原名：Effects of DOM Chemodiversity on Microbial Diversity in Forest Soils on a Continental Scale
譯名：溶解性有機質化學多樣性對大陸尺度森林土壤微生物多樣性的影響
期刊：Global Change Biology
IF：12.05
發表日期：2025年3月
通訊作者：王超（中國科學院沈陽應用生態所）
土壤溶解性有機質（DOM）是森林生態系統中碳和養分的關鍵儲庫，在碳循環和微生物群落動態中起著核心作用。然而，DOM 分子水平多樣性（化學多樣性）對微生物群落多樣性和空間分布的影響仍知之甚少。
（1）大規模森林生態系統中土壤 DOM 組分的組成和多樣性特征是什么？
（2）除了已確定的因素如土壤 pH 和溫度外，DOM 的多樣性和分子組成能否增強對微生物群落多樣性模式的解釋力？
（1）從中國東部南北樣帶的 11 個森林站點采集土壤樣品。在每個站點從5個亞樣地（20×20 m）的上層 10 cm 土壤中采集土壤樣品，總共 55 份。過10目篩以去除根系和碎屑。
（2）測定指標：pH、含水量、TN、SOC、TP、DOC、DON、DOM、16S rRNA測序，ITS測序。
（1）55 個森林土壤樣品中，共鑒定出 10826 種獨特的分子式。通過峰強度加權計算得出的 DOM 分子式范圍為 C17.94?18.99H16.61?19.98N0.43-0.66O9.36-9.88S0.04-0.10。DOM 的分子量在 398 至 413 Da 之間。DOM 的平均雙鍵當量在 9.4 至 10.8 之間，平均修正芳香性指數（AI??d）在 0.38 至 0.49 之間。
（2）土壤 DOM 分子多樣性和豐富度沿森林樣帶從北到南大致呈鐘形曲線分布，且在不同采樣點之間存在顯著差異（圖 1a、b）。NMDS 分析進一步表明，DOM 組成存在顯著差異，且 DOM 組成與年平均溫度（MAT）之間存在高度顯著的關聯（圖 1c）。類木質素化合物在 DOM 分子式中占主導地位（圖 1d）。
（3）各 DOM 化合物組的多樣性和豐富度在不同站點之間存在顯著差異。類芳香族、類木質素、類蛋白和類單寧化合物的多樣性沿研究樣帶從北到南呈現非線性模式。類脂化合物的多樣性顯著下降，而類碳水化合物化合物組的多樣性未觀察到明顯模式（圖 2）。
（4）經過擴增子測序獲得了 23472 個土壤細菌 ASV。這些 ASV 被聚類為 40 個門，其中豐度最高的三個門分別是變形菌門、酸桿菌門和放線菌門（圖 3a）。土壤真菌群落，共獲得 5934 個 ASV，聚類為 15 個門。在門水平上，優勢真菌門為子囊菌門、擔子菌門和被孢霉門（圖 3d）。
（5）細菌和真菌群落的香農指數在不同站點之間存在顯著差異（圖 3b 和圖 3e）。此外，NMDS 和相關性分析表明，土壤 pH（圖 3c）和年平均溫度（MAT）（圖 3f）分別對細菌和真菌群落組成有顯著影響。
（6）相關性分析表明，DOM 分子多樣性與細菌群落多樣性呈顯著正相關，而與真菌群落多樣性僅呈弱相關。在同時考慮氣候和土壤預測因子時，最佳線性模型顯示，土壤 pH 和類脂化合物的化學多樣性是預測細菌多樣性的兩個最重要因素（圖 4b）。此外，土壤性質和 DOM 組分的化學多樣性分別解釋了 65.5% 和 32.0% 的細菌多樣性變異（圖 4a）。對于真菌多樣性，年平均溫度（MAT）以及類碳水化合物、類單寧、類芳香族和類脂化合物組的多樣性是顯著的預測因子（圖 4d）。此外，DOM 組分的化學多樣性解釋了 69.3% 的真菌多樣性變異，而氣候解釋了 20.1%（圖 4c）。
（7）結構方程模型（SEM）分析進一步揭示，氣候和土壤性質主要通過與 DOM 組分的相互作用影響微生物多樣性。例如，年平均溫度（MAT）通過類脂化合物的多樣性對細菌多樣性產生間接影響（圖 5a），而土壤 pH 通過類脂和類芳香族化合物的多樣性對真菌多樣性產生間接影響（圖 5c）。此外，當從結構方程模型中去除 DOM 化合物后，模型的預測能力顯著下降，表現為 R2 值降低和 AIC 值升高（圖 5b、d）。
（8）在細菌系統發育樹中，共包含 1239 個 ASV（圖 6a）。這些 ASV 中的大多數與類蛋白和類碳水化合物化合物相關，分別占 ASV 總數的 44.2% 和 78.6%。在第一個典型軸上表現出顯著負相關的細菌類群中，最豐富的類群屬于變形菌門、酸桿菌門和放線菌門（圖 6）。
本研究發下不同地點的土壤 DOM 化學多樣性存在顯著差異，其隨緯度變化呈現先增加后減少的趨勢。此外，DOM 組分的生物地理分布對細菌和真菌多樣性的影響存在差異：類脂化合物與細菌多樣性密切相關，而類芳香族、類碳水化合物和類脂化合物則主要影響真菌多樣性。線性模型和結構方程模型均表明，DOM 作為關鍵中介，介導了溫度和土壤性質對微生物空間分布的作用。本研究結果強調了 DOM 分子特征在塑造微生物群落結構和功能中的重要性，為理解環境因素如何影響森林生態系統中的微生物生態系統和土壤碳循環提供了新視角。