土壤甲烷氧化菌群落在海拔梯度上的空间分异

Soil methane oxidation is an important process in global carbon cycling. Methanotrophs play a pilot role in this process. Mountain soil ecosystem is one of the largest biological sinks of global atmospheric methane. However, the spatial distribution and assembly mechanisms of methanotrophs along the elevation gradient and their relationship with methane oxidation rates remain elusive. In order to address these questions, we will collect soil samples along elevation gradient in Gongga Mountain located in the east boarder of Tibet Plateau. We will investigate the methanotroph community structure, spatial distribution, abundance and assembly mechanisms using pyrosequencing and quantative PCR techniques, and will explore the correlations of methanotroph structure with methane oxidation rate. Moreover, we will investigate the co-occurrence patterns of methanotrophs with other prokaryotic communities, the relative contributions of stochastic and deterministic processes to the community assembly，the changes in the species-area relationship along the elevation gradient, and the validation of metabolic theory of ecology in the mountain ecosystem. This study will reveal the driving factors influencing methanotroph community structure and assembly, and provide us significant insights on the responses of methane oxidation process to global changes.

山地生态系统是大气甲烷的一个重要汇，甲烷氧化过程由好氧甲烷氧化菌完成，其群落结构的变化直接影响山地土壤源汇的转变，因此阐明甲烷氧化菌群落的空间分布格局、形成机制及其与环境因子、甲烷氧化速率的关系非常有意义。山地生态系统中沿海拔梯度形成一系列特异的生境，为研究甲烷氧化菌群落的空间分异规律及其与环境因子的关系提供了理想的平台。本项目将以青藏高原东缘贡嘎山垂直梯度样带为研究对象，利用高通量测序等技术研究甲烷氧化菌群在海拔梯度上的丰度、分布格局、形成机制及其与环境因子、甲烷氧化速率的关系，揭示与甲烷氧化菌群落共发生（co-occurrence）的相关菌群，评估随机性过程和确定性过程在不同海拔梯度上对群落结构形成的相对贡献，分析菌群“种-面积关系”沿海拔的变化，检验沿海拔梯度上生态学代谢理论的适用性，从而系统阐明土壤甲烷氧化菌群落在海拔梯度上的空间分异特征及其对全球气候变化的响应。

山地生态系统是大气甲烷的一个重要汇，甲烷氧化过程由好氧甲烷氧化菌完成，其群落结构的变化直接影响山地土壤源汇的转变，因此阐明甲烷氧化菌群落的空间分布格局、形成机制及其与环境因子、甲烷氧化速率的关系非常有意义。山地生态系统中沿海拔梯度形成一系列特异的生境，为研究甲烷氧化菌群落的空间分异规律及其与环境因子的关系提供了理想的平台。本项目以青藏高原东缘贡嘎山垂直梯度样带为研究对象，利用高通量测序等技术研究甲烷氧化菌群在海拔梯度上的丰度、分布格局、形成机制及其与环境因子、甲烷氧化速率的关系，评估随机性过程和确定性过程在不同海拔梯度上对群落结构形成的相对贡献，分析菌群“种-面积关系”沿海拔的变化，检验沿海拔梯度上生态学代谢理论的适用性。结果显示，在海拔梯度上，林型对甲烷氧化菌群落有很大影响，四种不同植被生态系统中，针阔叶混交林土壤中的甲烷氧化菌 α 多样性显著高于其他3种植被生态系统(P<0.001)，且暗针叶林和灌丛草甸土壤中甲烷氧化菌β多样性显著高于常绿阔叶林和针阔叶混交林(P<0.001)。相关分析表明，不同类型甲烷氧化菌的相对丰度对环境变化的响应模式不同。造成α多样性差异的主要因子可能是土壤总氮、电导率和土壤温度。降水可能是造成低海拔常绿阔叶林和针阔叶混交林与高海拔暗针叶林和灌丛草甸土壤甲烷氧化细菌群落结构差异的主要原因。贡嘎山海拔梯度上不同植被类型土壤中甲烷氧化菌的群落结构和多样性变化可能主要是由于土壤理化性质和气候变化综合作用的结果。同时我们的分析揭示出，甲烷氧化菌群落的构建主要受到确定性因素，比如环境过滤等的影响，但高低海拔呈现出一定差异。在低海拔，空间因素影响较小，而在高海拔空间因素作用有所上升。