中国科学院战略性先导科技专项(B类)

土壤-微生物系统功能及其调控

项目 - 项目1:土壤微生物分布格局及其驱动机制

项目1:土壤微生物分布格局及其驱动机制

由沈阳应用生态研究所韩兴国研究员和中国科学院大学王艳芬教授共同负责。

 

总体目标

利用高通量测序、基因芯片、生物信息分析等技术,结合土壤理化性质、气候、地形以及植被等环境要素,厘清我国典型农田、草地、森林土壤微生物组成、多样性及其多尺度的空间分布格局,绘制国家尺度土壤微生物分布图;解析自然变异和人为扰动对土壤微生物组成和多样性及其空间分布的影响;明确土壤微生物空间分布的驱动机制;解析土壤微生物多样性获得与丢失的影响因素,阐明土壤微生物群落的演替规律,并建立相关预测模型;揭示典型生态系统土壤微生物与植物、土壤的生态化学计量学关系及其在环境变化条件下的耦合机制。

 

核心科学技术问题

  1. 在多尺度上典型土壤微生物群落的多样性和结构变化及其区域分异规律如何?
  2. 土壤微生物的群落组成和不同尺度上分布格局形成的驱动机制是什么?
  3. 环境变化和人为干扰(包括管理活动)对土壤微生物群落组成、多样性的影响及其机制如何? 
  4. 植物-土壤-土壤微生物C:N:P化学计量关系及调控机制是怎样的? 

 

主要技术路线

以我国南北热量梯度下典型农田、森林生态系统,东西水分梯度下典型草地生态系统为研究平台。综合考虑农田土壤的种植、轮作、施肥和灌溉等管理模式;草地土壤的植被、放牧强度等因素;森林土壤的林型、利用历史和气候等条件,采集典型土壤,提取土壤微生物DNA。利用454、Illumina高通量测序、Geochip基因芯片等技术,结合16S rRNA和标靶功能基因为基础的土壤微生物系统发育关系,建立合理的土壤微生物操作分类单元,研究土壤微生物及其功能基因的组成、丰度、多样性及分布格局。通过与环境参数的耦合分析,利用典范对应分析等统计方法解析土壤微生物分布格局的形成机制。选择典型生态系统下的定位试验站,研究土壤微生物组成、丰度、多样性对长期施肥、过度放牧、降水改变的响应及其驱动机制。

 

重点研究内容

  1. 典型农田土壤微生物的组成与演变机制;
  2. 典型草地土壤微生物的组成、格局与演替规律;
  3. 典型森林土壤微生物的组成、格局与演替规律;
  4. 典型土壤微生物分布格局的生态化学计量调控机制。

 

预期成果与贡献

  1. 揭示我国典型农田、草地与森林土壤微生物组成、多样性及其多尺度的空间分布格局,绘制国家尺度分布图; 
  2. 阐明自然变异和人为扰动对土壤微生物组成和多样性及其空间分布的影响,解析土壤微生物空间分布的驱动机制;
  3. 明晰不同尺度上土壤微生物系统稳定性(抵抗性和回复性)的影响因素,并建立相关预测模型;
  4. 揭示典型生态系统土壤微生物与植物、土壤的生态化学计量学关系及其在环境变化条件下的调控机制。

 

研究内容

项目1重点回答我国主要类型土壤中的微生物组成、格局和演替机制及其对生态系统结构与功能的影响。项目1共设4个课题: