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。     

沙坡头地区凋落物分解及其对土壤微生物群落的影响

以腾格里沙漠东南缘沙坡头人工固沙植被区典型植物种凋落物(小画眉草、藓类、油蒿叶片)为对象,运用凋落物分解袋法和高通量测序技术,分析了3种植物凋落物分解特征及其对土壤微生物群落的影响。结果表明: 分解时间和凋落物类型均显著影响分解速率,藓类分解最慢,13个月后质量损失比仅为15.4%,油蒿叶片和小画眉草的平均分解速率分别是藓类的4.9和3.4倍。经过11个月的分解,细菌群落的优势菌门为放线菌门和变形菌门,真菌群落的优势菌门是子囊菌门;藓类分解过程中,拟杆菌门和绿弯菌门的相对丰度显著增加,担子菌门的相对丰度显著降低。凋落物分解后,细菌和真菌群落物种多样性和丰富度显著增加,细菌群落组成在凋落物间变化不显著,真菌群落变化显著。凋落物的分解速率与细菌和真菌群落多样性及丰富度均呈负线性变化。植物多糖、全磷和土壤pH、微生物生物量氮、铵态氮含量是影响微生物群落结构的主要因子。凋落物分解改变了土壤微生物群落物种组成和种间相似性,显著增加了土壤中微生物群落的多样性和丰富度,促进了土壤生境的恢复。     

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。     

不同坡向凋落物分解对土壤微生物群落的影响

采用空间与时间序列并用的方法,对贵州茂兰喀斯特森林阳坡和阴坡凋落物的分解特征及土壤微生物进行1年的野外调查和测定,探讨凋落物分解规律及其对土壤微生物群落的影响。凋落物在分解1年后的质量损失率约为72%,在分解过程中的碳、磷元素表现为释放,氮元素表现出富集;土壤微生物各群落磷脂脂肪酸(PLFA)在分解过程中的平均含量表现为:细菌(149.8 nmol/g)放线菌(63.9 nmol/g)真菌(31.3 nmol/g),阳坡和阴坡的微生物总PLFA在180d(559.2 nmol/g)和360d(513.6 nmol/g)的含量显著高于分解前;随分解时间的增加,阳坡细菌特征磷脂脂肪酸18:1ω7c的含量增加最大,其次是cy19:0和真菌特征磷脂脂肪酸18:1ω9c,阴坡土壤微生物PLFA含量表现出减少的趋势,细菌特征脂肪酸18:1ω7c减少量最大,约9.42 nmol/g,其次是i15:0和真菌特征脂肪酸18:1ω9c,约减少4.29—4.86 nmol/g;凋落物养分释放特征与微生物群落间的Spearman相关分析表明,真菌群落与碳元素释放率呈显著正相关关系,细菌群落与凋落物碳、磷元素的释放呈极显著正相关关系,且阳坡凋落物分解对微生物群落的影响高于阴坡。坡向和凋落物养分释放量对喀斯特森林凋落物的分解及土壤微生物群落的影响较显著,特征磷脂脂肪酸18:1ω7c、cy19:0、i15:0和18:1ω9c对环境变化的响应较为敏感。     

