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青藏高原是全球氣候變化最敏感的地區之一，其生態系統脆弱，生境復雜多樣。生物土壤結皮（Biological soil crusts, BSCs）是土壤表面重要的地表覆蓋類型，在穩定土壤表層、調節水分分布、驅動碳氮循環等方面發揮著重要作用。這些能力可以為極端高原地區提供關鍵的生態系統服務。鑒于土壤微生物在生物結皮中的關鍵作用及其對全球氣候變化的反饋效應，探討生境環境因子對生物結皮微生物群落空間差異的驅動作用至關重要。
圖1 青藏高原生境特異性調控生物土壤結皮微生物群落的空間分布
中國科學院水生生物研究所李敦海研究團隊在青藏高原地區開展了一次跨越1500公里以上的大尺度調查。根據植被生長狀況和地貌特點選擇了戈壁灘(GB)、高山荒漠(AD)、灌木草甸(SM)、森林草地(FG)四種典型的高原生境（圖1），共在16個地區采集了80份生物土壤結皮及其下層土壤樣品。收集了各采樣地區的地理氣候特征，測定了樣品的土壤和生物土壤結皮性質，并通過宏基因組測序技術表征了生物土壤結皮微生物群落多樣性和結構特征。
研究結果表明，生境特異性塑造了青藏高原生物土壤結皮的多樣性，調控了生物土壤結皮微生物的群落組成、多樣性和空間分布。不同生境間微生物群落空間差異是由多種環境因素共同驅動，其中土壤有機碳(SOC)和土壤含水量(SWC)是重要驅動因子，并且在青藏高原的特殊氣候條件下，生物土壤結皮微生物群落的空間格局受降水而非溫度控制。此外，生態過程進一步解釋了生境特異性的影響，環境過濾比擴散限制更好地解釋了微生物群落的差異。原核微生物群落的組裝在區域尺度上是由確定性過程決定的，在局部尺度上，組裝過程主要由生境類型決定，而真核微生物群落的組裝在區域和局部尺度上均由隨機過程決定。生物土壤結皮的高適應性和敏感性對于穩定氣候多變、生態脆弱的青藏高原生態系統發揮了重要作用。該研究為未來氣候變化情景下生物土壤結皮分布預測和資源保護提供了科學參考。
該研究成果以“Habitat-specific environmental factors regulate the spatial variability of biological soil crust microbial communities on the Qinghai-Tibet Plateau ”為題發表在Science of The Total Environment (2023, 901: 165937)，文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S004896972304562X#f0020。水生所與西藏大學聯合培養碩士研究生丁宇昂為論文的第一作者，李敦海研究員為通訊作者。本研究得到了中國科學院水生生物研究所特色院所服務項目（Y85Z061601）和自由探索基礎研究項目（2020000141）的共同支持。