌以及整个微生物网络连通度均显著相关(P<0.05),总氮和硝氨态氮含量与土壤真菌和微生物网络连通度呈显著相关(P<0.05)。亚...     

植被退化对滇西北高寒草地土壤微生物群落的影响

【目的】在同尺度下比较我国滇西北高寒草地土壤(GS)及其退化土壤(DGS)中细菌和真菌群落,研究植被退化对高寒草地土壤微生物群落的影响,并探索其环境驱动因子。【方法】分别以16SrRNA基因和ITS基因作为细菌和真菌分子生态学分析的靶标基因,采用定量PCR法测定基因数量来表征微生物群落丰度,采用Illumina Hiseq测序及生物信息学分析研究土壤微生物群落组成和群落结构。【结果】草地退化后,土壤pH值显著上升0.65个单位,土壤水分、总有机碳、可溶性氮含量和C/N比分别显著下降了18.4%、67.5%、47.2%和71.2%;草地退化显著降低了土壤细菌和真菌群落丰度,降低幅度分别为92.4%和94.9%;草地退化没有影响土壤细菌和真菌群落α-多样性,但显著改变了细菌和真菌群落β-多样性(群落结构);草地退化改变了土壤细菌和真菌在OTU水平上的物种组成,土壤真菌OTU种类变化更为显著;草地退化没有影响土壤细菌在门水平上的群落组成,但改变了细菌在纲水平上的群落组成(如Acidimicrobiia、Betaproteobacteria、Chloroplast等);草地退化没有影响土壤真菌在门水平和纲水平上的群落组成。【结论】本研究发现植被退化后滇西北高寒草地土壤质量显著降低,寄居在土壤中的微生物群落丰度也显著降低、微生物群落结构明显改变。     

土壤微生物网络复杂性预测黄土高原造林恢复生态系统多功能性

人类活动导致黄土高原土地退化和生物多样性丧失,进而降低了生态系统功能。人工造林是该区域退化土地恢复的重要措施。现有的生态修复研究通常侧重于微生物群落物种多样性的恢复对单一生态系统功能的影响,而忽略了微生物间存在的相互作用与生态系统多功能性(Ecosystem multifunctionality, EMF)的关系。为探究造林恢复过程中土壤微生物多样性和网络复杂性与EMF的关系,本研究采用时空代换法(space-time substitution method),沿50年造林恢复时间序列,分析了黄土高原地区造林恢复对土壤微生物群落多样性、土壤微生物网络复杂性以及与土壤养分循环相关的10个生态系统功能指标的影响,明确了土壤微生物群落特征与EMF的关系。结果表明,随造林恢复时间序列的增加,土壤微生物群落的综合多样性、网络复杂性和EMF均呈现出显著增加后下降的趋势(P<0.05),其中土壤微生物综合多样性和网络复杂性在第8年达到最高值,EMF在第20年达到最大值。在未控制土壤环境因素时,细菌和古菌多样性与EMF无显著相关性,真菌多样性与EMF呈显著正相关(P<0.001);土壤微生...     

植物多样性对亚热带森林土壤微生物群落的影响

植物群落组成的改变能够直接或间接地影响土壤生态过程并调节参与这些过程的土壤生物,树种特性和多样性是影响土壤微生物多样性和群落结构的关键因素。本项目利用江西新岗山建立的中国亚热带森林生物多样性与生态系统功能(Biodiversity-Ecosystem Functioning Experiment China)BEF-China研究平台,观测了样方水平下不同多样性组成(单物种、2物种、4物种和8物种)对土壤微生物群落结构的影响。结果表明:在森林生态系统演替初期,植物多样性的改变对土壤微生物群落结构具有显著影响,在不同多样性水平处理下,微生物磷脂脂肪酸含量随着植物多样性的增加,表现出先升高后降低的趋势,但各类群微生物磷脂脂肪酸含量并未表现出对植物多样性的明显响应。其中,土壤和凋落物的理化指标能够分别解释微生物群落结构变异的28.4%和12.3%。森林生态系统较高的异质性和地下生态过程响应的滞后性,导致了土壤微生物对植物多样性组成的响应需要较长时间才能显现出来,因此,为了更好地评价地上生物多样性与生态系统功能的关联,应长期监测森林生态系统多样性组成对地下生态过程的影响。     

