暖化与氮添加对高寒草甸微生物多样性的独特影响：揭示生态变化新机制

在全球变暖与氮（N）沉降加剧的背景下，研究人员开展 “Warming enhances the effects of nitrogen addition on fungal but not on bacterial diversity in an alpine meadow” 研究。结果发现二者对细菌和真菌多样性影响各异，该研究为理解高寒草甸生态系统响应提供依据。

　　随着全球气候持续变暖，大气中的氮沉降也在不断增加。这两个变化如同看不见的大手，深刻地影响着地球生态系统的方方面面，其中土壤微生物群落就是它们作用的重要对象。土壤微生物在生态系统中扮演着至关重要的角色，它们参与土壤养分循环、有机质分解等诸多关键过程，对维持生态平衡意义非凡。然而，当前科学界对于细菌和真菌多样性在暖化与氮沉降影响下的具体响应，以及背后的主导因素，了解还十分有限，尤其是在像高寒草甸这种氮素有限且低温的特殊生态系统中，相关研究更是匮乏。为了填补这一知识空白，深入探究生态系统在全球变化下的响应机制，来自西藏自治区那曲国家农业环境农业实验站的研究人员开展了一项意义重大的研究。
研究人员通过精心设计的野外控制实验，模拟了暖化（W，利用开顶式气室升温 2°C ）、氮添加（N，每年每公顷施加 40 千克 NH₄NO₃ ）以及二者的交互作用（NW）对土壤微生物群落组成和多样性、植物群落特征的影响。经过 3 年的实验观测与数据分析，研究取得了一系列重要成果，并将其发表在《Basic and Applied Ecology》上。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，通过设置不同处理的实验样地，对植物群落的生产力和多样性进行了详细调查，包括记录物种数量、测量植株高度、估算覆盖度和生物量等。其次，对土壤样本进行采集和多方面分析，如测定土壤铵态氮（NH₄⁺-N）、硝态氮（NO₃^?-N）、总氮（TN）和有机碳（SOC）含量，监测土壤温度（ST）和湿度（SM）。然后，提取土壤 DNA，扩增细菌 16S rRNA 基因片段（V3 - V4）和真菌 ITS1 rRNA 区域，进行高通量测序。最后，运用多种统计分析方法，如双向方差分析（two-way ANOVA）、非度量多维缩放（NMDS）等，探究各因素之间的关系。
下面来具体看看研究的主要结果。
土壤性质变化：氮添加使得土壤 NH₄⁺-N 和土壤湿度分别增加了 83.34% 和 9.20%；暖化则使土壤温度升高 7.22%，但土壤湿度降低 266.99%。与单独氮添加相比，NW 处理显著升高了土壤温度，降低了土壤湿度和 NH₄⁺-N 含量。
土壤微生物多样性和群落组成变化：氮添加使细菌丰富度（Chao1 指数）增加 9.98% ，真菌多样性（Shannon 和 Chao1 指数）分别显著降低 21.91% 和 33.66%；暖化使细菌 Chao1 指数显著降低 23.03%；NW 处理与单独氮添加相比，显著增加了真菌多样性，降低了细菌多样性。同时，氮添加和暖化显著改变了细菌和真菌群落组成。
微生物群落特征与植物和土壤因素的关系：通过方差分解分析（VPA）等方法发现，环境和植物群落生产力变量分别解释了细菌和真菌群落组成变异的 12.68% 和 22.37%。土壤湿度、温度、植物多样性等因素对细菌和真菌多样性有显著影响。
研究结论和讨论部分指出，暖化、氮添加及其交互作用对土壤真菌和细菌多样性和丰富度有着相反的影响。氮添加主要通过增加土壤有效氮和水分，促进植物地上生物量（AGB）和细菌群落活动，抑制真菌群落活动。暖化导致的干旱抑制了细菌群落活性，减少了细菌丰富度。NW 处理对细菌和真菌多样性的影响与单独氮添加相比差异显著，表明二者的交互作用增强了真菌多样性，对细菌多样性则产生拮抗作用。在暖化和氮处理下，AGB 优先于地下生物量（BGB）增加，使得真菌群落比细菌群落更能适应养分和水分缺乏的条件。此外，植物群落组成的变化有利于选择适应干旱的真菌微生物群落，减少养分竞争。
这项研究的意义重大，它为我们理解高寒草甸生态系统在未来气候变化情景下的响应提供了关键信息。明确了暖化和氮添加对微生物多样性的影响机制，有助于制定更有效的生物多样性保护策略，也为进一步研究全球变化下生态系统的演变提供了重要参考。同时，研究结果也提示我们，在未来的研究中，应更加关注微生物碳氮功能基因，进一步阐明全球变化下植物 - 微生物相互作用的机制，从而更好地应对全球变化带来的生态挑战。