典型冷暖季沉水植物凋落物分解特性及沉积物微生物群落变化

为研究湿地沉水植物腐败分解对水体的污染状况,选择典型沉水植物金鱼藻（暖季植物）和菹草（冷季植物）进行了为期60 d的凋落物分解实验。结果表明金鱼藻和菹草凋落物分解规律相似,0—15 d快速分解,15—60 d缓慢分解,60 d凋落物失重率分别达到60.43%和66.72%。菹草的有机物释放量明显高于金鱼藻,N和P释放量相反,分解释放的N主要是NH4+-N和有机氮。三维荧光光谱（Excitation-Emission Matrix Spectroscopy, EEMs）结合平行因子分析法解析出一种类色氨酸物质C2和3种类腐殖质物质C1、C3、C4,易降解的类色氨酸有机物先增加后减少,难降解的类富里酸和类腐殖酸有机物逐渐增加。EEMs和四种组分的最大荧光强度百分比表明,溶解性有机物（Dissolved organic matter, DOM）在0—15 d以易降解有机物为主,15—60 d以难降解有机物为主。两种植物凋落物分解释放的DOM含量及特性不同,整体上呈低腐殖化特征,可能是水中难降解DOM的一个重要来源。植物凋落物的分解促进了沉积物中微生物的丰富度,降低了微生物的多样性;参与分解的主要微生物包括4 d时的Pseudomonas属（26%—35%）、15 d和30 d时的Malikia属（>8%）和Bacillus属（2.6%—9%）,分解难降解有机物的微生物逐渐增加,如Flavobacterium属;沉积物中微生物群落结构的变化受营养物质可利用性变化的影响。分析发现植物凋落物分解对水质的影响具有阶段性,0—15 d,N和P释放量增加暂时导致了水质恶化;15—60 d,N和P释放量降低,难降解有机物含量逐渐增加,可能会加剧水体甚至是沉积物的腐殖化程度。因此,在植物衰亡期应及时打捞或者做好植物平衡收割管理,避免因植物大量腐败导致水质恶化。     

土壤微生物群落结构对中亚热带三种典型阔叶树种凋落物分解过程的响应

通过小盆模拟试验研究了南方红壤丘陵区典型阔叶树种香樟、白栎和青冈的凋落物分解过程中土壤微生物群落结构的异同。结果表明:(1)凋落物含氮量:白栎>香樟>青冈;碳、木质素的含量以及碳/氮比、木质素/氮比:青冈>香樟>白栎;分解速率:白栎>香樟>青冈;(2)随着凋落物分解的进程,土壤微生物群落16 ∶ 0、15 ∶ 0、i16 ∶ 0、a17 ∶ 0、17 ∶ 0、18 ∶ 2ω6,9c和10Me18 ∶ 0的含量上升,18 ∶ 0、14 ∶ 0、16 ∶ 1ω7c、18 ∶ 1ω7c、cy19 ∶ 0、i19 ∶ 0和10Me19 ∶ 0的含量下降,饱和直链脂肪酸/单不饱和脂肪酸、革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌以及cy19 ∶ 0/18 ∶ 1ω7c的比值都显著上升。(3)两个时期白栎凋落物处理土壤16 ∶ 0、15 ∶ 0、a15 ∶ 0、i16 ∶ 0、a17 ∶ 0、 17 ∶ 0、cy19 ∶ 0、18 ∶ 2ω6,9c、18 ∶ 1ω9c和10Me18 ∶ 0的含量显著高于香樟和青冈凋落物处理的土壤,细菌、真菌的磷脂脂肪酸含量以及磷脂脂肪酸总量显著高于香樟和青冈凋落物处理的土壤。随着阔叶凋落物的分解,变化的土壤环境对土壤微生物群落的胁迫增强,土壤微生物群落结构发生显著变化。与香樟和青冈的凋落物相比,白栎凋落物碳/氮比和木质素/氮比低、分解快,能显著改善土壤微生物群落结构,更有利于土壤肥力提高和生态系统养分循环的改善。     

森林凋落物的微生物分解

森林凋落物的分解是森林生态系统中物质循环和能量流动的一个重要环节,而微生物在这一过程中起着重要作用。本文系统介绍了森林凋落物微生物分解的过程及其生态学意义,并从参与凋落物分解的微生物多样性、凋落物分解过程中的微生物数量动态及群落演替、影响微生物分解的因素及微生物分解酶学等方面综述了森林凋落物的微生物分解研究概况,探讨了未来研究的方向。     