镉离子污染条件下微生物群落中细菌与藻类的相互作用

【背景】水体微生物有着丰富的多样性,不同种类的微生物之间的相互作用对水体生态系统的组成结构与功能具有重要影响。水体内的藻类与某些微生物可以发生多种相互作用,然而人们对逆境条件下的菌藻有益相互作用尚缺乏深入研究。【目的】为了研究镉对水体微生物群落的影响以及镉胁迫下菌藻之间可能的相互作用。【方法】本研究运用了基于16S rRNA基因的高通量测序技术,分析在不同Cd~(2+)条件下微生物群落结构的变化,利用微生物相互作用网络分析菌藻之间可能发生的相互作用。【结果】通过分离培养筛选出了与集胞藻PCC6803互作抗Cd~(2+)的关键细菌Y9菌株。【结论】研究结果表明Y9菌株属于Phyllobacteriaceae科,与微生物群落组成和微生物互作网络的分析结果相符。本研究为探索水体环境中微生物种间相互作用、菌藻互作抗Cd~(2+)的生态效应提供参考依据。     

长期施肥土壤微生物群落的剖面变化及其与土壤性质的关系

【目的】认识不同施肥模式对土壤微生物群落的长期影响及其与土壤理化属性的联系。【方法】利用新一代高通量测序技术,研究绿洲农田20年单施化肥(N 300 kg/hm2、P2O5150 kg/hm2与K2O 60 kg/hm2)与化肥配施秸秆(同量的N与P肥配施5.4 t秸秆)对土壤剖面(0-300 cm)微生物群落结构的影响。【结果】放线菌与α-变形菌为土壤表层(0-20 cm)的优势类群。随土壤剖面深度的增加,放线菌相对丰度减少,而变形菌,特别是γ-变形菌与β-变形菌相对丰度增加,逐渐成为深层(20-300 cm)土壤中的优势类群。长期施肥对整个土壤剖面的微生物群落结构均有显著影响,并且明显提高了0-40 cm土层中氨氧化古菌的相对丰度。此外,农田管理模式如灌溉可能是氨氧化细菌在土壤垂直剖面的重要驱动因素。统计分析表明土壤全氮含量对表层土壤中微生物群落结构的影响最大,而有机碳含量则是影响深层土壤微生物群落的最重要因子。【结论】长期施肥改变了土壤剖面碳源与氮源的可利用量,导致了施肥处理间土壤微生物群落结构的差异,特别在剖面深层更为明显。     

长期施肥土壤微生物群落的剖面变化及其与土壤性质的关系

摘要:【目的】认识不同施肥模式对土壤微生物群落的长期影响及其与土壤理化属性的联系。【方法】利用新一代高通量测序技术,研究绿洲农田20年单施化肥(N 300 kg/hm2、P2O5 150 kg/hm2与K2O 60 kg/hm2)与化肥配施秸秆(同量的N与P肥配施5.4 t秸秆)对土壤剖面(0－300 cm)微生物群落结构的影响。【结果】放线菌与α-变形菌为土壤表层(0－20 cm)的优势类群。随土壤剖面深度的增加,放线菌相对丰度减少,而变形菌,特别是γ-变形菌与β-变形菌相对丰度增加,逐渐成为深层(20－300 cm)土壤中的优势类群。长期施肥对整个土壤剖面的微生物群落结构均有显著影响,并且明显提高了0－40 cm土层中氨氧化古菌的相对丰度。此外,农田管理模式如灌溉可能是氨氧化细菌在土壤垂直剖面的重要驱动因素。统计分析表明土壤全氮含量对表层土壤中微生物群落结构的影响最大,而有机碳含量则是影响深层土壤微生物群落的最重要因子。【结论】长期施肥改变了土壤剖面碳源与氮源的可利用量,导致了施肥处理间土壤微生物群落结构的差异,特别在剖面深层更为明显。     

