灌丛在西南喀斯特地区分布广泛，是植被恢复的重要阶段。喀斯特裸岩率高、土层浅薄且不连续导致该区生境异质性高，特殊的生境及养分环境决定关键功能微生物如丛枝菌根真菌（AMF）、固氮菌、细菌和真菌及功能菌群内部间的相互作用驱动的养分循环有别于非喀斯特区域。然而，喀斯特不同小生境、坡位和土壤深度如何影响“功能微生物-植被恢复-养分累积”之间的互馈机制仍不清楚，严重限制灌丛生态系统的演替。
基于此，中国科学院亚热带农业生态研究所王克林研究员团队依托环江喀斯特生态系统观测研究站，以喀斯特灌丛生态系统不同小生境类型（岩土面、土面、石沟）、坡位（上、中、下）和土层深度（0-20 cm、20-40 cm、岩土混合层）为研究对象，在调查地上灌丛植被的基础上，系统研究不同生境对灌丛群落关键功能微生物与养分周转的协同演变机制。
研究结果发现：（1）岩土界面增强AMF群落间协作以及增加灌丛群落多样性。尽管土壤有机碳、全氮、速效磷、交换性钙镁在石沟生境比土面和岩土面生境高20-70%。然而，岩土面由于生境异质性较高导致灌丛多样性和AMF丰度均高于土面和石沟，进而加强岩土面AMF类群间的协作关系（图1）（2）坡位显著影响微生物间的相互作用。中下坡位相比上坡显著提高的土壤养分含量和灌丛群落多样性，通过加强下坡位菌根侵染强度、AMF群落间协作关系及细菌、真菌和原生生物间的相互作用有助于植被群落养分的吸收传递，导致下坡位呈现更高的生态系统多功能性（图2）。（3）土壤深度显著影响微生物群落。尽管表层土壤中固氮菌丰度较高，但由于岩土混合层土壤pH的增加以及增强固氮菌与AMF类群之间的互惠协作导致固氮速率比0-20 cm高30%（图3）。此外，表层土壤由于丰富的植物根系生物量和碳源增强真菌和原生生物群落间的相互作用。然而，随着深度的增加，养分的减少加强了细菌和原生生物类群之间的捕食关系及细菌内部群落间的竞争。因此，本研究凸显在喀斯特灌丛群落植被恢复过程中关键功能微生物的相互作用对土壤养分周转的重要性，同时强调需要考虑生境异质性和岩土结构对功能微生物-植被恢复-养分累积的调控作用。
上述系列研究成果分别发表在农林领域TOP期刊Catena、Plant and Soil、Forest Ecology and Management、Geoderma和Journal of Environmental Management上，研究得到国家自然科学基金联合项目、湖南省自然科学优秀青年基金、中国科学院青年创新促进会等项目的资助。
图1 丛枝菌根真菌和灌丛群落对不同小生境的响应
图2 不同坡位微生物介导的生态系统多功能性
图3 不同土壤深度丛枝菌根真菌和固氮菌调控的自生固氮速率