基于功能性状的土壤微生物群落构建对林冠层氮沉降的响应

Community assembly mechanisms have been the central issues of understanding species coexistence and diversity changes. Most previous studies focus on plant and animal communities, however, community assembly of microbial communities are poorly documented. Nitrogen (N) deposition is an important aspect of global change. Studying the response of assembly processes in soil microbial communities to N deposition is essential to predict how forest ecosystem adapts to environmental changes. Here, high-throughput sequencing, metagenome and bioinformatics methods will be used to study the responses of soil microbial functional traits to N deposition based on Canopy Addition N experiment in two forests in central and southern China. By analysing the responses of microbial functional traits to canopy and understory nitrogen addition, the sensitive microbial functional traits to N deposition will be ensured. The relative importance of environmental filtering and random effect in the community assembly processes will be disentangled, and response patterns of community assembly to N deposition will be detected. Our study will provide scientific basis to identify the mechanisms of biodiversity and ecological function of soil microorganisms to respond global changes and will contribute to preliminary microbial community assembly theories for forest ecology．

群落构建机制是理解物种共存和多样性变化的核心问题，然而相关研究多集中于动植物领域，微生物的群落构建机制尚处于探索阶段。氮沉降是全球变化的一个重要方面，了解氮沉降背景下土壤微生物群落构建对准确预测森林生态系统如何调节和应对未来环境变化尤为重要。本项目拟借助国内首个“林冠模拟氮沉降”野外控制实验平台，利用高通量测序、宏基因组技术和生物信息学方法，从参与土壤生态过程的功能基因水平鉴定微生物功能性状对氮沉降的响应，研究林冠和林下模拟氮沉降处理下土壤微生物功能性状的变化规律，揭示对氮沉降响应敏感的关键功能性状；探讨环境筛和随机过程在氮沉降下微生物群落重建过程中的相对作用，阐明微生物群落构建对氮沉降的响应模式，从而为辨识全球变化对土壤微生物多样性及其生态功能的作用机制提供科学依据，也为建立森林生态学的土壤微生物群落构建理论体系作出贡献。

群落构建机制是理解物种共存和多样性变化的核心问题，然而相关研究多集中于动植物领域，微生物的群落构建机制尚处于探索阶段。氮沉降是全球变化的一个重要方面，了解氮沉降背景下土壤微生物群落构建对准确预测森林生态系统如何调节和应对未来环境变化尤为重要。本项目拟借助国内首个“林冠模拟氮沉降”野外控制实验平台，利用高通量测序、宏基因组技术和生物信息学方法，分析了微生物功能性状和群落构建过程对氮沉降的响应。研究发现不同氮沉降方式和浓度对氮循环功能基因影响有显著差异；氮循环基因，特别是固氮基因（nifH）是对氮沉降响应敏感的关键功能性状。氮循环基因对林冠和林下氮沉降产生了差异化响应；值得注意的是，以往的研究认为氮沉降降低了森林生态系统土壤微生物固氮基因的相对丰度；而我们的研究发现林下氮沉降确实降低了固氮基因的相对丰度，而林冠氮沉降增加了固氮基因的相对丰度。研究揭示了氮沉降下土壤微生物群落构建机制（环境筛和随机过程）在不同氮沉降处理下微生物群落重建过程中的相对作用不同，发现环境筛在高浓度模拟施氮下微生物群落重建过程中起重要作用，同时发现氮沉降降低了随机作用的相对重要性，阐明微生物群落构建对氮沉降的响应模式；从而为辨识全球变化对土壤微生物多样性及其生态功能的作用机制提供科学依据，也为建立森林生态学的土壤微生物群落构建理论体系作出贡献。