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（800 μmol/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。     

泰山4种优势造林树种叶片凋落物分解对凋落物内细菌群落结构的影响

为研究泰山不同造林树种凋落物叶分解对细菌群落的影响。以泰山4种主要优势造林树种刺槐(Robinia pseucdoacacia)、麻栎(Quercus acutissima)、油松(Pinus tabulaeformis)和赤松(Pinus densiflora)为研究对象,采用凋落物分解袋法及Illumina Miseq测序平台对细菌16S rDNA V4—V5区扩增产物进行双端测序,分析了4种树种叶片凋落物分解对细菌群落结构及多样性的影响。结果表明:(1)4种树种叶片分解速率差异显著(P0.05),刺槐分解速率显著高于其他3个树种(P0.05),表现为刺槐赤松油松麻栎。(2)4种叶凋落物分解一年后化学元素含量与初始化学元素相比均存在显著差异。C、木质素含量均显著降低(P0.05);N、P含量显著升高(P0.05)。(3)所有样品一共获得643440条有效序列,分属于35门,92纲,121目,246科,410属,206种。细菌群落NMDSβ-多样性分析显示除油松和赤松间差异较小外,其他树种间差异程度均较大。其中,细菌群落相对丰度在5%以上的优势类群是变形菌门、放线菌门、拟杆菌门、酸杆菌门,且在4种处理之间差异显著(PSymbol|@@0.05)。在纲水平上,α-变形菌纲、β-变形菌纲、不明放线菌纲、鞘脂杆菌纲、γ-变形菌纲、δ-变形菌纲为主要的优势纲,其中不明放线菌纲和鞘脂杆菌纲差异显著(PSymbol|@@0.05)。在种水平上,Bradyrhizobium elkanii和Luteibacter rhizovicinus在4个处理中都为优势种,每个处理也都有自己所特有的优势种。(4)4个处理细菌丰富度(OUT、观测到的物种数和ACE指数)和系统发育多样性(PD指数)之间差异显著(PSymbol|@@0.05),且阔叶树种刺槐和麻栎显著高于针叶树种赤松和油松。(5)叶片凋落物性状和细菌群落NMDS分析表明,细菌群落多样性受到凋落物化学性质的影响,尤其是凋落物初始C/N比和木质素/N比。此外,在细菌群落多样性和叶片凋落物化学性质两个因素中,分解速率与凋落物化学性质相关性更大。研究结果有助于理解细菌群落结构和多样性对森林生态系统叶片凋落物分解的影响。     

小兴安岭十种典型森林群落凋落物生物量及其动态变化

在小兴安岭地区选取10种典型森林群落分别设置样地,研究该地区不同群落类型凋落物的年产量、月动态变化以及组成特征.结果表明:10种群落类型中年均凋落物量大小依次为椴树红松林(4.08t· hm-2·a-1)＞蒙古栎红松林(3.83 t·hm-2·a-1)＞云冷杉红松林(3.55 t·hm-2·a-1)＞云冷杉林(3.44t· hm-2·a-1)＞枫桦红松林(3.43t·hm-2· a-1)＞山杨次生林(3.26 t·hm-2·a-1)＞白桦次生林(3.04 t·hm-2·a-1)＞枫桦次生林(2.96 t·hm-2·a-1)＞杂木林(2.95 t·hm-2·a-1)＞白桦落叶松林(2.91 t·hm-2·a-1).凋落物各组分中均以落叶为主,约占凋落总量的60％以上,枝仅占凋落量的5.7％-9.4％.凋落物月动态模式主要有两种:单峰型的有蒙古栎红松林、椴树红松林、枫桦红松林、枫桦次生林、山杨次生林、白桦次生林、杂木林,高峰期在8-10月份;双峰型的有云冷杉红松林、云冷杉林、白桦落叶松次生林,前两种群落的凋落高峰期在4月和9月,后者高峰期在8月和10月.不同群落类型年凋落量差异显著,原始红松林凋落量高于天然次生林,且凋落高峰出现时问以及各组分所占比例与群落类型有关,同时也与树种生物学特性有关.     

