研究背景

全球气候变暖已成为联合国政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 共识中明确提及的问题。栎树是中国北方暖温带森林中常见的树种，也是构建森林群落的主要树种。森林主要分布在山区，而山区的气候、环境和生物多样性在短距离内会发生急剧变化，这为研究气候变暖等问题提供了理想的研究平台 (见图1)。在森林生态系统中，微生物扮演着分解者的角色，尤其是在北方森林中，由于生产树种的多样性较低，微生物对碳循环和氮磷等养分物质循环具有直接的驱动作用和重要的促进作用。它们在指示气候变暖背景下森林生态系统结构的演变规律和生态系统稳定性方面显示出更高的敏感性。本研究利用机器学习、GDM等模型，探讨微生物对海拔梯度上环境因子变化的线性和非线性响应，识别群落变化的关键环境阈值，旨在为气候变化背景下生态系统稳定性评估标准的制定提供理论支持。

图1. 北京东灵山区位与DEM高程图

生态学中，物种在自然生态系统中占据特定生态位，物种分布受最小因子定律 (the law of minimum) 和生态幅 (the law of tolerance) 的调控，即物种生态存在资源需求量最低限制要求、对环境因子的耐受范围。本研究将在群落尺度验证上述2个概念的适用性，揭示群落演变的关键调控因素、机理、响应曲线，解析识别了在最小因子定律环境因子的关键阈值、生态幅环境因子的关键范围阈值。

研究过程与结果

依托北京市东灵山辽东栎林1020—1770 m海拔样带研究系统，沿海拔设置113 10 m*10 m样方，并调查检测地上植被、0—10 cm土壤细菌群落。探究发现细菌群落变化受土壤属性 (即土壤pH28.2%、有机碳3.6%、粘粉粒0.5%)， 而非空间距离和地上植被属性的显著调控 (图2)。细菌群落在pH5.5—6.5和有机碳25—50 g kg−1范围内呈现较高多样性水平，即生态幅环境因子的关键范围阈值；在碳氮比14.5和粘粉粒70%时多样性变化趋势出现陡降和陡升，即最小因子定律环境因子的关键阈值 (图3)。

图2. 群落演变规律及关键调控环境因子

图3. 微生物群落多样性对环境因子变化的响应曲线

研究总结

研究揭示了沿海拔梯度分布的栎树优势林中细菌群落的系统发育聚类现象。研究发现，这些群落的分布主要是由土壤特性，而非海拔差异或植物特性，通过生态位过滤来决定的。具体来说，随着土壤pH值、碳氮比 (C:N比) 和土壤有机碳 (SOC) 的增加，细菌群落呈现出非线性变化。这些发现不仅扩展了我们对橡树林中细菌群落生态位过滤机制的理解，而且证实了调节这些群落的最小值定律和耐受定律。此外，对这些环境阈值的解析和识别，在气候变化的大背景下，对于确定北方暖温带栎树林作为优势种的森林生态系统结构演变的阈值和生态系统稳定性的指示，具有重要的理论参考意义。

原文出自 Microorganisms 期刊：https://www.mdpi.com/2952404

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/microorganisms

Microorganisms 期刊介绍

主编：Nico Jehmlich , Department of Molecular Systems Biology, UFZ-Helmholtz Centre for Environmental Research, Germany

期刊主题涵盖微生物学的各个研究领域，主要发表环境、植物、食品、肠道、医药、技术等微生物相关领域的学术文章。现已被 SCIE (Web of Science)、PubMed (NLM)、Scopus 等重要数据库收录。

2023 Impact Factor：4.1

2023 CiteScore：7.4

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Acceptance to Publication：2.9 Days