我国地缘辽阔,土壤微生物的分布格局及影响因素是怎样的亟待调查研究。在中科院战略先导B计划及青年973项目的资助下,中国科学院沈阳应用生态研究所白娥研究员领导的生物化学组夏宗伟博士等研究人员对我国典型森林进行了土壤样品采集,南北跨越纬度18.70°N(海南尖峰岭)- 51.53°N(东北小兴安岭),涵盖了24个采样点,共收集了115个土壤样品。针对细菌16S高通量测序,分析了土壤细菌多样性及群落组成。我国森林土壤细菌丰度排在前五位的菌群为:Actinobacteria(放线菌), Acidobacteria(酸杆菌), Alphaproteobacteria(α变形菌), Verrucomicrobia(疣微菌)andPlanctomycetes(浮霉菌)。细菌的α多样性沿纬度呈现出一条抛物线,最高点出现在33.50°N - 40°N之间,这一区域属于典型的暖温带气候,以落叶阔叶为主,可以提供更多的C、N底物,土壤pH近中性,这些都有利于微生物的定殖。这一规律与植物、动物有显著的不同,据报道,植物、动物的多样性随纬度的增加呈现逐渐下降的趋势。依据细菌组成的β多样性,可以将我国森林土壤细菌组成结构大体划分为三大区域,即南方区(18.70°N to 29.65°N),中部区(31.30°N - 39.96°N)和东北区(41°N - 52°N)。随着地理距离、环境异质性的增加,土壤细菌群落组成的差异也随之增加,我国森林土壤细菌的这种分布格局是由地理距离与环境变量共同决定的,环境变量对这种格局的解释度要高于空间距离的解释度。其中,土壤pH在众多环境变量中起到了非常关键的作用,这与许多其他的相关报道相一致;此外,土壤交换性阳离子浓度,尤其是Ca2+对土壤细菌组成结构的影响也很大。土壤pH = 5或ECa2+= 32mmol kg-1可以作为区分南方酸性森林土壤与北方温带森林土壤细菌群落组成的指标。
本研究是第一次大尺度的对我国典型森林土壤细菌的生物地理分布格局进行了分析,得到的结论丰富了对土壤微生物群落组成地理分布的认识。该成果发表在Frontiers in Microbiology杂志上(doi: 10.3389/fmicb.2016.01106)。