外来种湿地松凋落物对土壤微生物群落结构和功能的影响

外来种湿地松是我国亚热带地区大面积造林树种,研究其凋落物影响下土壤微生物群落结构和功能的变化,对于全面科学的评价湿地松的生态影响具有重要的理论与实践意义。通过凋落物袋 小盆模拟试验研究,分两个时期(分解5个月和18个月)比较了外来种湿地松与本地种马尾松的凋落物对土壤微生物群落结构(磷脂脂肪酸)和功能(碳代谢)的影响,结果表明：(1)外来种湿地松凋落物的C:N高于本地种马尾松;(2)两个时期,湿地松凋落物处理土壤细菌和放线菌的磷脂脂肪酸含量均低于马尾松,18个月时湿地松凋落物处理土壤真菌含量和群落真菌/细菌显著高于马尾松处理;(3)湿地松凋落物影响下土壤微生物群落功能多样性显著低于马尾松;(4)土壤微生物群落的结构显著影响微生物的活性和功能多样性：土壤微生物群落碳源代谢的强度、多样性及丰富度与细菌磷脂脂肪酸含量呈极显著正相关,细菌特征脂肪酸14:0、15:0、a15:0、i16:0、16:1ω7c、a17:0和cy19:0的含量显著影响土壤微生物群落碳代谢功能。上述结果表明：与本地种马尾松相比,引进种湿地松的凋落物显著改变了土壤微生物群落结构,降低了微生物群落的功能。     

茂兰喀斯特森林主要演替群落的凋落物动态

对茂兰喀斯特森林3种主要演替群落——喀斯特原生乔木林、次生林和灌木林的凋落物数量、组成特征及季节动态变化进行了为期27个月的观测研究。结果表明, 茂兰喀斯特原生乔木林、次生林和灌木林的年平均凋落物量分别为4.503、3.505和2.912 t·hm^-2; 年总凋落物的叶、枝、花果和其他的比例分别为64.72%、14.60%、12.33%、8.35%; 74.28%、7.43%、10.88%、7.41%和75.94%、8.56%、12.93%、2.57%, 叶凋落物量占总凋落物量的64.72%-75.94%; 茂兰喀斯特森林3种演替群落凋落物的月动态变化规律均为双峰型, 峰值分别出现在生长季早期3-5月和休眠期10-12月。     

长白山北坡主要森林群落凋落物现存量月动态

以长白山北坡4种主要森林群落类型为研究对象,于2006年群落生长季节(5-10月)每月初采用直接收获法对森林凋落物现存量进行连续定位调查研究。结果表明:各群落内凋落物现存量大小依次为阔叶红松林(6.43 t/hm²)>白桦林(6.02 t/hm²)>云冷杉林(5.51 t/hm²)>山杨林(5.50 t/hm²);凋落叶和枝现存量占现存凋落物总量的比例最大,达50%以上,其次为半分解物(>35%),花果皮等所占比例较少,各占总量的10%和5%以下。凋落物现存量月动态阔叶红松林、白桦林和山杨林呈双峰型变化,峰值出现在5月和7月;云冷杉林则呈单峰型变化,峰值仅出现在7月。位于相近海拔高度的阔叶红松林、白桦林和山杨林,凋落物各组分现存量月动态变化趋势相似,其中白桦林和山杨林变化趋势基本相同,凋落枝、皮及半分解物现存量5月和7月较高,凋落叶则呈现下降趋势,而阔叶红松林凋落叶和枝现存量5月和7月较高,而位于较高海拔的云冷杉林,则与前者呈现不同变化趋势,8月前波动较大,从5月开始明显上升,7月达到峰值,8月后曲线渐趋平缓或略有下降。进一步对阔叶红松林和云冷杉林内凋落叶现存量月动态进行比较得出,阔叶红松林7月份凋落叶现存量高不完全取决于红松叶现存量,主要由色木槭、紫椴和水曲柳等阔叶树种叶凋落物现存量变化决定,而云冷杉林则取决于红松和云冷落叶的凋落物的量。     

