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海拔高度、土壤pH和Ca的可利用性決定了熱帶和亞熱帶森林中 PhoD 基因豐度的空間分布模式
有機磷礦化是調(diào)控土壤磷有效性的關鍵生物地球化學過程，直接決定植物可利用的磷資源水平。土壤微生物PhoD基因作為編碼堿性磷酸酶的關鍵功能基因，已成為表征磷礦化過程的重要分子標識。攜帶該基因的土壤微生物通過分泌胞外堿性磷酸酶驅(qū)動有機磷的礦化轉(zhuǎn)化。該基因廣泛分布于多個細菌門類，在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)(尤其施肥響應方面)的功能已有充分研究，然而PhoD基因在自然生態(tài)系統(tǒng)中沿環(huán)境梯度的空間分布格局及其對磷素循環(huán)產(chǎn)生的影響仍不清楚。
該研究選取海拔梯度較大、緯度范圍較小的熱帶森林(納板河和補蚌樣點)和亞熱帶常綠闊葉林(哀牢山樣點)20公頃樣地開展土壤微生物PhoD基因多度的空間分布和相關環(huán)境因子調(diào)查，其目的在于：(a)探明PhoD基因多度的空間分布格局;(b)查明在局域和區(qū)域尺度上驅(qū)動其多度變化的關鍵因子;(c)解析土壤化學性質(zhì)對其分布的影響。主要結(jié)果顯示：不同森林中的PhoD基因多度和檢出率呈現(xiàn)顯著差異。中海拔的納板河熱帶森林樣地(1015.86–1235.64米)PhoD基因多度最高且分布最為廣泛，低海拔的補蚌熱帶森林樣地(712.05–860.05米)次之，而高海拔的哀牢山亞熱帶常綠闊葉林樣地(2443.78–2586.13米)多度最低且常未達檢出限，其中哀牢山森林的最高未檢出率與其他樣地呈現(xiàn)顯著差異。進一步分析表明，在區(qū)域尺度上，海拔、土壤pH和鈣含量是預測PhoD基因多度與分布的主導因子;土壤pH在區(qū)域與局域尺度均對PhoD基因多度表現(xiàn)明顯的驅(qū)動作用。區(qū)域尺度上，海拔主要通過改變土壤pH及大量營養(yǎng)元素(全碳、全氮、全磷)間接影響PhoD基因多度空間分布，而在局域尺度上，PhoD基因多度空間變異則與土壤母質(zhì)的變化密切相關，其進一步調(diào)控土壤pH與鈣的動態(tài)。
綜上，PhoD基因多度變化在森林生態(tài)系統(tǒng)間具有顯著差異。研究揭示了由海拔驅(qū)動的環(huán)境變化如何影響磷礦化過程中土壤微生物功能基因的潛在功能，同時強調(diào)需要開展更大尺度的研究來預測這一關鍵微生物過程對全球變化的響應。相關研究成果以“Elevation, soil pH and calcium availability shape regional and local scale spatial patterns of PhoD gene abundance in tropical and subtropical forests”為題發(fā)表在國際著名學術(shù)期刊Functional Ecology上。中國科學院西雙版納熱帶植物園(以下簡稱“版納植物園”)土壤生態(tài)學研究組副研究員Sandhya Mishra為該論文第一作和共同通訊作者，楊效東研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金國際(地區(qū))合作與交流項目、云南省基礎研究重點基金、云南省興滇人才計劃項目和版納植物園自主部署科研項目的支持。
圖1.三個不同海拔梯度森林大樣地(補蚌、納板河和哀牢山)土壤PhoD基因豐度的空間分布格局及關鍵驅(qū)動因素
圖2.PhoD基因豐度驅(qū)動因素的路徑分析(a)PLSPM模型展示了海拔、土壤理化性質(zhì)對PhoD基因豐度的直接和間接影響路徑;(b)標準化效應的大小(直接效應、間接效應、總效應)
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