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。     

亚热带森林凋落叶分解过程土壤节肢动物群落的变化特征

土壤动物群落结构和多样性可能随凋落物分解进程和基质质量的变化不断改变。为了解亚热带森林凋落叶分解过程中土壤节肢动物群落变化特征,以四川盆地亚热带森林麻栎（Quercus acutissima）和柳杉（Cryptomeria fortunei）凋落叶为对象,于2011-2015年采用分解袋法研究了2种凋落叶分解过程中土壤节肢动物组成、结构和多样性动态变化。整个研究期间,柳杉和麻栎凋落叶分解袋中共捕获土壤节肢动物3855只,分属于16目51科,且均以等节跳科和棘跳科为优势类群;麻栎凋落叶中土壤节肢动物的个体密度随分解进程呈现增加趋势,在分解的1079天达最高值后降低,而柳杉凋落叶则在分解的156天急剧增加后快速降低,2种凋落叶中土壤节肢动物类群数量具有相似的动态变化过程;2种凋落叶中土壤节肢动物总体以菌食性数量比例最高,腐食性最低,且随凋落叶分解进程,植食性土壤节肢动物占比明显下降,菌食性则上升;非度量多维尺度（NMDS）分析显示,2种凋落叶中土壤节肢动物群落组成具有显著差异,聚类分析表明,2种凋落叶土壤节肢动物群落结构相似性随分解进程不断降低。亚热带森林凋落叶分解过程中土壤节肢动物群落组成、结构和多样性受凋落叶类型影响。     

高山森林凋落物分解过程中的微生物生物量动态

凋落物分解过程中的微生物生物量动态对于深入了解森林凋落物分解机理具有重要意义。为了解高山森林典型树种凋落物分解过程中的微生物生物量特征,采用凋落物分解袋法,研究了土壤冻结期(3月)、融冻期(4月-5月)、生长季节(5-10月)和冻结初期(11月)红桦(Betula albosinensi)、岷江冷杉(Abies faxoniana)和粗枝云杉(Picea asperata)凋落物分解过程的微生物生物量C(MBC)、微生物生物量N(MBN)和微生物生物量P(MBP)动态。四个关键时期,凋落物的MBC、MBN以生长季节最高,但非生长季节的三个关键时期也检测出较高的MBC、MBN。在融冻期结束后,三类凋落物分解过程中MBC和MBN均出现爆发性增长。然而,MBP在生长季节中期(8月)、完全冻结期(3月)和冻结初期(11月)均相对较低,但在融冻期和生长季节后期(9月)相对较高。另外,红桦凋落物的MBC、MBN和MBP含量均高于岷江冷杉和粗枝云杉凋落物(除4月粗枝云杉凋落物MBP异常升高外)。这些结果为更加清晰地认识高寒森林凋落物分解过程及机理,以及进一步理解陆地生态系统结构和功能提供了一定基础数据。     

不同土地利用方式下酚酸物质与土壤微生物群落的关系

酚酸物质是影响微生物生物量和群落结构的重要因子之一,研究酚酸物质在不同土地利用方式下的变化规律及其与微生物群落结构的关系,有助于更好地理解不同土地利用方式下微生物群落变化的作用机制。以山河屯林业局奋斗林场次生林(SF)、落叶松人工林(LP)、农田地(FL)和撂荒地(AL)为研究对象,测定不同土地利用方式下0—5 cm、5—10 cm和10—20 cm层的土壤总酚、复合态酚、水溶性酚和9种酚酸物质,并采用磷脂脂肪酸法(PLFA)测定这4种土地利用方式的土壤微生物群落。结果表明,各土层的落叶松人工林土壤总酚含量显著高于其他三种土地利用方式。在0—5 cm和5—10 cm土层中,落叶松人工林土壤水溶性酚含量最高,而在10—20 cm土层中,则是次生林显著高于其余三种土地利用方式(P0.05)。在0—5 cm土层中,次生林土壤的总PLFA、真菌含量比农田地和撂荒地分别高14.61%、80.91%和55.63%、156.55%,同时,次生林的土壤真菌∶细菌(F∶B)显著高于落叶松人工林、农田地和撂荒地(P0.05)。0—5 cm层和5—10 cm层的土壤总酚与微生物群落(细菌、真菌)分别呈正相关和负相关关系,而在10—20 cm层,三种土壤酚类物质与微生物群落均未达到显著相关(P0.05)。冗余分析表明,0—5 cm层土壤中的阿魏酸、2,4-二羟基苯甲酸和β-谷甾醇均对真菌群落和F∶B有显著影响(P0.05),而在10—20 cm层中,只有β-谷甾醇影响了微生物群落的生长。土地利用方式的变化改变了表层土壤的酚酸物质含量和微生物群落结构,酚酸物质对表层土壤各类群的微生物量有明显的促进作用,但抑制了深层土壤微生物的生长。     

