東北地理所在山地土壤動物營養生態位和微生物碳功能基因垂直帶分異及機制研究取得進展
全球氣候變化正加速山地植被帶的演替過程，并通過改變地上植被組成和資源輸入格局，對地下生態系統產生重要影響。然而，土壤生物作為地下生態系統的重要組成部分，其營養結構和碳利用功能對植被垂直帶變化的響應及其驅動機制仍缺乏系統認識。針對這一科學問題，本研究聚焦長白山北坡典型植被垂直帶，以土壤微型節肢動物和微生物為研究對象，系統揭示了土壤生物營養結構和碳利用功能沿植被垂直帶的變化規律及其驅動機制。
研究團隊系統分析了長白山北坡四種典型植被帶（針闊混交林、針葉林、岳樺林和高山苔原）中土壤甲螨和跳蟲的穩定同位素（δ13C和δ1?N）含量分異特征，并結合多維生態位指標、隨機森林分析及結構方程模型，系統探討了海拔梯度下植被、氣候和土壤等環境因子對土壤微節肢動物營養結構的驅動作用。
圖1 土壤微節肢動物營養生態位在不同植被帶中的變化
結果表明，隨著海拔梯度上植被帶的變化，土壤微節肢動物群落的營養級與基礎食源利用均發生顯著變化（圖1）。其中，Δ1?N表征的土壤動物營養級在不同植被帶間具有明顯差異，而Δ13C表明其基礎食源利用沿海拔梯度呈下降趨勢。在不同植被帶中，相同廣布種的營養級與基礎食源利用均發生顯著變化，表明營養生態位主要由廣布物種自身的營養可塑性驅動，而非物種替代所導致。結構方程模型進一步表明，海拔梯度驅動下植被和氣候兩個關鍵因素通過影響土壤養分狀況和凋落物性質，調控了土壤微節肢動物的營養級結構和基礎食源利用格局（圖2）。
圖2 土壤微節肢動物營養生態位的環境驅動機制
另外，以長白山哈尼泥炭地為研究對象，利用碳（δ13C）和氮（δ1?N）穩定同位素分析，系統揭示了跳蟲、甲螨和中氣門螨等土壤微型節肢動物的營養級分布、基礎食源利用及取食偏好（圖3）。研究發現，不同類群營養級存在顯著分化，其中中氣門螨占據較高營養級；不同類群雖然基礎食源來源相近，但取食偏好存在明顯差異，為認識泥炭地土壤食物網結構提供了重要依據。
上述研究系統揭示了土壤微型節肢動物營養結構、基礎食源利用及其環境驅動機制，闡明了土壤微型節肢動物通過種間營養分化和種內營養可塑性共同響應環境變化，為深入理解全球變化背景下山地土壤食物網功能響應及其適應機制提供了新的理論依據。
圖3哈尼泥炭地土壤微節肢動物營養級關系與取食偏好
同時，基于宏基因組測序分析，系統揭示了土壤微生物碳循環功能基因在不同海拔下的組成特征、生物地理格局及群落構建機制。研究發現，隨著海拔升高，碳降解和產甲烷相關功能基因對海拔變化的響應強于碳固定功能基因；木質素、半纖維素等難降解碳源相關基因在中高海拔地區更為活躍。功能基因差異主要受物種替換驅動，其群落構建以隨機過程為主；微生物多樣性是調控CAZymes和碳循環功能基因多樣性的關鍵因素（圖4）。
研究揭示了海拔梯度驅動山地土壤微生物碳循環功能變化的關鍵機制，闡明了微生物多樣性通過調控CAZymes及碳循環功能基因多樣性影響山地土壤碳循環過程，為深入理解全球變化背景下山地土壤有機碳轉化及微生物功能適應機制提供了新的理論依據。
圖4 微生物多樣性與環境因子對土壤碳循環功能基因的影響
相關研究由東北地理所與沈陽應用生態所合作完成，研究成果發表在國際期刊Geoderma、European Journal of Soil Biology、Soil Ecology Letters，劉丹丹特別研究助理、劉學博士為第一作者，武海濤研究員為通訊作者，何新華教授、史家興博士和陳恒進博士為共同作者。本研究得到國家自然科學基金重點項目（42430511）、青年科學基金項目（42501072），中國博士后科學基金資助項目（GZC20250219和2025M780347）及吉林省科技發展計劃項目（YDZJ202501ZYTS460）共同資助。
論文信息：Liu D D, Shi J X, Wu H T*, He X H. Elevational gradients shape trophic niche patterns of soil microarthropods on Changbai Mountain, China: Evidence from stable isotope analysis (15N, 13C). Geoderma 472 (2026): 117899.
Liu D D, Lin Y L, Wu H T*. Investigating soil trophic links in a peatland, northeast China: dual stable isotope analysis (δ13C and δ15N) of microarthropods and their food sources." European Journal of Soil Biology 126 (2025): 103761.
Liu X, Chen H J, Shi J X, Wu H T*. Elevation shapes the biogeography and assembly of soil microbial carbon-cycling functions in mountain ecosystems. Soil Ecology Letters 8.4 (2026): 260431.
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