我所在東北黑土農田細菌群落結構地理分布及其驅動因素研究上取得新進展
動植物在陸地生態系統中存在一定的地理分異規律。與動植物相比，對于陸地生態系統中數量巨大、種類多樣的土壤微生物而言，是否存在生物地理分布格局及其驅動因素是什么？是目前土壤學和微生物生態學研究的前沿科學問題。已有的研究結果表明，不同生態系統中的土壤微生物受到生物和非生物因素的雙重影響，群落結構多樣性及群落結構組成存在較大差異。在這些影響因素中土壤pH被普遍認為是制約土壤細菌群落結構變化的主要因素。值得指出的是，多數研究均是基于土壤pH值差異較大的不同原始土壤進行的，而對于同一種土壤類型，土壤pH值變化較小而其它土壤理化性質差異較大時，決定土壤微生物生物地理分布的因素是什么是一個值得探討的科學問題。
東北黑土是我國重要的土壤資源，在保障國家糧食安全和生態安全上具有重要地位。由于受氣候、開墾年限和農田管理措施等的影響，東北黑土農田土壤養分含量，特別是土壤有機質含量呈現規律性的地理分布，即總體呈現南低北高的趨勢。但對于黑土土壤微生物是否也存在著地理分布格局？如果存在，其驅動因素是什么？還不清楚。為此，東北地理與農業生態研究所農田分子生態學科組王光華研究員等人，于2012年從東北黑土帶上基于土壤有機質含量的差異，南起遼寧昌圖北至黑龍江訥河，采集了26個農田土壤樣品，采用454高通量測序技術成功地解析了東北黑土細菌群落結構的地理分布規律及其驅動因素。研究共獲得35萬多條細菌序列，包括至少35個細菌類群，其中酸桿菌門（Acidobacteria）、放線菌門（Actinobacteria）、變形菌門（Proteobacteria）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、綠灣菌門（Chloroflexi）、芽單胞菌門（Gemmatimonadetes）和浮霉菌門（Planctomycetes）等7個菌門細菌為黑土農田優勢微生物（平均豐度>5%以上）。研究還發現綠灣菌門、芽單胞菌門和浮霉菌門細菌的相對豐度在黑土農田中較以往報道的其它土壤中高出5倍以上。本研究未發現普遍報道的現象，即土壤酸桿菌門豐度與土壤pH值具有顯著的相關性，但發現黑土農田中酸桿菌門中亞門1和3與土壤pH成顯著負相關，而亞門4、5、6、7和25則與土壤pH成顯著正相關關系。研究結果揭示出東北黑土農田細菌群落結構組成、多樣性及優勢細菌門的相對豐度受土壤pH和土壤有機質含量的雙重影響，且土壤pH的作用強度大于土壤有機質（圖1）。此外，地理距離也是影響黑土農田細菌群落結構的另一重要因素（圖2），黑土農田細菌群落結構組成存在明顯的地理分布格局，低緯度低有機質含量的黑土，雖然土壤微生物量小，但高緯度高有機質含量的黑土相比具有更高的土壤細菌多樣性（圖3）。
該研究得到黑龍江省杰出青年科學基金的支持，研究成果發表在Soil Biology & Biochemistry（2014, 70: 113-122）。
圖1 東北黑土農田細菌群落結構的NMDS分析。圖a和c及圖b和d是基于unweighted和weighted UniFrac群落分析結果
圖2 地理距離及土壤因素對東北黑土農田細菌群落結構組成的變異分割分析
圖3 東北黑土農田細菌群落結構多樣性隨地理緯度的變化趨勢
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