人才强校 | 中国农大杨高文教授发现多因子干扰会降低土壤微生物多样性的积极效应

中国农大新闻网讯 7月23日，国际综合学术期刊《自然通讯》（Nature Communications）发表了中国农业大学草业科学与技术学院杨高文教授的研究论文《多个的人为干扰因子降低了试验微宇宙系统中土壤微生物多样性对生态系统功能的作用》（Multiple anthropogenic pressures eliminate the effects of soil microbial diversity on ecosystem functions in experimental microcosms）。该研究发现，随着人为干扰因子数量的增加，土壤微生物多样性对土壤功能的积极作用随之降低（图1），2-4个以上的干扰因子同时出现时，土壤功能将不受土壤微生物多样性调控。该研究对生态系统管理具有重要的启示意义：在保护生物多样性的同时，应减少人为干扰因子的数量，才能发挥生物多样性的积极作用。

图1 随着干扰因子数量的增加，土壤微生物多样性的效应降低

为进一步揭示多因子干扰下土壤微生物多样性对土壤功能的作用机制，进行了网络分析和相关性分析（图2）。结果表明，整个微生物网络由4个模块组成，包含223个节点、3490对正相关和300对负相关，模块4包含的关键节点更多。土壤细菌和真菌丰度以及模块4的相对丰富度与大部分土壤功能或组成呈显著正相关关系，说明土壤微生物丰度和模块4相对丰富度的变化，可能是多因子干扰下土壤功能变化的主要原因。在干扰因子数量较少时，增加土壤微生物多样性，有助于提高土壤真菌的丰度和模块4相对丰富度，进而维持土壤微生物多样性的积极作用。

图2 网络分析结果以及土壤微生物与功能间的关系

对各模块进行分类学组成分析（图3），发现模块4中含有更多Mortierellomycetes, Sordariomycetes, Tremellomycetes, Chloroflexia, Gemmatimonadetes, Longimicrobia, Myxococcia, Planctomycetes纲的土壤真菌或细菌种类，这些微生物种类的相对丰富度与土壤功能呈显著正相关。此外，模块4中有更多的腐生真菌，而腐生真菌是土壤酶活的主要贡献者，因此，模块4的相对丰富度与土壤酶活以及枯落物分解率的相关性较好。

图3 微生物模块的组成

该研究总结了多因子干扰对生态系统功能的作用途径：多因子干扰造成生物多样性损失，降低生态系统功能；多因子干扰改变生物的丰度及其群落组成，直接削弱生态系统功能，或通过抑制生物多样性作用降低生态系统功能。

图4 多因子干扰对生态系统功能的作用途径

我校草业科学与技术学院杨高文教授为该论文的第一作者和通讯作者，中国农业大学为通讯单位。德国柏林自由大学Matthias C. Rillig教授及其课题组成员Julien Roy，Daniel R. Lammel和Max-Bernhard Ballhausen博士，为该论文的完成提供了大力支持和帮助。合作者还包括德国莱布尼茨农业景观研究中心和德国劳西茨应用技术大学Masahiro Ryo教授，兰州大学井新教授和中国科学院沈阳应用生态研究所特别研究助理朱雪峰博士。研究得到了德国自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金、国家自然科学基金和欧洲研究委员会的支持。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-31936-7#citeas

供稿：草业科学与技术学院

编辑：姜萍萍

责编：于哲