内蒙古草原土壤原核微生物群落的结构特征及对降雨的响应

Drought event become more frequently in the grassland ecosystems of Northern China. Microorganisms are key drivers of biogeochemical cycling. However, microbial phylogenetic composition, structure, diversity and spatial-temporal distribution are not investigated in the Inner Mongolian steppe ecosystems. The important driving factors shaping microbial structure and composition are not indicated. Here we proposed to study soil prokaryote community structure, diversity and their responses to precipitation using transect microbial survey and field manipulated experiments combining modern pyrosequencing and metagenomic techniques. We will study 1) microbial distribution patters along precipitation transect and important driving factors shaping microbial composition using transect survey method; 2) succession of soil microbial community in Leymus chinensis steppe driven by the long-term precipitation change; 3) the effects of aridity on the succession of soil prokaryote communities using soil transfer experiments. Our research will reveal prokaryote community composition and diversity, important environmental factors shaping microbial structure, and their responses to precipitation change. Further, this research provides scientific data for the prediction of drought effects on steppe ecosystems in Inner Mongolia.

我国北方草地生态系统在全球变暖的背景下干旱化频率显著增加。微生物是生物地球化学循环过程的关键驱动者，然而，在我国内蒙古草原生态学研究中，尚没有系统的、基于系统进化分类的微生物群落组成、多样性、时空变异等数据，更不清楚驱动微生物特征变化的关键因子及其对干旱化的响应机制是什么。本项目采用样带微生物调查与野外控制试验、高通量测序和元基因组技术，系统研究内蒙古草原土壤细菌和古菌的群落特征及其对降雨变化的响应规律。主要包括，1）利用样带调查，研究土壤原核微生物群落在内蒙古草原降雨梯度上的分布特征及主要驱动因子；2）利用不同降雨的控制试验，研究典型羊草草地在长期降雨变化下原核微生物群落的演变规律；3）利用土体移植试验，研究干燥度变化后微生物类群的演变。本研究将揭示内蒙古草原土壤原核微生物群落的结构特征、主要驱动因子及对干旱化的响应过程和机制，为预测干旱化对内蒙古草地生态系统的影响提供科学数据。

我国北方草地生态系统在全球变暖的背景下干旱化频率显著增加，微生物是生物地球化学循环过程的关键驱动者。然而，在我国草原生态学研究中，尚没有系统的、基于系统进化分类的微生物群落组成、多样性、时空变异等数据，更不清楚驱动微生物特征变化的关键因子及其对干旱化的响应机制是什么。本项目采用样带微生物调查与野外控制试验、高通量测序技术，系统研究内蒙古草原土壤微生物的群落特征及其对降雨变化的响应规律。得到以下主要结果：内蒙古草原沿水分梯度上，土壤细菌群落的空间分布符合距离-衰减规律，说明微生物的空间分布不是随机的；驱动干旱和半干旱草原土壤细菌群落分异的机理不同，温度是影响干旱草原细菌群落结构的重要因素，而在半干旱草原，降雨量控制着土壤细菌群落结构的变化；半干旱草原的细菌群落组成更趋于功能菌群集中化，主要功能菌群间较多存在共生互作关系，而干旱草原，各功能菌群间相互竞争关系占优势；不同类型的草原土壤微生物有着明显不同的空间分异性；细菌群落组成与全球干旱区域的群落组成相一致，真菌符合全球真菌组成模式；全中国草原尺度下的微生物群落，细菌和真菌α多样性的影响因素不同，β多样性的驱动因素相同；年均温度可以预测温带草原微生物群落的β多样性；细菌群落和真菌群落的形成机制不同，细菌群落的形成主要是环境影响下的成种、漂变等随机过程，而真菌是环境过滤作用下的确定性过程。本研究揭示了内蒙古草原土壤微生物群落的结构特征、主要驱动因子及对干旱化的响应过程和机制，为预测干旱化对内蒙古草地生态系统的影响提供科学数据。