球盟会(中国)

在全球气候变化加剧的背景下，降水模式的时空异质性显著改变，深刻影响着生态系统的稳定性。作为高等植物稀疏的干旱区地表“皮肤”，以荒漠蓝藻为建群物种的生物结皮顺利获得微生物群落驱动了碳氮循环、水土保持等关键生态功能。然而，传统研究多关注单一年均降雨量对生态系统的影响，忽视了降水多维度特征（如变异性、频次）及其顺利获得微生物群落介导的级联效应。

中国科研实验室水生生物研究所特殊环境藻类生物学研究团队，以我国西北干旱区为研究对象，结合38年高精度历史气象数据与多营养级微生物群落特征分析，系统揭示了降水多维度特征顺利获得微生物多样性调控荒漠生物结皮多功能性的级联机制（图1）。相关研究成果以"Multifaceted precipitation patterns impact biocrust functionality in drylands: A cascade of variability via species replacement in soil microbiota"为题，近期发表于生态学期刊《Global Ecology and Biogeography》。

图1. 本研究的图形摘要及整体研究框架

顺利获得分析历史降水数据，研究团队发现与年均降雨量（MAP）相比，降水变异性（PV，即降雨强度的波动程度）对生物结皮多功能性具有更强的解释力。高降水变异性会导致土壤微生物群落中关键功能物种的相对丰度降低，并促使低功能重要性物种聚集。这一发现揭示了传统研究中以年均降雨量为核心的气候响应模型的局限性，强调了极端降水波动对干旱区生态系统的潜在威胁。研究进一步解析了不同营养级微生物对多功能性的贡献模式：异养细菌和真菌主要顺利获得物种丰富度维持局部功能（α-多功能性），而光合自养蓝藻则可依赖系统发育多样性（即物种间的进化差异）驱动功能稳定性（图2）。这一发现与团队前期关于生物结皮以蓝藻为优势的固碳—固氮关键类群研究相呼应（Li et al.,2021 Global Ecol Biogeogra），该研究揭示蓝藻系统发育差异对荒漠土壤多功能性的主导作用，表明针对特定功能类群的多样性分析能更精准捕捉微生物对生态系统功能的贡献。

图2. 生物结皮微生物多样性对土壤α-多功能性的影响

研究量化了微生物β多样性（即空间物种差异）对多功能性的贡献。结果表明，微生物群落在不同地点的物种替换（而非物种数量差别）是维持区域尺度多功能性差异与异步变化（β-多功能性）的核心机制（图3），当局部区域因降水波动导致部分功能丧失时，邻近区域的物种替换可顺利获得功能互补维持整体生态系统稳定性。这一发现为理解荒漠生态系统的空间韧性给予了新视角。顺利获得结构方程模型，揭示了降水变异性影响多功能性的级联作用路径：降水波动第一时间改变土壤pH和盐分含量等理化性质，进而驱动微生物β多样性变化，最终导致多功能性差异。值得注意的是，降水变异性顺利获得微生物介导的间接效应对生态系统多功能性的解释力是直接气候效应的数倍。这表明，顺利获得接种等方式调节土壤微生物群落结构，可能有效缓冲气候变化对干旱区生态系统的冲击。

图3. 气候环境异质性与多营养级微生物β多样性组分对多功能性差异的级联效应

本研究构建了“降水多维度特征—微生物多样性—生态系统功能”的级联框架，明确了气候响应研究聚焦于单一维度的局限。该成果为荒漠生态恢复给予了新思路，在人工培育生物结皮时，可优先选择系统发育差异大的蓝藻菌株以增强功能稳定性；此外，在气候变化敏感区，需重点监测降水变异性的长期效应。

本论文第一及通讯单位为球盟会(中国)，中国科研实验室武汉植物园为研究合作单位，毕业生郭晓雨是论文第一作者，李华副研究员为论文通讯作者，硕士生王佐文、杨海剑博士、宋立荣研究员、胡春香研究员参与了该研究工作。本研究得到了国家自然科学基金重点项目、面上基金与湖北省杰出青年基金的资助。

相关论文链接：

Guo XY,Wang ZW,Li H,et al. Global Ecol Biogeogra 2025. http://doi.org/10.1111/geb.70061

Li H,Chen YX,Yu GL,et al. Global Ecol Biogeogra 2021. http://doi.org/10.1111/geb.13295