基于高通量测序技术的不同年代公园绿地土壤细菌多样性

【背景】细菌多样性对绿地土壤生态功能有重要作用,但不同年代公园绿地土壤的细菌多样性尚未见相关报道。【目的】研究北京市不同年代公园绿地土壤细菌多样性和群落结构特征。【方法】利用IlluminaMiSeq测序技术,分别对北京市代表性古典公园和现代公园绿地土壤细菌群落多样性进行分析。【结果】北京市公园绿地土壤细菌群落共划分为45个已知的菌门,其中变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门和放线菌门为优势细菌群。土壤细菌群落α多样性分析结果表明,古典公园和现代公园的土壤细菌多样性存在差异,表现为古典公园的丰富度和多样性都高于现代公园。此外,土壤细菌群落相似性分析和主坐标分析都表明古典公园和现代公园的土壤细菌群落结构存在显著差异。冗余分析表明,对土壤微生物群落结构产生显著影响的环境因子分别为土壤含水量、有机质和全氮,其它土壤环境因子无统计学意义。首次引入公园年代作为影响因子进行冗余分析的研究结果表明,公园年代为影响公园细菌群落多样性的重要因子。【结论】不同年代公园绿地土壤细菌群落结构和物种多样性具有显著差异,随着公园年代的增加,土壤肥力和微生物多样性增加,绿地生态系统更稳定,可通过制定不同的绿地管理措施改变公园绿地土壤环境,进而优化土壤细菌群落结构,促进土壤碳氮养分循环,提高土壤肥力。     

基于MiSeq测序分析新疆泥火山土壤细菌群落多样性

【目的】以新疆乌苏泥火山土壤为研究对象,了解泥火山细菌群落结构及其时空动态变化。【方法】选择泥火山4种不同生境土壤在4、7、11月份采样,应用Illumina Mi Seq测序技术测定泥火山土壤细菌的16S r RNA基因V3–V4变异区序列,分析乌苏泥火山不同生境土壤细菌群落组成。【结果】泥火山土壤细菌在97%的相似水平下共得到OTU个数为29 005,在细菌门水平上共有38种细菌类群,Proteobacteria、Actinobacteria、Bacteroidetes为优势菌群,在属水平上共有72种细菌类群,其中含量最高的是未分类细菌;多样性分析表明生境D的丰度指数和多样性指数最高,将泥火山细菌群落多样性与理化因子结合分析,发现其多样性随着土壤养分的增加而基本降低,说明物种多样性指数与理化因子之间呈负相关关系;OTU水平的分析表明生境A的群落组成在时空动态上没有显著差异,其样品群落组成较为相似,而生境C的物种组成差异较大。【结论】相比较于传统方法,Mi Seq测序能够更全面解析环境样品中微生物多样性,揭示了乌苏泥火山群蕴含着丰富的微生物资源,这将为深入研究泥火山生态系统奠定基础,为合理利用和开发泥火山微生物资源提供指导。     

水热增加下黑土细菌群落共生网络特征

黑土是有机质含量高且肥沃的土壤类型之一,气候变化会显著改变黑土中微生物群落的结构,同时影响群落间的潜在相互作用关系。[目的] 揭示水热增加对黑土中的细菌群落结构及潜在互作关系的影响。[方法] 基于土壤移置试验,采用16S rRNA高通量测序解析农田黑土（原位黑土、水热增加1和水热增加2）中的细菌群落结构对水热增加的响应;使用CoNet构建微生物群落共生网络,识别共生网络中的枢纽微生物;利用结构方程模型、相关性分析探究水热条件变化下土壤性质、微生物交互作用、多样性之间的直接、间接关系。[结果] 黑土中的微生物以疣微菌、变形杆菌、酸性杆菌和放线菌为主。水热增加下土壤微生物共生网络的拓扑性质发生显著变化,网络中表征微生物潜在竞争关系的负连线随着水热增加而显著增加。气候因素通过改变微生物潜在相互作用影响了群落水平分类多样性。物种竞争增强可能直接导致了土壤有机碳含量的降低。[结论] 水热增加会显著改变黑土中微生物之间的潜在交互作用,枢纽微生物的响应更加敏感。     

