生物土壤结皮被称为“沙漠生态系统工程师”，在荒漠生态系统的恢复和稳定维持中发挥着重要作用。微生物随着生物结皮的形成和演替也发生相应变化，参与土壤性质的改善、土壤团聚体的稳定和植被的发育。厘清生物结皮附属微生物群落组成沿着生物结皮演替方向的变化规律是应用生物结皮修复沙化土地生态功能的前提。呼伦贝尔沙地作为我国纬度最高的沙地（图1），年平均气温仅-5~1.5 ℃，属于典型的寒漠生态系统（Cold desert），此前对该地生物结皮演替过程中微生物群落组成的变化规律鲜有报道。

中国科学院西北生态环境资源研究院科研团队通过野外采样调查和新一代高通量测序平台（Illumina MiSeq PE300 Platform），初步摸清了呼伦贝尔沙地生物结皮演替过程中不同阶段（蓝藻结皮、地衣结皮和苔藓结皮）结皮层下层0-5cm土壤中细菌和真菌群落多样性和组成的变化规律，并确定微生物群落形成的主要驱动因素。结果表明，沿着蓝藻结皮、地衣结皮和苔藓结皮的演替方向，生物结皮下层0-5cm土壤的营养富集能力显著增强（有机质、总氮、铵态氮等）。同时，土壤细菌多样性随着生物结皮的演替而显著增加，而真菌多样性随着生物结皮的演替减少（图2）。本研究共发现32个细菌门和11个真菌门，在不同沙漠生态系统中已被多次报道。其中，变形菌门（Proteobacteria）的相对丰度显著增加，蓝细菌门（Cyanobacteria）相对丰度显著降低。放线菌门（Actinobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）和酸杆菌门（Acidobacteria）的相对丰度由蓝藻结皮向地衣结皮演替过程中显著增加，由地衣结皮向苔藓结皮显著降低（图3）。在此过程中，土壤理化性质的改善显著推动了生物结皮层下土壤细菌和真菌群落组成的变化（图4）。以上发现加深了我们对高纬度寒漠生态系统生物结皮演替过程中土壤微生物群落特征变化的理解，有助于我们制定科学的高寒沙地生态系统修复策略。

该成果以 Changes in microbial composition during the succession of biological soil crusts in alpine Hulun Buir Sandy Land, China 为题发表于微生物生态经典期刊Microbial ecology 。西北研究院奈曼站段育龙助理研究员和李玉强研究员为论文共同第一作者，沙坡头站贾荣亮研究员和奈曼站刘新平研究员为共同论文通讯作者。该研究获中国科学院战略先导A项目（XDA26020104）、科技部重点研发项目（2017YFA0604803）等项目资助。

论文链接：https://doi.org/10.1007/s00248-024-02359-2

图1. 呼伦贝尔沙地区域位置和不同演替阶段生物结皮形态特征. Stage 1,裸沙地 (Control, n=3); Stage 2, 蓝藻结皮 (n=3); Stage 3, 地衣结皮 (n=3); Stage 4, 苔藓结皮 (n=3).

         图2. 呼伦贝尔沙地不同生物结皮微生物α-多样性(Chao1指数)的比较. 箱形散点图显示不同演替阶段细菌(A)和真菌(B)群落的Chao1指数。两组间差异采用配对t检验。条形图为平均值±SD，条形图上方星号表示影响因素在显著性水平上具有显著性：*P < 0.05；Stage 1,裸沙地 (Control, n=3); Stage 2, 蓝藻结皮 (n=3); Stage 3, 地衣结皮 (n=3); Stage 4, 苔藓结皮 (n=3).

       图3. 呼伦贝尔沙地不同生物结皮细菌(A)和真菌(B)群落组成（门）. *P < 0.05；Stage 1,裸沙地 (Control, n=3); Stage 2, 蓝藻结皮 (n=3); Stage 3, 地衣结皮 (n=3); Stage 4, 苔藓结皮 (n=3).

        图4. 基于距离的冗余分析(db-RDA)揭示了环境因子与4种生物结皮细菌(A)和真菌(B)群落组成的关系. D, 土壤颗粒直径, 0.002 mm < D₁ ≤ 0.02 mm；0.02 mm < D₂ ≤ 2 mm；TK, 全钾; WST, 可溶性盐总量；*P < 0.05；Stage 1,裸沙地 (Control, n=3); Stage 2, 蓝藻结皮 (n=3); Stage 3, 地衣结皮 (n=3); Stage 4, 苔藓结皮 (n=3).