山地生态系统中，草本植物根际细菌和真菌多样性的分布模式及其沿海拔梯度的变化影响因素

《Applied Soil Ecology》：Distribution patterns of herbaceous rhizosphere bacterial and fungal diversities and their influencing factors along the elevational gradient in mountain ecosystems

本研究通过绝对定量测序分析贺兰山五类草地根际微生物多样性及其驱动因素，发现细菌和真菌多样性随海拔升高呈现不同趋势，土壤C/N/P stoichiometry和理化性质（如pH、SOC、TN）显著影响细菌多样性，而地理和气候因素对真菌影响更大。结构方程模型表明，细菌受土壤养分主导，真菌受综合因素影响。研究结果揭示了山地生态系统下根际微生物分布的驱动机制，为全球变化下的生态研究提供依据。

　　本研究聚焦于高山生态系统中草本植物根际微生物的分布模式及其影响因素，特别是在全球草地退化背景下。草本植物根际微生物在植物生长、营养获取以及应对环境胁迫方面发挥着至关重要的作用。作为生态系统中最具代表性的部分之一，草地不仅维持着生物多样性，还支持着多种生态功能。然而，目前关于根际微生物的研究主要集中在经济作物上，对于高山生态系统中草本植物根际微生物的分布规律和影响因素仍缺乏系统认识。因此，本研究选取宁夏贺兰山不同海拔高度的五种草地类型，通过绝对定量扩增子测序技术，分析了根际微生物的多样性及分布模式，并探讨了其与土壤理化性质之间的关系。

贺兰山位于中国西北地区，是连接宁夏平原与内蒙古阿拉善盟的重要地理屏障，对区域生态安全具有重要意义。然而，由于过去长期高强度放牧和采矿活动的影响，该地区的草地生态系统已遭受一定程度的退化。草地退化不仅威胁生态系统的稳定性，还可能导致本地适应性物种的消失。因此，了解根际微生物在不同海拔高度的分布规律及其与土壤理化性质之间的关系，有助于评估草地生态系统的健康状况，并为未来全球变化背景下微生物群落的响应机制提供理论依据。

研究结果显示，根际微生物的多样性和丰富度在不同海拔高度上表现出显著差异。总体来看，随着海拔升高，土壤有机碳（SOC）、总氮（TN）和总磷（TP）的含量呈现上升趋势，这可能与高山地区的降水模式、温度变化以及植被类型有关。在2600米处，根际细菌的多样性达到峰值，而2950米处则出现了显著的微生物丰度变化。相比之下，根际真菌的多样性在不同海拔高度上变化较小，表现出一定的均匀性。这些结果表明，细菌与真菌在高山生态系统中的分布模式受到不同因素的调控。

在微生物α多样性方面，研究发现，土壤有机碳、总氮、总磷及其比值对根际微生物多样性具有显著影响。特别是SOC、TN和TP的增加，与微生物α多样性呈正相关。同时，土壤水分（SM）、pH值和TN/TP比值也对微生物α多样性产生重要影响。通过冗余分析（RDA）和方差分解分析（VPA），进一步确认了土壤碳、氮、磷的化学计量比对微生物α多样性的影响大于土壤其他性质。这一发现表明，土壤的碳氮磷化学计量比在决定微生物多样性方面起着关键作用，这与我们提出的第一个假设一致。

在微生物β多样性方面，主坐标分析（PCoA）显示，随着海拔升高，根际微生物群落结构呈现出明显的分离趋势。这一结果表明，不同海拔高度的微生物群落具有显著差异。在细菌群落中，SOC、SM、TN/TP和TN是影响群落结构的主要因素，而在真菌群落中，SOC、SM和TP则发挥了更重要的作用。这说明，虽然土壤化学计量比在细菌和真菌的分布中都起着重要作用，但其影响机制存在差异。通过结构方程模型（SEM），进一步揭示了不同因素对细菌和真菌分布模式的调控作用，其中细菌主要受土壤化学计量比的影响，而真菌则更受地理、气候因素以及土壤理化性质的调控。这支持了我们提出的第三个假设，即影响细菌和真菌分布的因素存在差异。

此外，研究还发现，根际微生物的组成与植物种类密切相关。在低海拔地区，由于土壤条件较差，某些特定的微生物群落（如Actinobacteria和Acidobacteria）表现出更高的丰度。而在高海拔地区，由于土壤中营养物质的增加，真菌和细菌的分布呈现出不同的特征。例如，Ascomycota和Basidiomycota在真菌群落中占据主导地位，且其丰度与土壤中的SOC、TN和TP呈正相关。这种微生物群落结构的变化可能与植物根系分泌物、土壤理化性质以及环境条件密切相关。例如，植物通过根系分泌物吸引微生物，促进营养吸收和元素循环，同时还能增强对病虫害的抵抗力。

本研究还探讨了不同因素对微生物群落结构的影响。例如，土壤水分、pH值、SOC和TN等土壤性质对微生物群落结构具有显著影响。同时，地理和气候因素也通过间接途径影响微生物的分布。例如，地理因素通过改变气候条件，进而影响土壤中的碳氮磷比，从而对微生物群落产生作用。这些发现不仅加深了我们对高山生态系统中微生物多样性形成机制的理解，也为进一步研究微生物对全球变化的响应提供了基础框架。

总体而言，本研究通过系统分析贺兰山不同海拔高度的草本植物根际微生物群落的分布模式及其影响因素，揭示了微生物多样性与土壤化学计量比之间的密切关系。研究结果表明，随着海拔升高，SOC、TN和TP的含量增加，这可能与降水和温度的变化有关。同时，土壤水分、pH值和TN/TP比值对微生物群落结构的影响显著，说明这些环境因子在调控微生物多样性方面起着关键作用。此外，细菌和真菌的分布模式受到不同因素的调控，表明它们在高山生态系统中的生态角色和响应机制存在差异。这些发现不仅有助于理解微生物在高山生态系统中的功能，也为未来生态保护和管理提供了科学依据。