凋落物和根系去除对滨海沙地土壤微生物群落组成和功能的影响

通过在亚热带滨海防护林湿地松、尾巨桉、纹荚相思和木麻黄人工林中设置去除凋落物、去除根系和对照处理,分析改变地上、地下碳输入对沙地人工林土壤微生物生物量、群落结构和功能的影响.2015年9月,在处理设置一年后采集各处理样方0～10 cm土壤样品,分别采用磷脂脂肪酸分析方法和微孔板酶检测技术对土壤样品的微生物群落组成和6种酶活性进行测定.结果表明: 碳输入处理对土壤微生物生物量的影响因树种而异,并主要取决于凋落物和根系的质量.在尾巨桉林中,去除根系使得脂肪酸总量、革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌、真菌和放线菌生物量分别显著减少了31%、30%、32%、36%和26%,去除凋落物使得革兰氏阳性细菌、真菌和放线菌生物量显著减少了24%、27%和24%,而其他树种处理对微生物生物量无显著影响.碳输入处理对土壤微生物群落结构的影响主要表现为真菌丰度下降而放线菌丰度上升.不同树种的土壤酶活性对处理的响应表现不一致:湿地松、纹荚相思和木麻黄林分去除凋落物显著降低土壤中纤维素水解酶、β-葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶和乙酰氨基葡萄糖苷酶活性,去除根系仅分别降低和提高了湿地松和纹荚相思林β-葡萄糖苷酶的活性;湿地松、木麻黄人工林去除凋落物显著降低了多酚氧化酶和过氧化物酶活性;去除根系对所有树种土壤氧化酶活性影响不显著.不同树种的凋落物、根系特性是影响土壤微生物群落组成和酶活性的重要因子,碳输入处理造成的土壤温度、水分等微环境的改变也是土壤微生物性质变化的重要驱动力.     

桂林岩溶石山檵木群落不同恢复阶段凋落物层酶对凋落物分解的影响

该文选取桂林岩溶石山檵木群落不同恢复阶段(灌木阶段、乔灌阶段和小乔林阶段)作为研究对象,探究凋落物层酶对凋落物分解速率的影响。结果表明:不同恢复阶段凋落物经1 a分解后,凋落物剩余率分别为灌木阶段(59.58%)、乔灌阶段(61.79%)和小乔林阶段(62.02%)。不同恢复阶段凋落物分解速率随演替的进行而减小。3个不同恢复阶段凋落物层多酚氧化酶、脲酶、蔗糖酶活性均在12月份最低,多酚氧化酶活性均在3月份最高,脲酶和蔗糖酶活性均在6月份最高。3个恢复阶段纤维素酶活性变化规律趋势一致,均在6月份酶活性最高,灌木阶段纤维素酶活性在3月份最低,乔灌阶段和小乔林阶段纤维素酶活性均在9月份最低。3个不同恢复阶段的凋落物层酶活性在不同时期均表现为蔗糖酶脲酶纤维素酶多酚氧化酶。不同恢复阶段凋落物层酶活性对凋落物分解速率影响不同。灌木阶段凋落物层蔗糖酶活性与分解速率呈显著正相关(P 0.05),乔灌阶段脲酶活性与分解速率呈显著正相关(P 0.05),小乔林阶段各酶活性与分解速率相关不显著。蔗糖酶、脲酶和多酚氧化酶是影响灌木阶段凋落物分解速率的重要因素,脲酶、纤维素酶和多酚氧化酶是影响乔灌和小乔林阶段分解速率的重要因素。     

松嫩平原羊草草原凋落物层群落学作用的研究

 植物的萌发数量与凋落物量呈抛物线型,峰值出现在200g·m-2处,凋落物对植物萌发影响主要是通过影响地表温度和土壤水分而起作用。群落的物种数随着凋落物量增加而增加,峰值出现在800g·m-2处,种饱和度达14种·m-2,峰值后略有下降。群落优势种羊草(Aneurolepidium chinense)的密度、平均高度、盖度和地上生物量随凋落物量的变化趋势基本相同,峰值出现在600g·m-2左右。凋落物层对群落的演替动态有一定的影响,凋落物量相近的样地差异较小,随着凋落物量的增加,群落间差异越来越大。群落地上和地下生物量随凋落物量的变化呈单峰曲线,地上生物量峰值出现在600g·m-2处,地下生物量出现在700g·m-2处,地下生物量/地上生物量值随凋落物量变化呈V字型,最小值出现在550g·m-2左右。     

应用指示种预测森林管理对物种多样性及群落组成的影响

采用指示种分析方法,研究了会同亚热带森林物种多样性和群落组成对森林管理的响应.从357个林下种中鉴定出显著性指示种94个,并构造新的指示种数据集,检验指示种数据集和源群落数据集之间的关联,评估指示种对林下植被管理效应的预测潜能.结果表明:指示种数据集和源群落数据集之间存在极显著的关联(Mantel r=0.898),指示种数据集很好地预测了生物多样性的变化(回归分析,R2>0.74);指示种很好地预测了群落组成对森林管理的响应(ANOVA,F>16.79);非度量多尺度排序(NMDS)以及K-means聚类分析表明,对于不同森林管理的样地类型,指示种数据集的识别能力和源群落数据集是一致的.从物种多样性、群落组成以及在森林类型的识别上,指示种数据集和源群落数据集有一致性规律,作用几乎相同,因此森林评估可以利用指示种代替源群落预测森林管理效应,以减少森林全面调查的成本.     