Fifteen years of climate change manipulations alter soil microbial communities in a subarctic heath ecosystem

Soil microbial biomass in arctic heaths has been shown to be largely unaffected by treatments simulating climate change with temperature, nutrient and light manipulations. Here, we demonstrate that more than 10 years is needed for development of significant responses, and that changes in microbial biomass are accompanied with strong alterations in microbial community composition. In contrast to slight or nonsignificant responses after 5, 6 and 10 treatment years, 15 years of inorganic NPK fertilizer addition to a subarctic heath had strong effects on the microbial community and, as observed for the first time, warming and shading also led to significant responses, often in opposite direction to the fertilization responses. The effects were clearer in the top 5 cm soil than at the 5–10 cm depth. Fertilization increased microbial biomass C and more than doubled microbial biomass P compared to the non-fertilized plots. However, it only increased microbial biomass N at the 5–10 cm depth. Fertilization increased fungal biomass and the relative abundance of phospholipid fatty acid (PLFA) markers of gram-positive bacteria. Warming and shading decreased the relative abundance of fungal PLFAs, and shading also altered the composition of the bacterial community. The long time lag in responses may be associated with indirect effects of the gradual changes in the plant biomass and community composition. The contrasting responses to warming and fertilization treatments show that results from fertilizer addition may not be similar to the effects of increased nutrient mineralization and availability following climatic warming.     

三种乔木落叶分解过程中跳虫群落结构的演替

1993到1995年,用落叶袋法研究跳虫群落在青冈Cyclobalanopsis glauca、马尾松Pinus massoniana和麻栎Quercus acutissima 3种乔木落叶分解过程中的演替变化。青冈落叶分解经淋洗、养分固定和养分活化3个阶段,马尾松和麻栎没有出现阶段性变化。青冈落叶中跳虫个体数和多样性指数均高于马尾松和麻栎落叶中的相应值。跳虫在落叶分解过程中的集聚型分为3组：A组为落叶分解前期集聚的种类,B组为后期的种类,C组为中期或全过程的种类。3种乔木在A组中共有的种类为鳞Tomocerus sp.、等节Isotoma sp. 和杭州刺齿Homidia hangzhouensis;B组共有种类为八眼符Folsomia octoculata、拟裸长角Pseudosinella sp. 和类符Folsomina onychiurina;C组没有共有种类。     

尿素肥斑扩散对土壤微生物群落结构的影响

磷脂脂肪酸 (PL FA)被认为是有效指示活体土壤微生物群落结构变化的标记物之一 ,该方法已在土壤微生物的研究中被大量应用。采用特制容器 ,模拟尿素肥斑在土壤中的扩散行为 ,观察距尿素肥斑不同距离微域中养分形态和浓度变化及其对土壤微生物群落结构的影响。试验结果表明 ,培养 7d后 ,No.7(距肥斑 7cm)和 No.8(距肥斑 8cm )微域的 NH 4、NO- 2 、NO- 3浓度最高 ,NO- 2 是尿素扩散区域的主要离子存在形态。对提取到的 2 5种 PL FA进行主成分分析 (PCA) ,发现 PL FA组成随不同微域养分浓度变化而变化 ,说明微生物群落结构发生了改变。就标记性 PL FA而言 ,尿素扩散导致真菌 PL FA在高浓度养分微域浓度增加 ,细菌 PL FA浓度下降 ,其中 ,No.7微域的真菌 PL FA18∶ 2ω6 ,9和 PL FA18∶ 1ω9浓度分别比对照 (No.2 0微域 )增加 173%和 4 7.2 %。然而 ,放线菌 PL FA 10 Me18∶ 0浓度变化不大