大兴安岭典型永久冻土土壤细菌群落组成和多样性

【背景】土壤微生物是土壤生物中的重要成分,参与了土壤生态系统中关键的生物化学循环过程。但是关于寒温带多年冻土土壤微生物的研究还比较薄弱。【目的】探究大兴安岭多年冻土土壤中微生物的多样性和种群结构。【方法】利用MiSeq高通量测序技术对黑龙江大兴安岭地区呼中保护区落叶松冻土和樟子松林冻土土壤样品进行测序。【结果】在落叶松冻土和樟子松林冻土土壤中,相对丰度最高的优势菌群的组成基本一致,在门水平有疣微菌门(Verrucomicrobia)、变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、绿菌门(Chlorobi)、Parcubacteria、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)10个细菌门类,其中,疣微菌门(Verrucomicrobia)在樟子松林土壤中的相对丰度较多,变形菌门(Proteobacteria)在落叶松林土壤中的相对丰度较多。通过α多样性分析可知,落叶松冻土土壤微生物的群落多样性高于樟子松林冻土,而且两者的细菌群落组成与结构差异性较大。【结论】为深入认识大兴安岭多年冻土区的土壤微生物群落结构组成以及影响因素提供数据支撑。     

Differences in vegetation composition and plant species identity lead to only minor changes in soil-borne microbial communities in a former arable field

To examine the relationship between plant species composition and microbial community diversity and structure, we carried out a molecular analysis of microbial community structure and diversity in two field experiments. In the first experiment, we examined bacterial community structure in bulk and rhizosphere soils in fields exposed to different plant diversity treatments, via a 16S rRNA gene clone library approach. Clear differences were observed between bacterial communities of the bulk soil and the rhizosphere, with the latter containing lower bacterial diversity. The second experiment focused on the influence of 12 different native grassland plant species on bacterial community size and structure in the rhizosphere, as well as the structure of Acidobacteria and Verrucomicrobia community structures. In general, bacterial and phylum-specific quantitative PCR and PCR-denaturing gradient gel electrophoresis revealed only weak influences of plant species on rhizosphere communities. Thus, although plants did exert an influence on microbial species composition and diversity, these interactions were not specific and selective enough to lead to major impacts of vegetation composition and plant species on below-ground microbial communities.     

应用Illumina MiSeq高通量测序技术分析河西走廊地区盐碱土壤微生物多样性

【目的】以甘肃省河西走廊地区的9个盐碱土壤样品(原生盐碱土、次生盐碱土、农田土)为材料,研究该地区盐碱土壤中微生物群落的多样性。【方法】提取土壤微生物总DNA,应用Illumina Mi Seq高通量测序技术进行分析。【结果】从分布在河西走廊3个流域的9个盐碱土样品中共获得325 089条微生物的16S r RNA基因序列。冗余分析和热图分析表明,原生盐碱土与次生盐碱土、原生盐碱土与农田土微生物群落构成差异较大,次生盐碱土与农田土微生物群落差异较小。土壤p H对微生物群落组成的影响最显著。多样性指数和稀释性曲线分析得出,在9个土壤样品中,S6号Shannon指数最大,S1号Shannon指数最小,S1号Simpson指数最大,S6号Simpson指数最小,说明原生盐碱土的微生物群落多样性最低,次生盐碱土的微生物群落多样性最高。盐碱土壤中主要的微生物群落包括9个门,其中变形菌门占主导地位,其余依次是放线菌门、拟杆菌门、酸杆菌门、浮霉菌门、绿弯菌门、芽单胞菌门、厚壁菌门和疣微菌门。原生盐碱土和农田土中占优势的微生物群落是变形菌门,次生盐碱土中占优势的微生物群落是放线菌门。【结论】河西走廊地区盐碱土壤中微生物多样性非常丰富,存在大量的微生物类群,尤其是在次生盐碱土壤中。     

Evolutionary ecology of plant-microbe interactions: soil microbial structure alters selection on plant traits

? Below-ground microbial communities influence plant diversity, plant productivity, and plant community composition. Given these strong ecological effects, are interactions with below-ground microbes also important for understanding natural selection on plant traits? ? Here, we manipulated below-ground microbial communities and the soil moisture environment on replicated populations of Brassica rapa to examine how microbial community structure influences selection on plant traits and mediates plant responses to abiotic environmental stress. ? In soils with experimentally simplified microbial communities, plants were smaller, had reduced chlorophyll content, produced fewer flowers, and were less fecund when compared with plant populations grown in association with more complex soil microbial communities. Selection on plant growth and phenological traits also was stronger when plants were grown in simplified, less diverse soil microbial communities, and these effects typically were consistent across soil moisture treatments. ? Our results suggest that microbial community structure affects patterns of natural selection on plant traits. Thus, the below-ground microbial community can influence evolutionary processes, just as recent studies have demonstrated that microbial diversity can influence plant community and ecosystem processes.     

