干旱對青藏高原高寒草原微生物共現網絡和土壤功能的影響（一）
摘要：本研究探討了干旱對青藏高原高寒草原微生物共現網絡和土壤功能的影響。干旱顯著降低了細菌、真菌和原生生物的網絡復雜性（如節點數、連通性等）和穩定性，同時削弱了土壤多功能性。研究發現，網絡復雜性與微生物結構穩定性及土壤功能密切相關，復雜網絡有助于支持酶活性、碳代謝和氮循環等關鍵生態過程。植物通過調控土壤有機碳驅動微生物網絡的變化，濕潤環境中植物多樣性影響更大，而干旱環境中植物生物量更為關鍵。研究表明，干旱引發的微生物群落簡化可能嚴重削弱高寒土壤功能和生態系統穩定性，強調保護微生物網絡復雜性對生態系統管理的重要性，為應對未來全球干旱化提供科學依據。
1、研究背景
土壤包含約四分之一的地球生物種類，通過復雜的生態互動形成微生物網絡，這些網絡能夠反映群落動態和種群關系。研究表明，地下網絡的結構變化可能影響生態功能，但受氣候、植物和土壤等因素影響，其結果尚不一致，尤其在干旱等環境梯度下的影響仍待明確。
干旱是氣候變化的顯著結果，對陸地生態系統功能構成重大威脅。隨著全球干旱區域的擴展，微生物多樣性、結構和活動受到顯著影響。干旱可能通過減少資源和生態位分化，削弱微生物互動，甚至導致網絡崩潰，進而對生態系統功能造成負面影響。
高寒草原在氣候穩定和生物多樣性保護中扮演關鍵角色，但由于其偏遠和極端環境，對其研究有限。理解干旱梯度下的微生物網絡模式及其對生態功能的影響，是保護這些脆弱生態系統的關鍵。
本研究在青藏高原60個站點，分析干旱對微生物網絡復雜性及土壤功能的影響，假設干旱通過減少網絡復雜性削弱網絡穩定性和功能。同時探索植物群落變化如何驅動微生物網絡，為干旱加劇背景下的高寒生態系統保護提供依據。
2、材料與方法
研究在青藏高原60個站點進行，覆蓋干旱梯度（0.2-1.0），包括濕潤、半濕潤、半干旱和干旱四種生境，站點間隔50-100公里，海拔3500-4900米，年降水量89-540毫米，年均溫0.3-7.6℃。生境類型對應高寒濕地草甸、高寒草甸、高寒草原和高寒荒漠草原。
2020年8月采集植物和土壤樣品。每站點設置6個1×1米樣方，收集植物多樣性和生物量數據，以及0-20厘米表層土壤樣品，共得360份土樣。土樣分為三部分，用于土壤理化指標、氣體排放和酶活性測定，以及DNA提取。
利用高通量測序技術分析細菌（16S rRNA基因）、真菌（ITS區）和原生生物（18S rRNA基因）的群落組成。共獲得約1060萬、2140萬和1910萬條高質量序列，分別定義11227、9044和10103個OTU。根據功能分類工具，將真菌劃分為腐生、病原和菌根類；原生生物分為光合、寄生和消費者類。
基于OTU豐度數據，通過Pearson相關分析構建細菌、真菌和原生生物的共現網絡。計算網絡復雜性指標（如節點數、邊數、聚類系數、連通性等）和關鍵物種（如連接器、模塊中心）。網絡可視化使用Gephi平臺。
通過對多個網絡拓撲屬性（如節點數、邊數、平均度、聚類系數等）的標準化評分，綜合反映微生物網絡的復雜性。
網絡魯棒性通過隨機或特定節點刪除后剩余物種的比例評估，脆弱性則衡量網絡效率在節點丟失后的變化。
通過測定土壤養分狀態（如有機碳、微生物生物量）、氣體排放（CO?和CH?）、酶活性（與C、N、P循環相關）和代謝潛能，綜合評估土壤多功能性。
采用多種統計方法（如線性混合效應模型、回歸分析、結構方程模型等）研究干旱對植物特性、土壤屬性、微生物多樣性、網絡特征和土壤多功能性的影響。結合隨機森林模型和Mantel檢驗探討植物、土壤變量與微生物網絡復雜性的關系。