凋落物多样性及组成对凋落物分解和土壤微生物群落的影响

凋落物分解是生态系统营养物质循环的核心过程,而土壤微生物群落在凋落物分解过程中扮演着极其重要且不可替代的角色。随着生物多样性的丧失日益严峻,探讨凋落物多样性及组成对凋落物分解和土壤微生物群落的影响,不仅有助于了解凋落物分解的内在机制,而且可为退化草原生态系统的恢复提供参考。以内蒙古呼伦贝尔草原退化恢复群落中的草本植物为研究对象,依据植物多度、盖度、频度和物种的重要值及其在群落中的恢复程度筛选出排序前4的羊草(Leymus chinensis)、茵陈蒿(Artemisia capillaris)、麻花头(Serratula centauroides)、二裂委陵菜(Potentilla bifurca)的凋落物为实验材料,通过设置3种凋落物多样性水平(1,2,4),包括11种凋落物组合(单物种凋落物共4种,两物种凋落物混合共6种,四物种凋落物混合共1种),利用磷脂脂肪酸(PLFA)方法来研究分解60 d后凋落物多样性及组成对凋落物分解和土壤微生物群落的影响。结果表明:(1)凋落物物种多样性仅对C残余率具有显著影响,表现在两物种混合凋落物C残余率显著低于单物种凋落物,而凋落物组成对所观测的4个凋落物分解参数(质量、C、N残余率以及C/N)均具有显著影响;(2)凋落物物种多样性对细菌(B)含量具有显著影响,而凋落物组成对真菌(F)含量具有显著影响,两者对F/B以及微生物总量均无显著影响;(3)冗余分析结果表明凋落物组成与凋落物分解相关指标(凋落物质量、C、N残余率及C/N)和土壤微生物(真菌、细菌含量)的相关关系高于凋落物多样性。(4)进一步建立结构方程模型(Structural Equation Model,SEM)发现,凋落物初始C含量对凋落物质量、C、N残余率及C/N有显著正的直接影响;凋落物木质素含量对凋落物质量、C、N残余率有显著正的直接影响;凋落物初始N含量对N残余率有显著正的直接影响,而对C残余率及C/N有显著负的直接影响;凋落物初始C/N对凋落物质量、N残余率有显著正的直接影响,而对C/N有显著负的直接影响。此外,凋落物初始C、N、木质素含量及C/N均对真菌含量具有显著正影响,并可通过真菌对凋落物质量分解产生显著负的间接影响。以上结果表明该退化恢复区域优势种凋落物分解以初始C、木质素为主导,主要通过土壤真菌影响凋落物的分解进程,这将减缓凋落物的分解速率进而减慢草原生态系统的进程。这些结果为凋落物多样性及组成对自身分解和土壤微生物群落的影响提供了实验依据,也为进一步分析凋落物分解内在机制以及草原生态系统的恢复提供了数据参考。

凋落物多样性及组成对凋落物分解及土壤微生物群落的影响--二氧化碳倍增条件下

受全球变化的影响生物多样性的丧失日益严重,及时了解凋落物物种多样性及其组成如何直接或者通过调节微生物群落来间接影响凋落物分解已经成为生态学领域的热点问题之一。在呼伦贝尔典型草原区,羊草(Leymus chinensis)为原生群落建群种,茵陈蒿(Artemisia capillaris)、麻花头(Serratula centauroides)、二裂委陵菜(Potentilla bifurca)在退化及恢复群落中的多度均较大,本研究以此4种植物的凋落物为研究对象,在两倍于当前大气CO2浓度(800μmol/mol)条件下,通过嵌套实验设计来研究凋落物多样性(凋落物组成)对凋落物质量、C、N残余率和残余C/N的影响,并深入分析凋落物初始性质以及土壤革兰氏阳性菌(G+)、革兰氏阴性菌(G-)、细菌(B)、真菌(F)及土壤总微生物磷脂脂肪酸(Phospholipid Fatty Acid,PLFA)含量和F/B对凋落物分解的影响。结果表明:(1)凋落物多样性及组成对凋落物质量、C、N残余率以及残余C/N均具有显著影响;凋落物组成对G+PLFAs含量具有显著影响;(2)冗余分析(Redundancy Analysis,RDA)结果表明凋落物组成对凋落物分解和土壤微生物群落相关指标的影响高于凋落物多样性;(3)结构方程模型(Structural Equation Model,SEM)结果表明凋落物初始木质素含量和初始C/N均对凋落物分解具有显著影响,其中凋落物初始木质素含量起主导作用,其还可通过对土壤真菌PLFAs含量的影响来间接影响凋落物N残余率和残余C/N。所得结果可为大气CO2浓度升高条件下退化草原生态系统的物质循环特征的预测乃至草原生态系统功能的合理评估提供数据支持。

