### 研究背景
全球变暖伴随降水模式的重大变化，对土壤微生物群落及其功能产生显著影响。然而，夜间变暖对土壤微生物的影响尚缺乏了解。以往研究多关注表土微生物群落，对深层土壤（>20cm）微生物群落关注较少。深层土壤微生物群落对调节土壤有机碳库至关重要，其对气候变化的响应可能与表土不同，垂直空间分布可能受气候变化影响。因此，本研究开展了相关野外实验，旨在探究气候变化对土壤微生物群落垂直分布的影响。

材料与方法

1. 实验设计：2014 年在内蒙古多伦恢复生态站开展实验，土壤剖面移植自不同草原类型。实验设置 6 种处理，包括对照、夜间变暖（18:00 - 06:00 升温 1°C）、减少降水（减少 30%）、增加降水（增加 30%）、减少降水加夜间变暖、增加降水加夜间变暖，研究涉及对照、减少降水、增加降水和夜间变暖 4 种处理下典型草原的土壤样本。
2. 采样与分析：2021 年 8 月生长季结束后采样，将 0 - 50cm 土壤按深度分为 4 层，采集混合土样，测定土壤温度、湿度、硝酸盐（NO₃^?）、氨（NH₄⁺）和地下净初级生产力（BNPP）。
3. DNA 提取与测序：提取土壤 DNA，经质量检测合格后，针对细菌和古菌 16S rRNA 基因 V4 - V5 区域、真菌 ITS 序列、18S rRNA 基因 V4 区域设计引物进行 PCR 扩增，构建测序文库后在 Illumina Nova 6000 平台测序。
4. 生物信息分析：对测序数据进行处理，去除引物序列、短序列和不确定碱基序列，生成扩增子序列变体（ASVs），进行序列比对、构建系统发育树和分类注释，对微生物群落 α - 多样性、群落组成、生态网络、细菌 rrn 拷贝数等进行分析。

研究结果

1. 生态系统变量：夜间变暖使表土平均温度升高 0.66°C，减少降水降低土壤湿度，增加降水和夜间变暖增加土壤湿度。减少降水增加土壤 NO₃^?含量，夜间变暖降低 BNPP。土壤湿度、NO₃^?含量和 BNPP 随土壤深度增加而降低，表明深层土壤环境更贫营养。
2. 微生物 α - 多样性：气候处理显著影响微生物 α - 多样性。增加降水和夜间变暖增加细菌丰富度和系统发育多样性（PD），减少降水降低真菌丰富度、香农指数和 PD，原生生物 α - 多样性在各处理下无显著变化。土壤深度显著影响微生物 α - 多样性，细菌和真菌丰富度随土壤深度增加而降低，减少降水减弱这种降低趋势；原生生物丰富度在对照和夜间变暖下随土壤深度增加而增加，改变降水时无变化。
3. 微生物群落组成：气候处理和土壤深度显著影响微生物群落组成。减少降水影响细菌、真菌和原生生物群落，增加降水和夜间变暖影响原生生物群落。BNPP 是影响微生物群落的主要因素，NO₃^?含量、土壤湿度和 NH₄⁺含量也有显著影响。细菌和原生生物群落配对差异随土壤深度增加而减小，真菌群落配对差异在夜间变暖处理下随土壤深度增加而增加。
4. 微生物生态网络：构建的全球分子生态网络（MENs）具有典型生物网络特征。细菌和真菌网络大小和连接性随土壤深度增加而降低，原生生物网络则相反。减少降水和增加降水使细菌和真菌网络变化趋势减弱，夜间变暖使细菌网络变化更显著。深层土壤中细菌和真菌网络正 / 负连接比更高，减少降水和夜间变暖进一步增加该比例，增加降水降低深层土壤原生生物网络正 / 负连接比。
5. 细菌群落 rrn 拷贝数：细菌 rrn 拷贝数随土壤深度增加而降低，与 NO₃^?含量和 BNPP 正相关。三种处理均降低深层土壤细菌 rrn 拷贝数，减少降水和夜间变暖还影响表土。
6. 原生生物群落特征：原生生物群落平均体型随土壤深度增加而减小，减少降水使体型减小更明显，夜间变暖在表土增加体型、在深层土壤减小体型。表土原生生物群落生态位重叠高于深层土壤，表明深层土壤原生生物资源竞争较小。
7. 微生物群落组装：土壤深度对细菌和真菌群落组装具有确定性选择作用，减少降水和夜间变暖增加细菌群落组装随机性，增加降水增加所有微生物群落组装随机性，原生生物群落组装随机性不受土壤深度和处理影响。

讨论

1. 微生物 α - 多样性与土壤深度关系：细菌和真菌 α - 多样性随土壤深度增加而降低，与营养、水分和氧气浓度减少有关；原生生物丰富度随土壤深度增加而增加，可能是因深层土壤微生物量减少降低竞争排斥，且原生生物体型小、资源需求低、生态位重叠少。改变降水减弱微生物 α - 多样性与土壤深度的线性关系，与高干旱降低植物凋落物碳输入和土壤环境异质性有关。
2. 土壤微生物群落组成差异：不同土壤层微生物群落组成不同，深层土壤环境限制微生物增殖，选择低 rrn 拷贝数的寡营养类群，如放线菌（Actinobacteria）、硝化螺旋菌（Nitrospirae）和疣微菌（Verrucomicrobia）。夜间变暖和降水改变处理下，深层土壤湿度变化可能导致处理与对照群落差异随土壤深度增加而增加或不变。
3. “饥饿游戏” 假说验证：深层土壤较低的 rrn 拷贝数和较高的正 / 负连接比支持 “饥饿游戏” 假说，即寡营养微生物在营养限制环境中更受青睐，且合作增强以交换代谢产物。在自然土壤细菌群落中，群落水平 rrn 拷贝数可作为生物营养可用性的预测指标，合作有利于在营养限制环境中维持生态系统稳定。
4. 微生物群落组装机制：土壤深度对细菌和真菌群落组装起确定性选择作用，深层土壤物理屏障限制微生物扩散，营养和水分限制增强环境过滤作用。原生生物群落组装随机性不受土壤深度和处理影响，可能因其资源需求低、代谢灵活性高、能形成包囊应对环境压力。减少降水加剧土壤湿度限制，增加细菌和真菌群落组装随机性，深层土壤微生物更倾向于合作以优化资源利用和生存。

研究结论

打赏

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