种间促进与竞争作用对荒漠地表光合微生物多样性的影响

（限3000 characters）: Understanding the primary drivers of biological diversity is a fundamental goal of ecology. Although numerous ecological researches have contributed to the perspective that species interactions play an important role in forming community biodiversity, the influences of microbial interspecies facilitation and competition on determining species diversity in microcosm are still poorly estimated, contrasting to their predominant effects on substance circulation and energy flow. To examine the dynamics of environmental microbial interactions and the mechanism of their influences on biodiversity, soil phototroph of biological soil crusts (BSCs) on desert surface will be employed in our research, integrating cyanobacteria, microalgae, phototrophic bacteria and bryophyte (moss). The phototrophic microbial community structure of mosaic patchy BSCs pair-samples (moss and nearby algal crusts) under micro-environmental stress gradient will be analyses by high-throughput Miseq sequencing technology. Then quantitative study on the impacts of nurse species (moss) and microbial species interaction on biodiversity will be performed, combined with structural equation modeling (SEM) analysis, to assess the key factors in determining species diversity on community level. The results of this study could lay new theoretical foundation for the tech-innovation in arid-land ecological restoration.

(限400字)：阐明生物多样性的首要驱动因子是生态学研究根本目标之一。虽然种间相互作用被证明在群落物种多样性形成过程中至关重要，但在物质循环和能量流动中占据关键地位的微生物群落中，种间相互促进与相互竞争作用如何影响其多样性还知之甚少。为了揭示环境微生物种间正、负相互作用规律和对群落物种多样性的影响机制，本研究拟以荒漠生物土壤结皮中的光合生物（蓝藻、真核藻类、光合细菌及苔藓植物）为研究对象，以高通量Miseq测序技术为主要研究手段，对荒漠地区微环境梯度上斑块化镶嵌分布的“苔藓结皮与邻近藻类结皮”成对土壤样本中光合微生物群落结构进行分析，量化研究群落保育种（苔藓）及微生物相互作用对光合微生物群落多样性的影响，并运用结构方程模型发掘群落多样性的关键驱动因子，可为荒漠化土地生态修复的技术革新提供理论依据。

微生物在驱动生物地球化学循环及其他生态过程中扮演了极其关键的角色，其多样性为生态系统在环境变化条件下的稳定性和恢复力提供了重要保障。尽管微生物多样性研究得到了越来越多的关注，但我们对微生物在其群落水平的装配过程、对生态系统功能性的驱动机制及应对极端环境的响应策略等方面的深入研究才刚刚开始，极大限制了人们利用微生物改良土壤、修复退化生境的实践努力。基于荒漠生境的典型特点，本项目以干旱地区生物土壤结皮为模式群落，通过对其光合微生物等关键类群的种群结构、相对丰度、种间相互作用、装配过程驱动因子、多样性多维度特征、景观尺度功能多样性、生态系统多功能性驱动机制等要素的深入分析，揭示了极端环境条件下苔藓等保育物种对土壤微生物群落的影响，其为微生物多样性的维持提供了特殊的保护微生境；发现苔藓结皮斑块对周围基质具有辐射效应，能显著提高蓝藻结皮的功能多样性；特定生态系统中的不同关键微生物类群对生态系统多功能性的维持机制差异较大，结果表明光合微生物的种间进化差异比物种丰富度更重要，而固氮微生物的物种丰富度对生态系统功能的驱动作用更大，这种影响机制上的差异是不同微生物类群之间功能冗余程度的不同导致的。研究成果为利用微生物接种技术在荒漠退化土地修复提供了新的理论支撑，将有助于相关环境工程技术的革新。在本项目资助下，已发表SCI研究论文3篇，另有3篇论文正在投稿与撰写中，并协助培养博士后1名，博士研究生1名，硕士研究生2名。