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生境过滤驱动庞泉沟华北落叶松林土壤真菌群落的构建过程

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环境科学 2018年第8期39卷 3876-3884页

作者：赵鹏宇李毳柴宝峰山西大学黄土高原研究所太原030006 山西财经大学环境经济学院太原030006

随机过程和确定过程的权衡作用对群落构建的影响机制是群落生态学研究的中心议题,也是目前群落生态学最具争议的问题.本研究以关帝山庞泉沟自然保护区华北落叶松林土壤真菌群落为研究对象,探讨确定过程和随机过程的权衡作用在局域尺度... 详细信息

随机过程和确定过程的权衡作用对群落构建的影响机制是群落生态学研究的中心议题,也是目前群落生态学最具争议的问题.本研究以关帝山庞泉沟自然保护区华北落叶松林土壤真菌群落为研究对象,探讨确定过程和随机过程的权衡作用在局域尺度对土壤真菌群落构建的影响机制.通过土壤理化因子和优势真菌门的相关分析、冗余分析以及结构方程模型分析,表明土壤理化因子和地上植被多样性对真菌群落结构有显著影响,并且林下植被多样性对真菌群落结构的直接影响最大(1.185 8).由此推断确定过程对真菌群落的构建有一定的影响.真菌群落的β多样性表现为距离衰减的生物地理分布格局,由此推断随机过程(扩散限制)对真菌群落的构建有一定的影响作用.通过构建零模型分析,表明确定过程对真菌群落演替的贡献远大于随机过程,是本研究区真菌群落构建的主要驱动因子.并且确定过程的相对重要性随着海拔梯度而动态变化.由于零偏差值在本研究区都为负值,观测值的相似性小于期望值的相似性,由此推断生境过滤是群落构建的驱动因子.综上,确定过程和随机过程的权衡作用驱动了本研究区真菌群落的构建过程,且确定过程起主导作用.

关键词：确定过程随机过程群落构建真菌群落零模型

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好氧微生物聚集体的群落构建与相互作用机制

好氧微生物聚集体的群落构建与相互作用机制

作者：高维山东大学

学位级别：硕士

好氧颗粒污泥（AGS）是一种含有多种功能菌的微生物聚集体。微生物对AGS的形成、结构的稳定和污染物的去除至关重要。然而目前在微生物水平对AGS的探究还不够深入,这限制了我们对AGS的了解和应用。本论文从微观层面探讨了微生物对AGS形... 详细信息

