环境多因子对温带草原土壤微生物群落结构的影响

草原是地球陆地最主要的，但也是较为脆弱的一个生态系统。全世界草原的总面积约为2400万平方公里。其中，我国草地有313万平方公里，占我国国土面积的三分之一，是世界第三草地大国。由于气候变化和人类干扰，我国草原面临着植被退化、物种减少、水土流失、沙尘暴频发等严重问题，给国民经济和人民生活带来巨大的挑战，因此亟需对生态效应进行深入评估。依托中国科学院已有的野外实验站平台，本项目主要在位于内蒙古的多伦恢复生态学研究站和青海省的海北草甸生态系统定位站开展了工作。我们多次在这些实验站的长期定位实验研究样地里采集土壤样品，研究放牧、降水、温度和风蚀等环境因子对土壤生态系统的扰动。利用目前世界上最先进的Geochip芯片和高通量测序等宏基因组学技术，并结合其他现代环境生态学技术，识别了草原土壤微生物延海拔梯度分布的功能多样性；发现微生物物种组成和功能基因对放牧、种植、降水、温度和风蚀等环境因子的变化极为敏感，说明功能冗余在野外自然环境中较少；发现DNA丰度与土壤异质呼吸、硝化潜势、氧化亚氮排放存在显著相关性，证明了这些微生物介导的功能过程在野外可以检测出来，因此DNA可以用于表征土壤碳氮循环过程和碳氮组分变化。相关研究成果在SCI 期刊已发表论文10篇。并以本项目为契机成功在清华大学构建了功能基因芯片技术的实验和数据分析体系。本项目的顺利实施，为草原碳库、氮库和生物地球化学循环过程的模型构建、验证和预测提供可靠的参数，同时为我国的国际气候谈判和草原生态系统的管理、资源合理利用和生态恢复提供必需的基础科学数据。