生物气候区与土地利用结构对源头溪流沉积物中细菌生物多样性及推断的氮循环潜力的影响

《Microbial Ecology》：Biogeoclimatic Regions and Land-Use Structure Bacterial Biodiversity and Inferred Nitrogen-Cycling Potential in Headwater Stream Sediments

　　

摘要

淡水生态系统中的微生物群落受自然环境变化和人为压力的共同影响，然而这些驱动因素如何相互作用以塑造生物多样性和生态系统功能仍知之甚少。在此，我们评估了沿伊比利亚半岛广泛的环境梯度，生物地气候区域和土地利用压力如何共同塑造溪流沉积物中的细菌多样性并推断其氮循环潜力。我们利用16S rRNA宏条形码技术和功能推断方法，对横跨三个生物地气候区域和四种土地利用类型的样本进行了分析。细菌群落组成和多样性表现出强烈的区域分异，具有显著的分类群更替和明显的α多样性模式，而不同土地利用类型之间的差异则较弱、空间一致性较低，并主要反映在特定群落成分的转变上。尽管存在这种变异，跨样本观察到了一致的核心微生物组，表明在对比条件下存在共享的类群。推断的氮循环功能潜力部分反映了分类学模式，地中海低地富集了预测的硝化和反硝化基因，内华达山脉富集了预测的固氮和DNRA基因，而坎塔布连山脉则表现出更为均匀的功能分布。土地利用对推断功能潜力的影响较为微弱，并嵌套于区域模式之中。这些结果表明，细菌多样性和推断的氮循环功能潜力更多地受生物地气候条件的塑造，而非土地利用的影响，这与环境驱动因素的分层组织特征一致。分类组成与推断功能潜力之间的对应关系在区域尺度上比在局部尺度上更为明显。我们的研究结果凸显了在淡水生物监测中纳入区域基线和整合分类学与功能学方法的重要性。