生物多樣性的起源和維持機制一直以來都是生態學領域亟待解決的重要研究課題。大量證據顯示地球上大型動植物的多樣性會隨著緯度的升高而降低，但是到目前為止并沒有可靠的證據能夠支持土壤微生物多樣性是否也遵循這樣的規律。甚至有些研究基于特定的的緯度范圍發現微生物多樣性可能與緯度之間根本不存在線性關系。此外由于細菌和真菌在個體大小、生長策略及生態功能上的差異，細菌和真菌的維度多樣性變化是否存在差異及其背后的機制仍然不夠明確。
中國東部森林樣帶是地球上除北美森林樣帶外較為少有的能涵蓋各種森林類型的氣候類型連續變化的生態系統，為研究地上地下生物多樣性隨環境梯度（尤其是熱量梯度和降雨梯度）的特征及其機制提供了得天獨厚的條件。為了探討土壤微生物多樣性的緯度變化，中國科學院沈陽應用生態研究所王清奎課題組博士劉圣恩和Pablo de Olavide大學Manuel Delgado-Baquerizo教授依托“中國森林生態系統野外定位站研究網絡”從尖峰嶺到大興安嶺沿著4100 km的緯度范圍連續采樣，為驗證細菌和真菌的緯度多樣性是否呈現不一致的規律，并探討潛在的機制。結果顯示細菌多樣性隨緯度呈現單峰變化特征，而真菌多樣性隨緯度增加而逐漸降低（圖1）。而這種不一致的規律背后的機制是：MAT和地上凈初級生產力是真菌緯度多樣性變化的決定因子（圖2,3），而土壤pH和N:P是細菌緯度多樣性變化的決定因子（圖2）。因此可以預測未來氣候變暖所帶來的地上初級生產力的升高可能會增加腐生真菌和病原真菌的多樣性，但是可能會降低外生菌根的多樣性，而這樣的變化可能對森林生態系統，尤其是溫帶森林的生態系統功能產生深遠的影響。此外該研究發現洲際尺度上森林土壤采樣的“隨機效應”會造成微生物多樣性24.5%-38.8%的變化，從而強調大的空間尺度上微生物地理學研究采樣的嚴謹性。
該研究得到了中國科學院先導B（XDB15010301）、國家自然科學基金委重點項目（31830015）和面上項目（31570466）的支持。研究成果Decoupled diversity patterns in bacteria and fungi across continental forest ecosystems于2020年3月2日在線發表于Soil Biology and Biochemistry上。在讀博士生劉圣恩、王行是共同一作，王清奎研究員和Manuel Delgado-Baquerizo教授為共同通訊作者。
圖1. 中國南北熱量梯度上森林土壤細菌和真菌豐富度隨緯度梯度變化特征。(a), (b)分別代表細菌和真菌豐富度隨緯度變化的線性擬合結果，陰影部分表示95%的置信區間。(c), (d)分別展示細菌和真菌總的豐富度在不同森林類型中的差異。
“Kruskal-Wallis檢驗展示不同森林類型對應物種豐富度差異的顯著性
圖 2. 環境因子對中國東部森林土壤微生物多樣性分布影響的PiecewiseSEM擬合結果.（a）,（b）分別表示細菌和真菌的豐富度的邏輯結構擬合結果. （c）,（d）分別表示環境因子對細菌和真菌緯度多樣性變化的標準總效應.
Conditional和marginal解釋量分別表示不去除和去除取樣點作為隨機因子后模型或者兩兩環境因子之間的解釋量.（a）,（b）中的每條通路上數值表示相關性大小, R2表示解釋率顯著性水平為：*P < 0.05, **P < 0.01, ***P < 0.001.
用顏色區分變量之間的正相關（紅色）和負（灰色）相關. C:N, N:P 和 NPP分別表示土壤C:N和N:P比, NPP 表示地上初級凈生產力
