中国东部森林土壤微生物进化历史的空间分布格局及其影响因素

Forest soil microbes, especially bacteria and fungi, are of profound importance in maintaining ecosystem functions and services. Comparing to species richness, it is widely suggested that both phylogenetic diversity (PD) and evolutionary distinctiveness (ED) are more likely to be associated with ecosystem functions. However, the spatial distribution patterns of forest soil microbial PD and ED are still unknown. Here we collected soil samples from 28 forest ecosystems across eastern China and try to reveal the spatial distribution patterns of PD and ED of soil bacteria, fungi and multiple fungal functional guilds. Additionally, we plan to analyze the relative importance of soil properties, climate, spatial factors and variables related to anthropogenic activities in determining these patterns. Furthermore, we aim to answer a key scientific question that whether these factors influence the PD and ED of microbial communities through shifting the species richness or species phylogenetic relatedness. This work will serve as a basis for evaluating the response of forest ecosystem functions to environmental change and conservation planning.

森林土壤微生物，特别是细菌和真菌，在维持森林生态系统功能与服务中发挥着关键的作用。尽管与物种多样性相比，微生物群落的进化历史即系统发育多样性和进化特异性与生态系统的功能更加密切相关，但是我们对其空间分布格局及其影响因素所知甚少。为此，本项目拟对中国东部28个森林生态系统的土壤微生物进行深入的调查研究，揭示细菌、真菌及其功能类群的系统发育多样性和进化特异性的空间分布格局。此外，结合详尽的土壤理化性质、气候、空间信息以及人类活动相关因素，揭示它们对上述空间分布格局的相对贡献，最终旨在回答这一关键科学问题：这些因素是通过影响物种丰富度还是物种之间的系统发育距离来决定中国东部森林土壤微生物系统发育多样性和进化特异性的空间分布格局？从而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自然保护区的规划提供理论基础。

根据联合国的调查，目前世界上有55%的人口居住在城市，估计到2050年这一比例会增长至68%。随着城市化进程的高速发展，城市用地不断扩张，废水、废气和固体废弃物的污染越趋严重，这些人类活动对城市环境产生巨大的影响。土壤微生物在维持生态系统功能和服务方面起到了重要的作用，此外，与人类的健康也密切相关。因此，探索人类活动对土壤微生物的影响是一个亟需解决的问题。在本项目中，我们在中国东部森林生态系统中采集了472个土壤样品，分别对16S rRNA基因片段和ITS2基因片段进行高通量测序，分析其中的细菌和真菌的多样性和群落结构。此外，结合人类活动的相关数据、气候、土壤数据，目的是探索微生物多样性和人类活动的之间的相关性。结果表明，微生物多样性与人类活动的相关性在不同微生物类群中有显著的差异。其中，土壤细菌、硝化细菌、病原真菌的多样性都与人口密度呈正相关关系。相反，纤维分解细菌和外生菌根真菌的多样性都与人口密度呈负相关关系。这些结果表明，尽管考虑了气候和土壤的重要作用，人类活动，特别是人口密度，仍然是影响微生物多样性空间分布的重要因素。本项目鉴定出对人类活动有显著响应的微生物类群，探索了人类活动对生态系统功能和人类健康的影响，为城市规划设计提供参考意义。