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为探究高寒草原修复对土壤微生物群落稳定性及植物 - 土壤系统恢复力的影响，研究人员开展了高寒草原长期修复中微生物群落的研究。结果发现细菌在恢复过程中比真菌具有更高的组成抗性和恢复力，核心微生物物种影响植物 - 土壤系统恢复力，该研究为草原修复提供新策略。
青藏高原，这片世界屋脊上的广袤高寒草原，不仅是众多生物的家园，更是维系区域生态平衡、保障畜牧业发展的关键所在。然而近年来，气候变化、过度放牧等因素使得这片草原面临严重退化，如同一位逐渐失去活力的巨人，生态系统的稳定遭到极大破坏。土壤微生物作为草原生态系统的 “隐形守护者”，在物质循环、养分转化等过程中发挥着关键作用，但它们在草原退化与修复过程中的变化规律，以及与植物 - 土壤系统恢复力之间的关系，却如同神秘的面纱，尚未被完全揭开。为了深入了解这些问题，探寻草原生态修复的有效策略，北京林业大学的研究人员开展了相关研究，其成果发表在《Nature Communications》上，为我们打开了认识高寒草原生态修复的新窗口。
研究人员采用空间换时间替代法，在青海省玛沁县大武镇选取了不同恢复年限（1 年、4 年、6 年、8 年、9 年、12 年、14 年、16 年、18 年）的高寒草原样地，同时设置了非退化和严重退化的草原作为对照。通过采集土壤样本，运用多种技术手段，对土壤微生物群落的多样性、网络结构、稳定性等方面进行了全面分析。
研究结果如下：
土壤微生物多样性和网络复杂性的变化 ：在草原恢复过程中，细菌和真菌的多样性均呈现显著变化。通过 Bray - Curtis 相异指数分析发现，细菌表现出更高的组成抗性和恢复力。主坐标分析（PCoA）显示，不同恢复阶段细菌和真菌群落存在显著差异。草原恢复对细菌群落的影响大于真菌。此外，土壤微生物群落网络在不同恢复阶段呈现独特的共发生模式，网络复杂性在恢复过程中呈现波动变化，非退化样本的网络连接数更多，且恢复后期的网络恢复程度比早期更显著。随着恢复时间的延长，负向与正向内聚性的比值增加，符合压力梯度假说（SGH），即非退化样本（低压力）中微生物群落竞争增强，严重退化样本（高压力）中合作增多。真菌和细菌的网络稳定性 ：分析土壤微生物间的相互作用发现，非退化样本中细菌 - 真菌（B - F）和细菌 - 细菌（B - B）的相互作用比严重退化样本更丰富，且除细菌外，这些相互作用的恢复力在后期高于早期。B - F 相互作用的质量与植物 - 土壤系统质量指数（PSQI）变化趋势相似，B - F 恢复力和 B - F（负向）恢复力与植物 - 土壤系统恢复力指数（PSQIR）变化模式一致。细菌节点比真菌节点具有更高的恒定性和持久性，生态位更宽，其群落组装机制以异质选择为主；真菌群落更符合中性群落模型，生态位较窄，主要受扩散限制影响，对氮、磷、钾等养分适应性更强，而细菌对总硫（TS）和总氮（TN）适应性更好，且细菌的系统发育保守性更强。核心物种与网络复杂性的关系 ：通过计算模块内连接性（Z i P i 网络恢复力与植物 - 土壤系统恢复力的关系 ：相关性分析和回归分析表明，PSQIR 与网络恢复力呈显著正相关，与网络稳定性和复杂性呈负相关。结构方程模型显示，泛化种核心物种增强了网络恢复力，尤其是真菌和细菌之间的负向相互作用，进而影响 PSQIR，这些因素可解释 PSQIR 中 47% 的变异。
研究结论和讨论部分指出，环境因素对微生物群落的形成及生态系统功能具有重要影响。本研究中空间换时间替代法是可行的，但该方法存在一定局限性。研究发现细菌在退化过程中比真菌表现出更高的组成抗性和恢复力，且二者之间不存在权衡关系。草原恢复过程中微生物网络复杂性增加，核心物种在连接网络恢复与植物 - 土壤系统中起重要作用。微生物通过改善养分获取和抗病性等方式促进植物健康，网络复杂性和细菌 - 真菌间的负向连接在调节土壤多功能性方面发挥作用。此外，研究还揭示了细菌和真菌在群落组装、生态位特征、系统发育保守性等方面的差异，这些差异解释了细菌具有更高抗性和恢复力稳定性的原因。本研究强调了微生物在恢复植物 - 土壤系统中的关键作用，尤其是核心物种对微生物 - 植物 - 土壤关系的影响。通过保护核心微生物，有望为增强高寒草原及其他类似生态系统的恢复力提供新策略，对生态系统的修复和管理具有重要的指导意义。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：
土壤样本采集 ：在不同恢复年限的高寒草原样地、非退化和严重退化草原样地，多点采集土壤样本并混合。土壤理化性质测定 ：测定土壤中总氮（TN）、总磷（TP）等多种理化指标。DNA 提取与测序 ：提取土壤微生物总 DNA，对细菌 16S rRNA 基因的 V4 - V5 区域和真菌 ITS 基因的 ITS2 区域进行 PCR 扩增，然后在 Illumina HiSeq2500 平台测序。数据分析 ：利用多种统计方法和软件，分析微生物多样性、构建共发生网络、评估群落稳定性等 。
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