生物多样性与生态系统功能（BEF）之间的关系是生态研究的重要课题之一。土壤微生物群落的变化可能是调节这种关系的关键因素之一。关于森林中真菌群落对树木多样性-生产力关系的影响，已有大量研究。然而，对于细菌和古细菌，尽管它们在森林土壤中数量众多，并具有重要的生态系统功能，但关于它们在调节生物多样性与生态系统功能关系中的作用的研究却相对较少。
依托我国亚热带大型森林生物多样性的控制实验平台（BEF-China），北京林业大学张乃莉课题组与中国科学院生态环境研究中心曲来叶研究团队，研究了不同多样性梯度下土壤细菌和古菌群落对乔灌木多样性变化的互动效应，并对生态系统生产力的调节机制进行了探究。
图1 试验设计和取样
研究人员的发现显示，随着树木和灌木物种丰富度的增加，细菌和古菌群落的多样性、共生网络和组成都呈现出不同的模式。在细菌群落方面，随着乔木物种丰富度的增加，细菌多样性和共生网络的复杂性会减少；而灌木物种丰富度对细菌多样性的影响在不同乔木物种丰富度水平上存在差异，这说明乔灌木物种丰富度会相互影响细菌群落的多样性。此外，细菌群落的变化可能是地上植物物种丰富度的直接结果，也可能是通过改变土壤性质（如C/N和pH值）而间接影响的结果。就古菌群落而言，乔木和灌木物种丰富度对多样性、微生物网络复杂性和组成的影响并不明显，而土壤性质几乎没有改变古菌群落的组成。
图2 土壤细菌和古细菌的 α 多样性和群落结构
此外，该研究还利用结构方程模型提出了一种新的机制，指出乔木和灌木物种丰富度通过直接或间接调节土壤细菌和古菌群落，显著提高了林地中树木的生产力。具体而言，乔木物种丰富度可以通过间接途径提高细菌多样性，并通过促进土壤中的碳氮循环来调节细菌群落的组成，从而对群落的生产力产生连锁效应。对于古菌而言，只有当土壤中的碳氮比例增加时，它们的多样性才会增加，这可能与树种丰富度有关，并有助于提高树木的生产力。总体而言，该研究的结果揭示了土壤原核生物群落在调节亚热带森林中乔木和灌木物种丰富度与生产力之间关系中的重要作用。
图3 地上植物丰富度通过调节土壤特性和微生物群落来影响树木的生产力
该研究成果于2023年11月23日在国际学术期刊Microbiome（一区TOP，IF5y=19.7）上发表。北京林业大学林学院的陶思齐讲师是论文的第一作者，北京林业大学林学院张乃莉副教授和中国科学院生态环境研究中心的曲来叶副研究员为论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（No. 32071644）和中科院战略性先导科技专项B类（XDB31030400）等项目的资助。
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https://doi.org/10.1186/s40168-023-01676-x
