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青藏高原是全球气候变化最敏感的地区之一，其生态系统脆弱，生境复杂多样。生物土壤结皮（Biological soil crusts, BSCs）是土壤表面重要的地表覆盖类型，在稳定土壤表层、调节水分分布、驱动碳氮循环等方面发挥着重要作用。这些能力可以为极端高原地区提供关键的生态系统服务。鉴于土壤微生物在生物结皮中的关键作用及其对全球气候变化的反馈效应，探讨生境环境因子对生物结皮微生物群落空间差异的驱动作用至关重要。
图1 青藏高原生境特异性调控生物土壤结皮微生物群落的空间分布
中国科学院水生生物研究所李敦海研究团队在青藏高原地区开展了一次跨越1500公里以上的大尺度调查。根据植被生长状况和地貌特点选择了戈壁滩(GB)、高山荒漠(AD)、灌木草甸(SM)、森林草地(FG)四种典型的高原生境（图1），共在16个地区采集了80份生物土壤结皮及其下层土壤样品。收集了各采样地区的地理气候特征，测定了样品的土壤和生物土壤结皮性质，并通过宏基因组测序技术表征了生物土壤结皮微生物群落多样性和结构特征。
研究结果表明，生境特异性塑造了青藏高原生物土壤结皮的多样性，调控了生物土壤结皮微生物的群落组成、多样性和空间分布。不同生境间微生物群落空间差异是由多种环境因素共同驱动，其中土壤有机碳(SOC)和土壤含水量(SWC)是重要驱动因子，并且在青藏高原的特殊气候条件下，生物土壤结皮微生物群落的空间格局受降水而非温度控制。此外，生态过程进一步解释了生境特异性的影响，环境过滤比扩散限制更好地解释了微生物群落的差异。原核微生物群落的组装在区域尺度上是由确定性过程决定的，在局部尺度上，组装过程主要由生境类型决定，而真核微生物群落的组装在区域和局部尺度上均由随机过程决定。生物土壤结皮的高适应性和敏感性对于稳定气候多变、生态脆弱的青藏高原生态系统发挥了重要作用。该研究为未来气候变化情景下生物土壤结皮分布预测和资源保护提供了科学参考。
该研究成果以“Habitat-specific environmental factors regulate the spatial variability of biological soil crust microbial communities on the Qinghai-Tibet Plateau ”为题发表在Science of The Total Environment (2023, 901: 165937)，文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S004896972304562X#f0020。水生所与西藏大学联合培养硕士研究生丁宇昂为论文的第一作者，李敦海研究员为通讯作者。本研究得到了中国科学院水生生物研究所特色院所服务项目（Y85Z061601）和自由探索基础研究项目（2020000141）的共同支持。