黄土高原最高山海拔梯度下土壤细菌与真菌群落的差异化组装模式及其生态驱动机制

本期推荐：西北生态环境资源研究院团队通过高通量测序技术，揭示了黄土高原马寒山海拔梯度(2632-3661 m)土壤微生物群落构建机制。研究发现细菌群落由确定性过程主导(94.2%)，而真菌群落受确定性与随机性过程共同调控(53.4% vs 46.6%)，阐明了地形-气候-土壤协同作用对高山生态系统微生物分布的影响，为预测气候变化下微生物响应提供理论依据。

　　

在广袤的黄土高原上，矗立着一座特殊的山峰——马寒山，这座海拔3670.4米的独特地质构造不仅是区域最高峰，更是一个天然的生态实验室。随着海拔升高，温度每千米下降约6°C，降水格局改变，植被类型从草原演替为灌丛再到高寒草甸，这种"立体气候"现象为研究环境梯度对微生物的影响提供了理想条件。然而，长期以来科学家们面临一个关键难题：在如此剧烈的环境变化下，究竟哪些力量在支配着土壤微生物群落的"安家落户"？是严酷环境的选择压力（确定性过程），还是随机扩散的运气因素（随机性过程）？这个问题的答案不仅关乎微生物地理学理论的发展，更直接影响我们对气候变化下高山生态系统功能的预测能力。

西北生态环境资源研究院的科研团队在马寒山东坡海拔2600-3670米范围内，设置了包含高山草原(AG)、亚高山灌丛(SS)、高山灌丛(AS)和高寒草甸(AM)的植被带采样点。采用空间网格法布置50m×50m样方，使用土钻采集0-20cm和20-40cm土层样品，通过氯仿熏蒸-K₂SO₄浸提法测定微生物生物量碳氮磷(MBC/MBN/MBP)，运用Illumina平台对16S rRNA基因V3-V4区和ITS1区进行高通量测序，获得4,014,304条细菌和3,087,570条真菌高质量ASVs（扩增子序列变体）。通过β-最近分类单元指数(βNTI)和Bray-Curtis相异度分析群落构建过程，结合偏最小二乘路径模型(PLS-PM)解析环境驱动机制。

海拔梯度未显著改变微生物α多样性，但导致群落结构显著分化。细菌优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteriota)和放线菌门(Actinobacteriota)，其中放线菌相对丰度随海拔升高而降低；真菌则以子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)和被孢霉门(Mortierellomycota)为主，前两者丰度随海拔降低而后者相反。零模型分析显示细菌群落构建94.2%由确定性过程主导，表现为环境过滤导致的群落分化；真菌群落则受确定性(53.4%)和随机性(46.6%)过程共同调控，表层土壤以随机过程为主，亚表层更受确定性过程影响。Mantel检验证实海拔通过调控土壤温度(Tem)、水分(Moi)、pH及碳氮含量(SOC/TN)驱动细菌群落变异，而真菌群落更受地理距离影响。路径分析揭示海拔→土壤温湿度→理化性质→βNTI→群落结构的级联效应在细菌中更显著。

这项研究首次系统阐明了黄土高原高山生态系统微生物海拔分布的双重调控机制。细菌如同"环境哨兵"，其分布严格遵循环境筛选规则；真菌则像"机会主义者"，既受环境制约又保留随机扩散能力。这种差异可能源于真菌菌丝网络增强的扩散能力和功能冗余特性。研究创新性地发现亚表层土壤微生物构建过程与表层的分异规律，为理解垂直空间微生物分布提供了新视角。在全球变暖背景下，该成果对预测高山微生物功能群演替、评估碳氮循环响应具有重要价值，也为山地生态保护政策的制定提供了科学依据。