好氧颗粒污泥（AGS）是一种含有多种功能菌的微生物聚集体。微生物对AGS的形成、结构的稳定和污染物的去除至关重要。然而目前在微生物水平对AGS的探究还不够深入,这限制了我们对AGS的了解和应用。本论文从微观层面探讨了微生物对AGS形成、生长和失稳的影响。首先在两种进水条件下,研究了 AGS形成过程中微生物群落构建机制;然后探究了在AGS生长过程中,污泥微生物间的相互作用力和聚集性能以及微生物与非生物表面间的相互作用力及粘附层的粘弹性的变化,这为深入了解AGS的生长和稳定性提供了理论基础。主要研究内容和结果如下:（1）好氧污泥颗粒化过程微生物群落构建机制。分别在以乙酸钠作为单—基质（R1）和以葡萄糖、乙酸钠、丙酸钠、蛋白胨和淀粉作为混合基质（R2）两种进水条件下进行AGS的培养。结果表明两组反应器均成功培养出AGS,其中R1和R2的颗粒化率分别在第80天和第65天达80%。以混合基质为进水显著提高了微生物群落的多样性和丰富度,并且刺激了胞外聚合物（EPS）的分泌,这有利于R2中AGS的快速形成。共现网络表明颗粒化阶段R1中物种竞争加剧,导致物种多样性下降,这可能是R1中污泥颗粒化较慢的原因。另外,在两个反应器中,模块内（Zi）和模块间（Pi）连通度分析共识别出28个关键类群,其中稀有类群占53.57%,这说明在颗粒化过程中某些低丰度菌在维持系统稳定性方面也起到了关键作用。零模型和中性模型表明,在两种进水条件下,AGS的微生物群落构建受确定性和随机性过程的共同影响,其中同质选择（52.83%-72.88%）是最重要的确定性过程,漂变（18.89%-34.07%）是最主要的随机性过程。R1和R2中分别有51和56组微生物受确定性过程调控,对两个反应器中好氧污泥颗粒化的贡献率分别为28.87%和36.22%,是AGS形成的主要贡献者。因此,通过确定性过程选择这类微生物具有重要意义,这有利于AGS的形成。本研究有助于加深对AGS系统中微生物生态学的认识,将为进一步研究好氧微生物聚集体形成过程中的群落调控策略奠定基础。（2）好氧颗粒污泥微生物菌群的聚集与粘附行为。将AGS按照其粒径划分成超小（XS）、小（S）、中等（M）、大（L）和超大（XL）五种类型污泥,以模拟颗粒生长的不同阶段。结果表明从XS到M阶段,污泥强度和沉降性能提高。该阶段Lewis酸碱相互作用力和菌群疏水性的提高以及污泥表面负电荷和斥力势垒的减少,使污泥菌群间的聚集性能逐渐增强,这有利于颗粒生长。另外,EPS含量明显增加,增强了菌群与无机内核之间的粘附力,无机内核结构致密完整,并且菌群与无机内核之间形成的粘附层结构也变得更致密坚硬,这使得颗粒具有良好的抵御外界湍流和剪切力的能力,从而提高了颗粒的稳定性。从M到XL阶段,颗粒开始出现裂缝,甚至出现完全解体的颗粒。然而在该过程中,污泥EPS中亲水性官能团减少以及疏水性和Lewis酸碱相互作用力的增加使污泥菌群间聚集性能不断提高,表明随着粒径增大AGS的解体并不是由于菌群间聚集能力的降低导致的。原子力显微镜和石英晶体微天平结果表明该阶段菌群与无机内核之间的粘附力降低,这导致菌群与无机内核之间形成的粘附层更松软,不利于颗粒抵抗外界剪切力,从而使颗粒出现裂缝而解体。本研究证实了无机内核对AGS结构稳定性的影响,并为深入了解AGS的生长或失稳提供了依据。

关键词：微生物聚集体群落构建好氧颗粒污泥聚集行为粘附行为

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元江锥群落垂直结构的构建机制初探

广西植物 2022年第6期42卷 1040-1048页

作者：付靖媛张谦苏文华云南大学生态学与环境学院昆明650500 中国科学院西双版纳热带植物园热带森林生态学重点实验室云南勐仑666303 中国科学院大学北京100049

基于功能性状探讨物种共存机制,已成为近年来群落生态学研究的热点内容。为探讨群落垂直结构构建的成因,该研究以昆明筇竹寺地区的半湿润常绿阔叶林为对象,调查乔木层、灌木层及草本层不同层次间植物叶片的功能性状。结果表明:(1)植物... 详细信息

基于功能性状探讨物种共存机制,已成为近年来群落生态学研究的热点内容。为探讨群落垂直结构构建的成因,该研究以昆明筇竹寺地区的半湿润常绿阔叶林为对象,调查乔木层、灌木层及草本层不同层次间植物叶片的功能性状。结果表明:(1)植物各功能性状均存在不同程度的随层次变化的趋势。(2)按照植物的生活型将元江锥群落分为乔木、灌木以及草本3层,与功能性状的聚类结果基本一致。(3)乔木、灌木和草本3个层次的S.E.S PW值均小于0,可知群落内物种的功能性状结构均呈现显著的发散。综上结果认为,植物群落不同物种的叶片功能特征对群落垂直方向上不同光照和水分条件组合的适应是群落垂直结构构成的主要影响因素,支持生境过滤是群落垂直结构构建的主要生态过程;在不同层次内的物种具有不同的功能性状,同一层次内通过竞争排斥加大物种多样性;群落垂直结构的形成是群落内垂直方向上环境因子发生变化的结果,对资源有不同需求的物种分布在不同空间高度上,群落垂直结构则是对资源的有效利用,增加了群落内物种多样性。

关键词：群落垂直结构群落构建群落功能性状结构生境过滤竞争排斥

森林次生演替过程中土壤多营养级生物群落多样性格局及构建机制的演变

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森林次生演替过程中土壤多营养级生物群落多样性格局及构建机制的...

