【摘 要】
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粗木质残体(coarse woody debris,CWD)是森林生态系统中重要的组成部分。CWD分解过程较为复杂,受一系列环境因素影响。目前,全球气候变化(增温、氮沉降)日益显著,这可能会影响亚热带森林中CWD的分解,但相关的研究还存在不足,特别是微生物机制这一方面。此外,CWD分解存在“主场效应”已经被证实。由于微生物对CWD分解有着重要作用,因此微生物群落的变化可能是CWD分解存在“主场效应
【基金项目】
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国家自然基金项目“中亚热带典型森林倒木分解碳释放驱动机制”(No.31460185);
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粗木质残体(coarse woody debris,CWD)是森林生态系统中重要的组成部分。CWD分解过程较为复杂,受一系列环境因素影响。目前,全球气候变化(增温、氮沉降)日益显著,这可能会影响亚热带森林中CWD的分解,但相关的研究还存在不足,特别是微生物机制这一方面。此外,CWD分解存在“主场效应”已经被证实。由于微生物对CWD分解有着重要作用,因此微生物群落的变化可能是CWD分解存在“主场效应”的重要原因,但有关研究还未见报道。基于以上背景,本研究将日本柳杉(Cryptomeria japonica)CWD和化香(Platycarya strobilacea)CWD作为试验材料,采用室内模拟的方法,设置温度(20℃,25℃,30℃和氮添加(+N VS对照)两因素的完全随机试验,通过对比CWD分解释放CO2以及分解后土壤微生物PLFA含量的差异,以揭示温度和氮添加对CWD分解释放CO2的影响及其微生物学机制。此外,在野外(庐山)设置日本柳杉林样地和落叶阔叶林样地样地,然后将日本柳杉CWD分别置于日本柳杉林(主场生境)以及落叶阔叶林(客场生境),将化香CWD分别置于落叶阔叶林(主场生境)以及日本柳杉林(客场生境)。通过对比不同生境下,CWD分解前后C、N、木质素、纤维素以及微生物PLFA含量的差异,探究CWD分解对生境互换的响应。主要研究结果如下:(1)温度升高对CWD分解释放CO2有显著的促进作用,这是由于CWD分解后土壤微生物群落结构的改变,以细菌为主的土壤微生物群落可能有利于CWD分解释放CO2。但不同树种CWD对温度变化的响应程度有所差异,温度升高对化香CWD分解释放CO2的影响更显著。(2)氮添加对CWD分解释放CO2也有显著的促进作用,这可能是由于外加N源缓解了分解初期N素对CWD分解的限制,以及改变土壤微生物群落结构。但不同树种CWD对氮添加的响应程度有所不同,N添加对化香CWD分解释放CO2的影响更显著。(3)化香和日本柳杉CWD分解后微生物的群落特征对生境互换的响应确实存在差异。这在一定程度上解释了CWD分解存在“主场效应”。(4)参与CWD分解的微生物中,真菌与CWD分解碳变化存在密切关联。但在分解过程中,真菌也会受到放线菌等微生物的影响。此外CWD分解过程中纤维素的变化与甲烷氧化菌相关。真菌和原生动物能够对多种基质(如纤维素、木质素)的变化产生影响。综上所述,温度的升高和氮添加均对CWD分解CO2的释放有着促进作用。但不同树种对温度和氮添加的响应程度不同,相比于针叶树种,阔叶树种的响应程度更大。此外,微生物群落的变化是CWD分解存在“主场效应”的重要原因。这表明,在全球气温不断上升以及大气氮沉降不断加剧的背景下,亚热带森林中CWD的分解速率将会加快,进而向大气中排放更多的CO2,可能会对森林生态系统中碳循环和碳平衡产生深远影响,在未来的研究中应该加以重视。
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