森林生态系统凋落物多样性对分解过程和土壤微生物特性影响研究进展

凋落物的分解过程是森林生态系统养分循环的关键环节,也是林分内植被层可利用养分的重要来源。一般来说,在自然生态系统中,地上植被的种类越丰富,其凋落物的多样性也越高,多样化的凋落物在混合分解过程中存在的相互作用关系也更为复杂,对其自身的分解过程、分解生境以及分解者群体也会产生重要影响。文章以凋落物的多样性为着眼点,综述了凋落物的多样性对其分解过程以及对分解过程中最重要的分解者—土壤微生物特性所产生的影响,重点阐述了凋落物多样性对分解过程中土壤微生物的生物量、群落结构、多样性以及分解活性的影响,并对其可能的原因和潜在的机理进行了分析。综述结果表明,较高的凋落物多样性总体上能够加速凋落物的分解,提高分解过程中土壤微生物的生物量、多样性及分解活性。在此基础上,对今后凋落物多样性在分解过程中的效应研究进行了展望,为人工林可持续经营的混交林营造以及林下植被的科学管理提供理论依据。

土壤细菌和线虫对热带雨林优势植物凋落物特性和多样性的响应

地上植物资源向地下部输入被认为是调控土壤生物群落的关键因素,因为植物是几乎所有土壤生物的主要能量来源。然而,关于植物凋落物特性和多样性如何影响土壤微生物和微型动物的多样性和群落仍然知之甚少。本研究以土壤细菌和线虫为研究对象,通过盆钵试验,设置单一添加不同热带森林优势植物种凋落物,以及构建不同种凋落物混合的多样性梯度(1种、2种、4种和7种),探究不同植物凋落物本身特性及多样性对土壤细菌和线虫群落的影响。结果显示:(1)凋落物添加显著提高了土壤碳、氮、有效磷、有效钾含量,并显著增加了土壤pH值。(2)与对照处理(不添加凋落物)相比,添加单一植物种凋落物降低了细菌和线虫多样性。(3)与对照处理相比,单独添加不同植物种的凋落物对细菌和线虫群落均有显著影响。然而在不同凋落物添加处理之间,只有望天树凋落物处理与其他处理间细菌群落具有显著差异,其余处理间细菌和线虫群落差异均不显著。(4)凋落物多样性会显著影响细菌和线虫多样性及群落组成,具体表现为细菌和线虫多样性随凋落物多样性梯度增加而增加。相较于低的凋落物多样性处理(CK、1种、2种),高多样性条件下(4种和7种)细菌和线虫群落相似度更低。上述研究结果表明地上凋落物多样性不仅会直接影响土壤微生物群落,还将通过级联效应影响更高营养级别的土壤动物群落。研究结果对于深入理解植物与细菌和线虫多样性及群落的关系、热带森林中土壤养分斑块的聚集效应、生物多样性的维持机制,以及全球变化背景下植物多样性丧失对土壤生态系统的潜在影响等方面都提供了重要的理论参考价值。