作者：张欣玥西北农林科技大学

学位级别：硕士

生物多样性格局与群落构建机制既是生态学的核心科学问题,也是生态系统修复和保护中亟需认识的关键应用问题。植被演替是正在进行中的动态群落构建过程。在植被演替过程中,土壤微生物、原生动物和线虫等在土壤食物网不同营养级中具有关... 详细信息

生物多样性格局与群落构建机制既是生态学的核心科学问题,也是生态系统修复和保护中亟需认识的关键应用问题。植被演替是正在进行中的动态群落构建过程。在植被演替过程中,土壤微生物、原生动物和线虫等在土壤食物网不同营养级中具有关键作用的微小生物类群所组成的多营养级生物群落,其多样性变化对生态系统的结构和功能具有重要影响。然而,目前对植被演替过程中土壤多营养级生物群落多样性格局及构建机制的演变规律尚不清楚。因此,本研究在黄土高原子午岭次生林区,选取处于不同演替阶段的典型植物群落样地(草地、灌丛、先锋森林、混交林和顶级群落辽东栎林),调查土壤微生物、原生动物和线虫群落的物种组成,分析不同土壤生物群落及其所组成的多营养级生物群落的α多样性(OTU数量、Shannon、Pielou和Simpson指数)和β多样性(Bray-Curtis相异性指数)及物种共存模式(以共现网络特征表示),并结合样地的地理和环境特征,探明黄土高原森林次生演替过程中土壤多营养级生物多样性格局和群落构建机制的演变规律,为深入理解土壤生物多样性的形成和维持机制,指导干旱和半干旱地区生物多样性保护和植被恢复提供科学依据。主要研究结果如下:(1)在森林次生演替过程中,土壤细菌、真菌、原生动物和线虫群落的物种组成、多样性和共现网络特征发生显著改变。土壤细菌、真菌和原生动物群落的物种组成从灌丛到先锋森林阶段均发生变化,而线虫群落组成则从先锋森林到混交林阶段变化更为显著。细菌和线虫α多样性在森林次生演替中呈现先增高后降低的趋势,在先锋森林阶段最高;真菌群落α多样性则与之相反,在先锋森林阶段降至最低;原生动物群落α多样性在草地阶段最高,随着植被演替逐渐下降。土壤细菌、真菌和原生动物群落β多样性随植被演替整体呈上升趋势,线虫群落β多样性则随植被演替呈现下降趋势。土壤细菌、真菌和线虫共现网络在演替前期或中期(从草地到先锋森林)复杂性最高,但均在混交林阶段具有较高的紧密型和稳定性;原生动物共现网络随植被演替连通性和复杂性显著升高;所有土壤生物共现网络负相关比例均在演替初期(草地或灌丛)最高(细菌:40.63%,真菌:36.35%,原生动物:41.43%,线虫:27.18%),但随着植被演替不断下降,表明森林次生演替逐渐减弱了土壤生物种间竞争。(2)在森林次生演替过程中,驱动不同土壤生物群落多样性演变的具体因素不同。在森林次生演替过程中,植物和土壤性质(地上植物碳氮比、凋落物磷、易氧化有机碳、土壤速效磷和土壤铵硝态氮等)的变化共同驱动了细菌群落α和β多样性、原生动物β多样性以及线虫群落β多样性的变化,而真菌的α和β多样性以及土壤线虫群落α多样性主要受到植物性质(地上植物和根系碳氮比、凋落物生物量和全磷、根系有机碳等)的影响,土壤原生动物群落α多样性主要受土壤性质(土壤含水量和铵态氮等)的影响。土壤细菌、真菌、原生动物和线虫群落的β多样性均随生境间地理距离的增加而逐渐升高,即群落相似性表现出一定的距离衰减趋势,但其具体递减速率表现为真菌>细菌>原生动物>线虫。(3)相较于土壤微生物,位于土壤食物网更高营养级的原生动物和线虫,确定性过程在其群落构建中的作用更为显著。土壤细菌群落构建在草地和灌丛阶段由确定性过程主导(同质选择的相对贡献为45.14%～57.27%),进入先锋森林阶段则转变为由随机性过程主导(扩散限制和漂变的相对贡献为48.15%～47.28%),土壤真菌群落构建始终由随机性过程主导(扩散限制相对贡献为57.36%～60.19%),而原生动物和线虫群落构建则受确定性过程的影响更为强烈(同质选择的相对贡献分别为70.68%～76.48%和 72.68%～80.16%)。(4)在森林次生演替中,由土壤细菌、真菌、原生动物和线虫所组成的多营养级生物群落的多样性和共现网络呈现显著的变化。土壤多营养级生物群落的α多样性总体呈下降趋势,但在混交林阶段有所升高,而β多样性则逐渐升高并在顶级群落阶段达到最大,表明植被演替对土壤多营养级生物群落生境间多样性的促进作用更为显著。随着演替至先锋森林阶段,土壤多营养级生物共现网络复杂性和紧密性达到最高,而进入顶级群落阶段,土壤多营养级生物共现网络物种组成丰富、负相关比例最低,但网络较为分散,稳定性变差。森林次生演替能够通过自下而上(bottom-up)的资源控制效应调控土壤生物多样性,即植物群落演替导致输入土壤的植物资源(凋落物和根系等)和土壤性质发生改变,进而在土壤食物网中沿着从低营养级到高营养级的方向调控微生物、原生动物和线虫群落,最终对土壤多营养级群落多样性格局和共现网络特征造成影响(α多样性:χ2=78.534;β多样性:χ2=87.804;共现网络特征:χ2=35.261)。植物和土壤性质(环境因素)的变化对细菌群落和原生动物群落构建的影响最为显著,真菌群落构建则由植物性质和地理距离共同主导,而线虫群落构建过程主要受到生物间相互作用的驱动。

