中国东部森林土壤真菌物种和功能的多样性格局

Soil fungi in forest ecosystem is important contributor to ecological services and ecosystem function. Comprehensively studying their spatial distribution of taxonomic and functional structure and the ecological networks between different species or traits in response to the environmental changes will help us to decipher the processes of energy flow and nutrient cycling and the functional stability. However, the dynamics and stability of these biogeographic patterns and network structure along the environmental changes are largely unknown. To this end, we focus on these questions in 28 typical forests across Eastern China by using the high throughput sequencing strategy, spatial and predictive metagenomic modeling and ecological network-based methods. With detailed information of soil properties, spatial distribution, plant diversity and climatic characteristics, this study addresses the biogeographic patterns of taxonomic and functional structure and their underlying mechanisms, and compare the structural dynamics and stability between species- and trait-based ecological networks. This work will provide important insights into the response of forest ecological functions to the environmental changes, and the critical role of fungal communities.

森林土壤真菌群落是森林生态系统服务功能的主要贡献者之一。系统研究环境变化过程中，森林土壤真菌群落物种和功能多样性及其组成结构的空间分布格局以及各物种/功能间生态网络的动态响应，将有助于我们了解森林生态系统物质与能量循环的生态学过程及其功能的稳定性。然而，我们对森林土壤真菌多样性的空间分布格局以及生态网络随环境变化的动态响应和稳定性仍所知甚少。为此，本项目利用高通量测序技术、空间信息和群落基因组的预测模型以及生态网络的研究方法，拟对中国东部28个典型的国家森林自然保护区进行系统深入的调查研究。本项目希望结合详尽的土壤理化、空间分布、植物多样性和气候特征，揭示森林土壤真菌群落物种和功能多样性和组成结构的空间分布格局及其潜在机制，并对比分析不同水平网络结构随环境变化的动态响应和稳定性差异，为今后进一步了解森林生态系统功能对环境变化的反馈，以及真菌群落如何协助系统应对这些环境的变化提供理论基础。

森林土壤微生物群落是森林生态系统服务功能的主要贡献者之一。系统研究森林土壤微生物群落物种多样性、组成结构的空间分布格局以及对环境变化和人类活动的动态响应，将有助于我们了解森林生态系统物质与能量循环的生态学过程及其系统稳定性。然而我们对此依然所知甚少。为此，本项目利用细菌16S基因和真菌ITS基因的高通量测序技术，结合相关的空间分布信息和气候条件、土壤理化性质和人类活动数据，对中国东部28个典型的国家森林自然保护区进行系统深入的调查研究，深入探讨森林生态系统中微生物群落（包括真菌和细菌）及其功能类群的地理格局，分布的可能成因以及受人类活动的影响。研究结果表明：整体真菌群落以及各功能类群的组成都随着维度有着明显的变化，且关联性是区域依赖的。真菌的物种多样性在中国范围内，随维度先升高后降低，呈现单峰模式。这有别于动植物多样性随维度升高而降低的格局。菌根真菌的存在能调节病原真菌与植物多样性的关系。菌根真菌与病原真菌多样性的比值与植物多样性有这很强的负相关关系。这是首次在大尺度的自然环境中，支持了菌根真菌促进植物单优优势, 而病原真菌促进植物共存的理论。另一方面，人类活动及其与土壤理化性质和气候的相互作用解释了大量的微生物群落的空间变异。人口密度、GDP、城市污染、含硫氧化物和氮氧化物的浓度等直接和间接影响了微生物多样性和群落结构。本研究鉴定了与人口密度呈现正相关关系和负相关关系的微生物OTU，且与人口密度具有正相关关系的微生物OTU具有更宽的生态位宽度。而且，生态网络分析也表明与人口密度具有相同相关关系的物种更容易共存。总的来说，本项目探讨了中国东部森林土壤微生物群落结构的空间分布模式及其潜在机制，并揭示了其随环境变化和人类活动的响应和演变，为今后进一步了解森林生态系统功能对环境变化和人类活动的反馈，以及微生物群落如何协助系统应对这些变化提供理论基础。