原名：Effects of DOM Chemodiversity on Microbial Diversity in Forest Soils on a Continental Scale
译名：溶解性有机质化学多样性对大陆尺度森林土壤微生物多样性的影响
期刊：Global Change Biology
IF：12.05
发表日期：2025年3月
通讯作者：王超（中国科学院沈阳应用生态所）
土壤溶解性有机质（DOM）是森林生态系统中碳和养分的关键储库，在碳循环和微生物群落动态中起着核心作用。然而，DOM 分子水平多样性（化学多样性）对微生物群落多样性和空间分布的影响仍知之甚少。
（1）大规模森林生态系统中土壤 DOM 组分的组成和多样性特征是什么？
（2）除了已确定的因素如土壤 pH 和温度外，DOM 的多样性和分子组成能否增强对微生物群落多样性模式的解释力？
（1）从中国东部南北样带的 11 个森林站点采集土壤样品。在每个站点从5个亚样地（20×20 m）的上层 10 cm 土壤中采集土壤样品，总共 55 份。过10目筛以去除根系和碎屑。
（2）测定指标：pH、含水量、TN、SOC、TP、DOC、DON、DOM、16S rRNA测序，ITS测序。
（1）55 个森林土壤样品中，共鉴定出 10826 种独特的分子式。通过峰强度加权计算得出的 DOM 分子式范围为 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 之间。DOM 的平均双键当量在 9.4 至 10.8 之间，平均修正芳香性指数（AIₘₒd）在 0.38 至 0.49 之间。
（2）土壤 DOM 分子多样性和丰富度沿森林样带从北到南大致呈钟形曲线分布，且在不同采样点之间存在显著差异（图 1a、b）。NMDS 分析进一步表明，DOM 组成存在显著差异，且 DOM 组成与年平均温度（MAT）之间存在高度显著的关联（图 1c）。类木质素化合物在 DOM 分子式中占主导地位（图 1d）。
（3）各 DOM 化合物组的多样性和丰富度在不同站点之间存在显著差异。类芳香族、类木质素、类蛋白和类单宁化合物的多样性沿研究样带从北到南呈现非线性模式。类脂化合物的多样性显著下降，而类碳水化合物化合物组的多样性未观察到明显模式（图 2）。
（4）经过扩增子测序获得了 23472 个土壤细菌 ASV。这些 ASV 被聚类为 40 个门，其中丰度最高的三个门分别是变形菌门、酸杆菌门和放线菌门（图 3a）。土壤真菌群落，共获得 5934 个 ASV，聚类为 15 个门。在门水平上，优势真菌门为子囊菌门、担子菌门和被孢霉门（图 3d）。
（5）细菌和真菌群落的香农指数在不同站点之间存在显著差异（图 3b 和图 3e）。此外，NMDS 和相关性分析表明，土壤 pH（图 3c）和年平均温度（MAT）（图 3f）分别对细菌和真菌群落组成有显著影响。
（6）相关性分析表明，DOM 分子多样性与细菌群落多样性呈显著正相关，而与真菌群落多样性仅呈弱相关。在同时考虑气候和土壤预测因子时，最佳线性模型显示，土壤 pH 和类脂化合物的化学多样性是预测细菌多样性的两个最重要因素（图 4b）。此外，土壤性质和 DOM 组分的化学多样性分别解释了 65.5% 和 32.0% 的细菌多样性变异（图 4a）。对于真菌多样性，年平均温度（MAT）以及类碳水化合物、类单宁、类芳香族和类脂化合物组的多样性是显著的预测因子（图 4d）。此外，DOM 组分的化学多样性解释了 69.3% 的真菌多样性变异，而气候解释了 20.1%（图 4c）。
（7）结构方程模型（SEM）分析进一步揭示，气候和土壤性质主要通过与 DOM 组分的相互作用影响微生物多样性。例如，年平均温度（MAT）通过类脂化合物的多样性对细菌多样性产生间接影响（图 5a），而土壤 pH 通过类脂和类芳香族化合物的多样性对真菌多样性产生间接影响（图 5c）。此外，当从结构方程模型中去除 DOM 化合物后，模型的预测能力显著下降，表现为 R² 值降低和 AIC 值升高（图 5b、d）。
（8）在细菌系统发育树中，共包含 1239 个 ASV（图 6a）。这些 ASV 中的大多数与类蛋白和类碳水化合物化合物相关，分别占 ASV 总数的 44.2% 和 78.6%。在第一个典型轴上表现出显著负相关的细菌类群中，最丰富的类群属于变形菌门、酸杆菌门和放线菌门（图 6）。
本研究发下不同地点的土壤 DOM 化学多样性存在显著差异，其随纬度变化呈现先增加后减少的趋势。此外，DOM 组分的生物地理分布对细菌和真菌多样性的影响存在差异：类脂化合物与细菌多样性密切相关，而类芳香族、类碳水化合物和类脂化合物则主要影响真菌多样性。线性模型和结构方程模型均表明，DOM 作为关键中介，介导了温度和土壤性质对微生物空间分布的作用。本研究结果强调了 DOM 分子特征在塑造微生物群落结构和功能中的重要性，为理解环境因素如何影响森林生态系统中的微生物生态系统和土壤碳循环提供了新视角。