关键词：次生演替共现网络群落构建多样性土壤多营养级生物

西营河流域植物群落多样性分布格局与构建机制研究

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西营河流域植物群落多样性分布格局与构建机制研究

作者：张少君兰州大学

学位级别：硕士

群落构建一直是生态学领域研究的热点,它不仅关系到生物多样性的保护与利用,也关乎生态系统功能的发挥与可持续发展。而研究生物多样性的环境梯度变化规律,可以在一定程度上探讨、理解群落的构建机制。鉴于此,本研究基于西营河流域沿海... 详细信息

群落构建一直是生态学领域研究的热点,它不仅关系到生物多样性的保护与利用,也关乎生态系统功能的发挥与可持续发展。而研究生物多样性的环境梯度变化规律,可以在一定程度上探讨、理解群落的构建机制。鉴于此,本研究基于西营河流域沿海拔梯度形成的6个不同植被类型,从物种多样性、谱系多样性、功能多样性三个维度以及α、β两个层次,结合环境因子的变化,分析了多样性的分布格局及其影响因素,并探讨了植物群落的构建机制,从而为保护流域内多样性和生态系统的稳定提供理论基础。具体研究结果如下:(1)6个植物群落内共调查到94个物种,分属34科、72属。物种、谱系和功能α多样性沿海拔梯度均呈单峰分布格局,即在中海拔地区达到多样性峰值。谱系α多样性和功能α多样性与物种丰富度显著正相关,并且与零模型的预期值具有显著差异,呈现非随机的构建过程。土壤全氮、全磷、土壤含水量、年均温和等温性是影响α多样性分布的主要环境因子。(2)物种β多样性随着海拔的升高逐渐增大,谱系β多样性在海拔梯度上呈聚集-发散-聚集的格局,功能β多样性则无明显的变化趋势。环境距离和地理距离显著影响着物种、谱系和功能β多样性的变化,且存在明显的距离-衰减格局,扩散限制作用在不同维度β多样性分布格局中占重要地位。(3)群落总体和木本植物的功能性状表现为保守模式,草本植物的功能性状表现为趋同模式。并且所有植物功能性状间存在耦合关系,系统发育独立性比较结果显示功能性状在演化的过程中呈趋同或趋异模式。(4)区域内低海拔和高海拔地区群落谱系和功能结构聚集,即环境过滤主导了低海拔和高海拔地区群落构建过程。中海拔地区群落谱系和功能结构表现为收敛或离散,环境过滤和竞争排斥共同驱动该地区群落构建过程。影响群落结构的环境因子主要是土壤全氮、全磷、土壤含水量、年均温和等温性。(5)对于群落内不同层级的植物而言,木本植物谱系和功能结构均表现为以聚集为主,在木本植物构建过程中环境过滤占主导地位。草本植物谱系和功能结构表现出收敛或离散的格局,构建过程由环境过滤和竞争排斥共同驱动。由以上结果可知,西营河流域内不同维度不同层次的多样性格局并不完全一致,温度和土壤因子在多样性分布格局的形成过程中具有重要的影响作用;生态位分化驱动着不同海拔梯度上的群落构建,并与扩散限制作用共同驱动着流域内植物群落沿海拔梯度的分布格局,揭示了西营河流域内植物群落构建受确定性过程和随机性过程共同驱动。

