干旱对青藏高原高寒草原微生物共现网络和土壤功能的影响（一）
摘要：本研究探讨了干旱对青藏高原高寒草原微生物共现网络和土壤功能的影响。干旱显著降低了细菌、真菌和原生生物的网络复杂性（如节点数、连通性等）和稳定性，同时削弱了土壤多功能性。研究发现，网络复杂性与微生物结构稳定性及土壤功能密切相关，复杂网络有助于支持酶活性、碳代谢和氮循环等关键生态过程。植物通过调控土壤有机碳驱动微生物网络的变化，湿润环境中植物多样性影响更大，而干旱环境中植物生物量更为关键。研究表明，干旱引发的微生物群落简化可能严重削弱高寒土壤功能和生态系统稳定性，强调保护微生物网络复杂性对生态系统管理的重要性，为应对未来全球干旱化提供科学依据。
1、研究背景
土壤包含约四分之一的地球生物种类，通过复杂的生态互动形成微生物网络，这些网络能够反映群落动态和种群关系。研究表明，地下网络的结构变化可能影响生态功能，但受气候、植物和土壤等因素影响，其结果尚不一致，尤其在干旱等环境梯度下的影响仍待明确。
干旱是气候变化的显著结果，对陆地生态系统功能构成重大威胁。随着全球干旱区域的扩展，微生物多样性、结构和活动受到显著影响。干旱可能通过减少资源和生态位分化，削弱微生物互动，甚至导致网络崩溃，进而对生态系统功能造成负面影响。
高寒草原在气候稳定和生物多样性保护中扮演关键角色，但由于其偏远和极端环境，对其研究有限。理解干旱梯度下的微生物网络模式及其对生态功能的影响，是保护这些脆弱生态系统的关键。
本研究在青藏高原60个站点，分析干旱对微生物网络复杂性及土壤功能的影响，假设干旱通过减少网络复杂性削弱网络稳定性和功能。同时探索植物群落变化如何驱动微生物网络，为干旱加剧背景下的高寒生态系统保护提供依据。
2、材料与方法
研究在青藏高原60个站点进行，覆盖干旱梯度（0.2-1.0），包括湿润、半湿润、半干旱和干旱四种生境，站点间隔50-100公里，海拔3500-4900米，年降水量89-540毫米，年均温0.3-7.6℃。生境类型对应高寒湿地草甸、高寒草甸、高寒草原和高寒荒漠草原。
2020年8月采集植物和土壤样品。每站点设置6个1×1米样方，收集植物多样性和生物量数据，以及0-20厘米表层土壤样品，共得360份土样。土样分为三部分，用于土壤理化指标、气体排放和酶活性测定，以及DNA提取。
利用高通量测序技术分析细菌（16S rRNA基因）、真菌（ITS区）和原生生物（18S rRNA基因）的群落组成。共获得约1060万、2140万和1910万条高质量序列，分别定义11227、9044和10103个OTU。根据功能分类工具，将真菌划分为腐生、病原和菌根类；原生生物分为光合、寄生和消费者类。
基于OTU丰度数据，通过Pearson相关分析构建细菌、真菌和原生生物的共现网络。计算网络复杂性指标（如节点数、边数、聚类系数、连通性等）和关键物种（如连接器、模块中心）。网络可视化使用Gephi平台。
通过对多个网络拓扑属性（如节点数、边数、平均度、聚类系数等）的标准化评分，综合反映微生物网络的复杂性。
网络鲁棒性通过随机或特定节点删除后剩余物种的比例评估，脆弱性则衡量网络效率在节点丢失后的变化。
通过测定土壤养分状态（如有机碳、微生物生物量）、气体排放（CO₂和CH₄）、酶活性（与C、N、P循环相关）和代谢潜能，综合评估土壤多功能性。
采用多种统计方法（如线性混合效应模型、回归分析、结构方程模型等）研究干旱对植物特性、土壤属性、微生物多样性、网络特征和土壤多功能性的影响。结合随机森林模型和Mantel检验探讨植物、土壤变量与微生物网络复杂性的关系。