长白山高山苔原土壤微生物群落组成与功能研究

苔原包括极地苔原和高山（山地）苔原，是以苔藓和地衣占优势的、无林的自然景观类型，是地球上陆地生态系统对气候变化最为敏感的区域之一。本申请项目以我国最典型的高山苔原- - 长白山苔原为研究对象，利用微生物学方法及现代分子生物学技术研究高山苔原土壤微生物群落结构与功能﹑季节变化以及与低海拔森林土壤的异同；并在实验室模拟条件下研究微生物群落对气候变化（气温升高、大气氮沉降）的反应。这项研究将会填补我国高山苔原土壤微生物群落研究的空白，为我国苔原生态区保护以及预测对气候变化的响应提供理论依据。项目最后进一步通过比较长白山苔原和加拿大北极苔原土壤，研究高纬度、高海拔两种不同类型苔原土壤的微生物群落异同以及与高山﹑极地两种不同生存环境的关系。

长白山是目前地球上为数不多保存完整的自然生态系统之一，其植被的垂直分布是欧亚大陆从温带到寒带植被水平地带性的缩影，长白山苔原是我国最典型的高山苔原，是研究土壤微生物群落及其生态功能的理想平台。本项目通过高通量测序技术深入研究了长白山土壤细菌及真核微生物群落组成、多样性及其空间分布, 并重点研究了高山苔原小尺度下不同海拔（植被类型）下土壤微生物的空间分异。结果表明，在尺度下长白山大细菌群落随海拔（植被类型）呈明显分异，细菌群落组成、多样性水平以及优势细菌门的相对丰度与土壤pH呈最显著相关。本研究首次论证了pH也是驱动土壤细菌群落垂直分布的关键因子，从而拓宽了pH驱动土壤细菌生物地理分布的空间范围：从水平到垂直梯度。与细菌类似, 真核微生物（真菌，原生动物等）随海拔（植被类型）也呈现明显分异，其群落组成和多样性与pH也呈现显著相关。长白山植物多样性随海拔升高而降低，然而微生物多样性随海拔未呈现明显的趋势,表明长白山土壤微生物的海拔多样性模式与动植物显著不同。在高山苔原小尺度下, 土壤细菌群落组成随海拔梯度（植被类型）也呈现出明显的分异, 且其多样性随海拔升高显著下降。为进一步加深理解微生物的海拔分布模式及其与碳氮循环的关联, 后续研究我们聚焦碳氮转化微生物及功能基因的垂直分布, 期望揭示生物多样性海拔分布的特点和内在机制, 并为长白山生态系统的综合管理提供科学依据。

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