Plant–microbe networks in soil are weakened by century-long use of inorganic fertilizers

Understanding the changes in plant–microbe interactions is critically important for predicting ecosystem functioning in response to human-induced environmental changes such as nitrogen (N) addition. In this study, the effects of a century-long fertilization treatment (> 150 years) on the networks between plants and soil microbial functional communities, detected by GeoChip, in grassland were determined in the Park Grass Experiment at Rothamsted Research, UK. Our results showed that plants and soil microbes have a consistent response to long-term fertilization—both richness and diversity of plants and soil microbes are significantly decreased, as well as microbial functional genes involved in soil carbon (C), nitrogen (N) and phosphorus (P) cycling. The network-based analyses showed that long-term fertilization decreased the complexity of networks between plant and microbial functional communities in terms of node numbers, connectivity, network density and the clustering coefficient. Similarly, within the soil microbial community, the strength of microbial associations was also weakened in response to long-term fertilization. Mantel path analysis showed that soil C and N contents were the main factors affecting the network between plants and microbes. Our results indicate that century-long fertilization weakens the plant–microbe networks, which is important in improving our understanding of grassland ecosystem functions and stability under long-term agriculture management.     

围封对退化高寒草甸土壤微生物群落多样性及土壤化学计量特征的影响

围封对植被处于近自然恢复状态的退化草地有一定的修复作用,开展轻度退化草地围封过程中生物与非生物因素的协同互作研究是完整地认识草地生态系统结构和功能的基础.本试验对围栏封育10年的轻度退化草地的土壤化学计量特征进行了研究,同时采用高通量基因测序技术并结合Biolog-Eco方法,调查了土壤微生物多样性和功能的变化.结果表明:轻度退化草地实施围封后,土壤铵态氮含量显著升高,全钾含量显著降低,土壤有机碳、全氮、全磷、硝态氮、速效磷和速效钾则无明显变化.高寒草甸土壤微生物碳和氮在轻度退化和围栏封育草地间差异不显著;围栏封育后草地土壤微生物碳氮比显著高于轻度退化草地.随培养时间的延长,高寒草甸不同土层土壤微生物碳代谢强度均显著升高,土壤微生物碳代谢指数在轻度退化和围栏封育草地间差异不显著.高寒草甸土壤细菌OTUs显著高于真菌,轻度退化与围栏封育草地土壤微生物相似度为27.0%～32.7%.围封后,土壤真菌子囊菌门、接合菌门和球壶菌门相对丰富度显著升高,担子菌门显著降低,土壤细菌酸杆菌门显著低于轻度退化草地.土壤真菌和细菌群落组成在不同土层间差异较大,在轻度退化和围栏封育草地间仅有表层土壤真菌群落组成表现出较大差异.土壤细菌多样性受土壤全氮和速效钾影响较大,真菌多样性受地上生物量影响较大.土壤微生物对碳源利用能力主要受土壤速效钾影响.综上,长期围封禁牧对轻度退化草地土壤养分和土壤微生物无明显影响,且会造成牧草资源浪费,适度放牧可以保持草地资源的可持续利用.     