常绿阔叶林片段中木荷凋落叶分解速率及中小型土壤节肢动物群落的结构动态

2004年6月-2006年4月,选择浙、闽、赣交界山地的4个森林片段作为研究地点,并以浙西的古田山国家级自然保护区作为连续森林对照,采用尼龙网袋法,研究了不同常绿阔叶林群落优势种木荷凋落叶的分解速率及土壤节肢动物群落的结构和动态.结果表明：5个研究地共获土壤节肢动物1050个,分属8纲23目,其中鳞翅目、膜翅目、弹尾目和双翅目占个体总数的10%以上,为该地区的优势类群.片段化对群落物种组成的影响主要体现在稀有类群的差异上.不同分解阶段各种土壤节肢动物类群优势度因其功能的不同而各异.经过2年的分解,各研究地木荷凋落叶损失量为60%～70%,研究地凋落物中土壤节肢动物的各项多样性指标均有一定的变化,且与连续森林的变化规律不一致.     

Community composition and diversity of riparian forests regulate decomposition of leaf litter in stream ecosystems

Riparian forest plantings are a well‐established restoration technique commonly used to stabilize banks and intercept nutrient flow from adjacent agricultural fields. Tree species planted for these efforts may not reflect mature forest communities within the same region. Given contemporary research on links between biodiversity and ecosystem functioning, we conducted a leaf‐litter decomposition study to investigate how mixing of detrital resources that reflect forest community composition would regulate in‐stream leaf litter. Leaf litter bags containing material from a mature forest (Liriodendron tulipifera, Acer rubrum, Quercus rubra, full factorial treatments = 7) and a restored riparian forest (Cornus sericea, Fraxinus pennsylvanica, Platanus occidentalis, full factorial treatments = 7) were deployed in a stream reach that experienced riparian reforestation in 2004. Litter from the restored riparian community had less mass remaining (45.28 ± 2.27%) than that from the mature riparian community (54.95 ± 2.19%) after 5 weeks. In addition, mixed litter treatments in the restored riparian community had less mass remaining (40.54 ± 2.37%) than single‐species treatments (51.80 ± 4.05%), a pattern not observed in the mature forest community. Results highlight the importance of planting mixed‐species assemblages as this structure may regulate processes such as decomposition and food‐web structure, processes often not targeted in the restoration plans.     

Fungal alteration of the elemental composition of leaf litter affects shredder feeding activity

相似文献   

小五台山森林群落优势种的生态位分析

研究河北小五台山森林群落优势种的生态位宽度和生态位重叠,运用广义可加模型拟合各个优势种对环境梯度变化的响应规律.结果表明: 在148个样方中,共记录到维管植物75科222属392种,分别从乔木层、灌木层、草本层中选取重要值较大的36个优势种进行分析.乔木层的红桦、白桦、华北落叶松、油松,灌木层的土庄绣线菊、六道木、美蔷薇、毛榛,草本层的青绿薹草、野青茅、地榆、宽叶薹草在森林群落中生态位宽度较大,竞争力及环境适应力较强.在同一片层中,生态位重叠指数高的物种喜好相似生境,各个优势种在共生或伴生的同时存在着一定的竞争关系.色木槭和辽东栎存在高度重叠,由于资源丰富,竞争并不强烈;白桦与色木槭、辽东栎、水榆花楸等多种杂木树种存在重叠,有限的资源导致该群落中竞争较为强烈.各物种对不同环境因子的适应能力存在差异.多数优势种对海拔的响应表现出单峰曲线,分布在一定海拔范围内;部分优势种对海拔的响应呈线性升高或降低,集中分布在高海拔或低海拔区,各个优势种对坡位的响应情况与海拔相似.各优势种沿坡向多呈线性变化,与土壤温度呈显著正相关,物种表现出喜阴或喜阳的特性.红桦、六道木、东陵绣球、青绿薹草、兴安升麻等优势种对凋落层厚度和土壤厚度的响应呈线性升高.华北落叶松、红桦、金露梅、野青茅等优势种对土壤湿度的响应呈线性升高,而对土壤导电率的响应呈线性降低.大多数优势种对土壤pH和干扰程度表现出单峰曲线,部分优势种呈线性降低.