图:紫金山土壤细菌群落沿小尺度海拔梯度的垂直分布模式。在这张图中，第1和第2个地块(A和B)显示了群落组成的变化及其驱动机制。第三和第四样地(C和D)显示出不同的微生物共生关系，包括网络拓扑和关键种。群落结构和共生特征共同表明，土壤细菌群落在小海拔梯度上具有显著的差异。
资料来源:褚海燕实验室，ISSAS/2021
土壤微生物具有高度多样性，在生物地球化学循环过程的调控和生态系统功能的维持中发挥着关键作用。了解土壤微生物的海拔分布格局及其驱动机制对于理解气候变化和人为干扰对陆地生态系统的影响至关重要。中国科学院土壤研究所的科研结果表明，南京紫金山地区土壤细菌群落在小海拔梯度上存在显著差异，土壤pH值是细菌群落变化的最重要驱动因子。研究人员的发现发表在2021年12月23日的《土壤生态学快报》上。
中国科学院土壤研究所褚海燕的研究小组对森林土壤微生物群落的海拔分布进行了一系列的研究，并获得了许多有趣的发现。例如，他们首次发现，土壤pH值是大海拔尺度下森林土壤细菌群落垂直分布的关键因素。他们还发现了土壤微生物和植物之间的不同分布模式，表明生物个体的体型主要影响海拔多样性模式。然而，在小海拔尺度的背景下，该模式及其驱动因素尚不清楚。
褚教授说:“我们选择研究位于南京的紫金山，这是一座城市公园山，有大量的游客来这里进行日常娱乐。与以往大高程尺度的研究不同，采样点的总高程差仅为300 m。因此，紫金山为小海拔尺度微生物分布研究提供了良好的平台。”
在这项研究中，他们发现变形菌门是山顶土壤的优势门，而酸菌门则在山脚下占优势。这一发现与微生物的生态功能密切相关，具有有机质降解功能的酸杆菌可能更喜欢低海拔地区的酸性生境，那里的土壤环境富氧且呈酸性。然而，具有多种生态过程的变形菌纲可能更适合于土壤条件复杂的高海拔混交林带。此外，他们发现土壤pH值是小海拔梯度上土壤细菌分布的最重要驱动因素。这一结果表明，未来由于人为干扰或气候变化引起的土壤酸化可能会引起土壤生态功能的波动。
褚教授说:“我们还利用分子生态网络的方法来推断海拔尺度上土壤微生物的共存模式，并从种间相互作用的角度来了解土壤微生物在海拔上的分布模式。”不同海拔高度土壤细菌群落的度值和中间度中心性存在显著差异，表明不同海拔高度土壤细菌群落之间存在显著的生物交互作用。对共现网络中的关键物种进行了鉴定，为通过调控关键物种来管理土壤生态功能提供了进一步的信息。
“这项研究扩展了我们对土壤微生物垂直分布从大到小高程尺度的理解，增加了我们对小高程背景下土壤细菌群落的分布模式和物种共存关系的理解。”
土壤与我们的生活息息相关，它是粮食安全、水安全和整个生态系统健康的基础。监测和保护土壤生物多样性比以往任何时候都更成为我们当前的任务。