森林不同演替阶段地上－地上生态关联具有显著差异性：研究地上-地下生物群落的生态关联，对于我们理解生态系统多样性维持机制和结构稳定性具有重要意义，因此也是生态学关注的热点问题之一。但以往研究大多仅仅关注地上-地下群落alpha-多样性的关系，且局限于根际微生物和个别植被物种的联系。由于缺少在同一样地采集的地上和地下生物群落结构组成信息，在群落水平上系统研究地上植被和土壤微生物之间alpha-多样性和beta-多样性的生态关联还鲜见报道。
土壤化学组与天然林生态组等以长白山阔叶红松林演替前期和演替后期代表林型为研究对象，通过采集大量样方的地上植被和土壤微生物群落组成数据，系统研究了地上-地下群落多样性的生态关联。结果表明，植被-微生物之间alpha-多样性和beta-样性关系在森林不同演替阶段明显不同。对于alpha-多样性，演替前期无明显相关关系；而演替后期呈明显负相关，这与我们通常认为的地上植被群落多样性高必然对应较高的地下生物多样性的假设相悖。对于beta-多样性，演替前期地上-地下无明显生态关联，而演替后期，呈明显正相关关系，表明在演替后期土壤细菌群落结构受地上植被群落组成的影响。以上结果于2015年7月在Scientific Reports发表（IF=5.578）。
林型选择不同的土壤细菌群落：人们普遍认为，温带森林生态系统中，不同林型一般具有不同的地下微生物群落结构，但林型对细菌类群的影响及潜在机制尚不清楚。本研究依托长白山森林样地，选取4种天然林型：阔叶红松林、次生杨桦林、云冷杉林和落叶松林，分别代表针阔混交林、天然次生林、常绿针叶林和落叶针叶林，采用454焦磷酸高通量测序方法，分析了4种林型下共计144个样点的土壤细菌群落结构，并与已知环境因子进行关联分析。结果表明，阔叶红松林及其次生林具有较高的土壤全养分含量（TOC、总氮、总磷等）和pH值，但两个针叶林的C/N比较高。两个针阔混交林具有较高的土壤细菌α-多样性，其细菌群落结构与针叶林明显不同。两个针阔混交林的优势细菌类群主要包括一些所谓的“寡营养菌群”，例如Acidobacteria, Verrucomicrobia, Bacteroidetes和Chloroflexi；而两个针叶林的优势菌群为一些公知的“富营养菌群”，包括Proteobacteria和Gemmatimonadetes。研究发现土壤物理结构和土壤pH值是影响细菌群落结构和多样性的主要环境因素。结果显示，每种天然林型选择了不同的土壤细菌群落，这种土壤细菌群落的分异可能是由土壤理化性质的分异介导的。此外，本研究结果也符合Noah Fierer等提出的土壤微生物“营养生态位”模型和微生物群落非随机分布模式。
人们普遍认为，与针叶林相比，针阔混交林属于“富营养”生态位，但本研究结果却与这一普遍认识相悖。本研究结果支持了我所物质循环组研究团队此前在长白山地区开展的相关土壤呼吸模式的研究结果（Tian et al., 2014, Soil Biology & Biochemistry）。Tian等（2014）研究发现，云冷杉林与阔叶红松林相比具有较高的Carbon availability index （CAI），且在长期培养实验中发现了云冷杉林的CAI出现脉冲动态变化，而阔叶红松林表现出传统的单相递减变化规律。本研究结果表明，与针叶林相比，阔叶红松林在一定程度上属于“寡营养”生态位。上述结果于2014年7月在Plant and Soil发表。
上述研究由中国科学院先导专项Ｂ子课题（XDB15010302）和所青年创新群体项目资助完成。
[1] Li H？, Wang XG？, Liang C, Hao ZQ, Zhou LS, Ma S, Li XB, Yang S, Yao F, Jiang Y*. 2015. Aboveground-belowground biodiversity linkages differ in early and late successional temperate forests. Scientific Reports, 5: 12234. Doi: 10.1038/srep12234 ( ？ these authors contributed equally to this work).
[2] Li H, Ye DD, Wang XG, Settles M, Wang J, Hao ZQ, Zhou LS, Dong P, Jiang Y, Ma ZS*. 2014. Bacterial communities in soils under different types of natural forest in Northeast China. Plant and Soil, 383: 203-216. Doi: 10.1007/s11104-014-2165-y.