关键词：西营河群落构建多样性格局谱系结构功能性状

基于CiteSpace的森林群落构建机制研究进展

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山地农业生物学报 2023年第2期42卷 29-37页

作者：吴宇航杨泽宇陈世仁张广奇刘庆福陈丹梅隋明浈臧丽鹏贵州大学林学院贵州贵阳550025 贵州大学森林生态研究中心贵州贵阳550025 贵州荔波喀斯特森林生态系统国家定位观测研究站贵州荔波558400

物种共存和多样性维持机制一直是群落生态学的核心论题之一,群落构建机制是解释物种共存和多样性维持的重要理论。为探究群落构建机制的研究热点、发展趋势及前沿动态,本文采用文献计量学方法,基于CiteSpace软件,以“community assembl... 详细信息

物种共存和多样性维持机制一直是群落生态学的核心论题之一,群落构建机制是解释物种共存和多样性维持的重要理论。为探究群落构建机制的研究热点、发展趋势及前沿动态,本文采用文献计量学方法,基于CiteSpace软件,以“community assembly”为主题,“Forestry”为研究方向,从Web of Science核心库中检索得到476篇相关文献,并从发文作者、机构、国家、作者和文献共被引、关键词等方面对其进行文献计量分析。结果表明森林群落构建领域发文量最大的作者为J.Bastow Wilson,发文量最大的机构为Chinese Academy of Sciences,美国为发文量最大的国家。该领域的研究热点为群落构建(community assembly)、多样性(diversity)、格局(pattern)等,而响应机制的研究将是未来几年的主要研究方向。森林群落构建领域的研究热点由早期对相关概念的梳理逐步转为对不同生态过程的量化以及对生物多样性格局的解释。研究方法从基于系统发育信号的验证到植物功能性状视角,发展到谱系结合植物功能性状的手段进行相关生态过程的解译。总体上看,森林群落构建的研究呈上升趋势,越来越受到学者们的关注。

关键词：文献计量学 CiteSpace 群落构建森林可视化

功能多样性和谱系多样性对热带云雾林群落构建的影响

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植物生态学报 2019年第3期43卷 217-226页

作者：程毅康张辉王旭龙文兴李超方燕山符明期朱孔新海南大学热带农林学院海口570228 海南省五指山森林生态系统国家定位观测研究站海南五指山572200 海南省黎母山省级自然保护区管理局海南琼中572900 海南省霸王岭林业局海南昌江572700

近年来,功能多样性和谱系多样性为探究群落构建机制提供了新方法。为了更准确地了解海南岛高海拔热带云雾林群落构建机制,该研究以海南岛霸王岭热带云雾林为对象,测定7个环境因子和13个植物功能性状。利用主成分分析(PCA)筛选环境因子,... 详细信息