辉腾锡勒草原干涸湖泊中氨氧化微生物群落结构分析

【目的】以内蒙古辉腾锡勒草原九十九泉湿地为对象,研究湖泊干涸过程中氨氧化微生物的群落结构及其变化。【方法】通过MPN-PCR定量测定氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)的数量;构建amoA基因克隆文库,进行系统发育分析;结合土壤环境因子,探讨湿地退化过程中影响氨氧化微生物的潜在因素。【结果】依湖泊湿地退水梯度的不同样点中,有75%的样点AOB的数量高于AOA,AOB与AOA的数量比率为0.3-18.1。从湖心到湖岸草原带,AOA和AOB的数量有明显增加,但生物多样性呈降低趋势,二者没有呈现正相关。研究发现,AOB的数量与土壤中NH 4+-N的变化存在良好响应。系统发育分析显示,退化湖泊湿地AOA克隆序列均来自于泉古菌门(Crenarchaeota);AOB的amoA基因的克隆序列大部分与亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)有一定同源性,较少部分与亚硝化螺菌属(Nitrosospira)有一定同源性。【结论】湖泊退水过程增加了湿地土壤氨氧化微生物的数量,而氨氧化微生物的种群丰度有所降低。AOA和AOB群落对湖泊湿地的退化过程做出了响应,其中AOB的响应较为明显,氧化条件和土壤铵浓度的改变可能是促成这种响应的重要原因。     

长期人为干扰对桂西北喀斯特草地土壤微生物多样性及群落结构的影响

人为干扰是喀斯特草地正向演替的主要障碍因素, 从土壤微生物角度探讨草地对干扰的响应可为喀斯特生态恢复与科学利用提供依据。该研究依托中国科学院环江喀斯特生态系统观测站长期干扰监测样地, 通过高通量测序测定3个干扰模式(火烧、刈割、刈割除根)和1个对照(封育)处理的土壤细菌、真菌α多样性和群落结构, 并分析它们与环境因子(坡位、土壤理化性质)的关系, 揭示人为干扰对桂西北喀斯特草地土壤微生物的影响及机制。结果显示: 1)对于α多样性, 在中坡和下坡, 火烧均显著降低了真菌Chao1指数, 刈割均显著降低了细菌的香农指数和谱系多样性指数; 刈割除根在中、下坡分别显著降低了真菌Chao1指数和细菌香农指数。2)对于群落结构, 火烧、刈割和刈割除根在中、下坡均显著降低了酸杆菌门细菌相对丰度, 火烧在下坡使子囊菌门真菌相对丰度从74.49%显著降低至34.72%。3)冗余分析显示, 微生物生物量碳含量解释细菌和真菌α多样性变化的29.8%和26.8%以及细菌群落结构变化的31.7%; 细根生物量解释细菌α多样性和真菌群落结构变化的13.9%和10.3%。可见, 长期人为干扰对土壤微生物α多样性产生负面影响, 并显著改变微生物群落结构, 影响程度因干扰方式、微生物种类不同而异, 且受坡位调控。土壤微生物生物量碳含量和细根生物量的减少是人为干扰影响土壤微生物多样性和群落结构的重要因素。α多样性及子囊菌的减少将不利于土壤生态系统稳定性的维持, 酸杆菌的减少将不利于土壤有机质降解和铁循环。因此, 长期火烧、刈割等人为干扰将导致喀斯特草地生态系统功能发生退化。     

Biogeography and ecological diversity patterns of rare and abundant bacteria in oil‐contaminated soils

Revealing the biogeographies and ecologies of rare and abundant microorganisms is crucial to understand ecosystem diversity and function. In this study, we investigated the biogeographic assemblies and ecological diversity patterns of rare and abundant bacteria in long‐term oil‐contaminated soils at intervals of 46–360 km by performing high‐throughput sequencing of 16S rRNA genes. The results clearly revealed distinct distribution patterns for rare and abundant bacteria in soil samples. Rare taxa were unevenly distributed; however, abundant taxa were ubiquitous across all samples. Both rare and abundant subcommunities showed significant distance–decay relationships, and their assemblies were driven by different factors. The rare subcommunity primarily exhibited a spatially structured distribution (i.e., stochastic processes), while edaphic factors (i.e., deterministic processes) largely contributed to the structure of the abundant subcommunity. A network analysis revealed closer relationships between abundant bacteria and their heightened influence on other co‐occurrences in the community compared with rare species. In conclusion, rare microbial taxa may play potential roles in maintaining ecosystem diversity, although they do not appear to be central to microbial networks. Abundant microbes are vital for microbial co‐occurrences in oil‐contaminated soils, and high relative abundance and ubiquitous distribution suggest potential roles in the degradation of organic pollutants.