近年来,功能多样性和谱系多样性为探究群落构建机制提供了新方法。为了更准确地了解海南岛高海拔热带云雾林群落构建机制,该研究以海南岛霸王岭热带云雾林为对象,测定7个环境因子和13个植物功能性状。利用主成分分析(PCA)筛选环境因子,以霸王岭、尖峰岭和黎母山热带云雾林分布物种建立区域物种库,结合模型,分析Rao二次熵(RaoQ)和平均成对谱系距离(MPD)变化对植物群落构建的影响。结果表明:林冠开阔度、土壤全磷含量和坡度是影响植物群落构建的关键环境因子。多数功能性状的系统发育信号很低且不显著,说明热带云雾林群落的系统发育关系与功能性状随历史进程变化不一致。RaoQ和MPD的实际观测值都显著低于期望值,且其标准效应值与土壤磷含量显著相关,说明生境过滤是驱动热带云雾林群落构建的关键因子,土壤磷含量是群落构建的关键环境筛。

关键词：群落构建功能多样性谱系多样性环境因子热带云雾林

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黄土高原腹地人工林下草本层群落构建机制

植物生态学报 2019年第9期43卷 834-842页

作者：施晶晶赵鸣飞王宇航薛峰康慕谊江源北京师范大学地理科学学部自然资源学院北京100875 北京师范大学地理科学学部中药资源保护与利用北京市重点实验室北京100875 北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875

群落构建机制是生态学研究的核心论题。生态位理论和中性理论是阐明群落构建的两种主要理论,但这两种理论分别强调的环境过滤和扩散限制对群落构建的影响尚存争议。该研究以黄土高原人工林下草本层群落为研究对象,将群落物种组成数据与... 详细信息

群落构建机制是生态学研究的核心论题。生态位理论和中性理论是阐明群落构建的两种主要理论,但这两种理论分别强调的环境过滤和扩散限制对群落构建的影响尚存争议。该研究以黄土高原人工林下草本层群落为研究对象,将群落物种组成数据与地理空间、气候、地形以及生物因子相结合,运用随机森林模型(RF)和基于距离矩阵的多元回归方法(MRM),探究了各个因子的重要性,并通过邻体主坐标矩阵(PCNM)和基于距离的冗余分析(db-RDA)分别筛选显著的空间结构和环境因子,最后结合筛选出的PCNM特征值和环境变量进行变差分解。研究结果显示:1)林下草本层群落组成相似性随地理距离和生境差异的增加而减小。2)地理距离与生境差异共同解释了群落组成相似性变化的47.8%。其中,空间因子和环境因子的独立解释率分别为14.1%和9.8%,两者的联合解释率为23.9%。3)地理距离和年降水量是引起研究区内物种组成变化的关键因子,且地理距离的重要性大于年降水量。在黄土高原腹地,扩散限制与环境过滤共同主导了人工林下草本层群落的构建过程。

关键词：群落构建生态位理论中性理论环境过滤扩散限制 β多样性林下草本层群落

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土壤微生物群落构建理论与时空演变特征

生态学报 2015年第20期35卷 6575-6583页

作者：贺纪正王军涛中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室北京100085

土壤微生物作为陆地生态系统的重要组成部分,直接或间接地参与几乎所有的土壤生态过程,在物质循环、能量转换以及污染物降解等过程中都发挥着重要作用。对土壤微生物时空演变规律及其形成机制的研究,不仅是微生物演变和进化的基础科学问... 详细信息

土壤微生物作为陆地生态系统的重要组成部分,直接或间接地参与几乎所有的土壤生态过程,在物质循环、能量转换以及污染物降解等过程中都发挥着重要作用。对土壤微生物时空演变规律及其形成机制的研究,不仅是微生物演变和进化的基础科学问题,也是预测微生物及其所介导的生态功能对环境条件变化响应、适应和反馈的理论依据。讨论了土壤微生物群落的定义、测度方法和指标,认为群落是联系动植物宏观生态学与微生物生态学的基础,群落构建机制是宏观和微观生态学都需要研究的核心科学问题;从生态学的群落构建理论出发,阐述了包括生态位理论/中性理论、过程理论和多样性-稳定性理论在土壤微生物时空演变研究中的应用,以及微生物群落在时间和空间上的分布特征及其尺度效应;确立了以微生物群落构建理论为基础、不同时空尺度下土壤微生物群落演变特征为主要内容的微生物演变研究的基本框架。

关键词：土壤微生物微生物地理学微生物演变生物多样性群落构建