【摘 要】
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凋落物分解是驱动陆地生态系统营养循环的重要过程。该过程在微生物、动物的作用下完成,受气候和凋落物质量等多方面因素的影响。微生物通过产生胞外酶,将复杂的有机化合物分解成可利用的小分子化合物并释放养分物质。微生物包括真菌和细菌,在凋落物分解过程中,真菌通常占主导地位。土壤动物可以破碎凋落物,改变凋落物的结构,为不同生态位微生物的定居提供合适的环境,一些土壤动物还可以改变微生物群落结构从而改变凋落物分解
【基金项目】
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国家科学自然基金“亚热带森林土壤热点区域分解酶动力学的原位直接观察研究”(31870598); 国家重大研究项目“人工林地下生态过程对生产力的调控机制”(2016YFD0600204);
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凋落物分解是驱动陆地生态系统营养循环的重要过程。该过程在微生物、动物的作用下完成,受气候和凋落物质量等多方面因素的影响。微生物通过产生胞外酶,将复杂的有机化合物分解成可利用的小分子化合物并释放养分物质。微生物包括真菌和细菌,在凋落物分解过程中,真菌通常占主导地位。土壤动物可以破碎凋落物,改变凋落物的结构,为不同生态位微生物的定居提供合适的环境,一些土壤动物还可以改变微生物群落结构从而改变凋落物分解速率。之前的研究大多单独研究土壤动物或微生物对凋落物分解的影响,而针对土壤动物对分解菌产酶及其凋落物分解能力影响的研究几近空白。本课题选用白囊耙齿菌(Irpex lacteus)和鼠妇(Porcellio laevis)作为分解者,选取亚热带针阔混交林建群树种栓皮栎(Quercus variabilis)和马尾松(Pinus massoniana)作为分解对象进行实验。实验在自我构建的人工微宇宙内完成,微宇宙分为内外两个区域,内部区域为白囊耙齿菌和鼠妇构成的活动区,外部区域为放置凋落物的分解区。两区中间设隔网,阻止土壤动物进入到分解区,但真菌可以自由的伸展到分解区。设计7d、21d、42d、70d取样,通过检测微生物胞外酶等指标评估分解真菌功能特征,并根据凋落物质量损失、碳、氮等指标量化分解速率,旨在揭示土壤动物对分解菌产酶及其凋落物分解能力的影响。实验主要结果如下:1.添加土壤动物后分解区内新定殖真菌的生物量高于未添加的对照组,70d内鼠妇的啃食使凋落物上的真菌生物量提高了56%-79%,但差异未达到统计学显著(p>0.05),栓皮栎凋落物真菌生物量显著高于马尾松(p<0.05)。白囊耙齿菌倾向于增加自身生物量来抵消土壤动物啃食等活动产生的负面影响,随着活动区内的真菌被土壤动物啃食,外部分解区内的真菌出现“过度”生长的现象。2.土壤动物的添加提高了分解区内真菌分泌的葡萄糖苷酶、几丁质酶、酸性磷酸酶、木糖苷酶、纤维二糖水解酶的活性。经过70d分解,添加动物后凋落物的酸性磷酸酶活性提高了248%-500%;几丁质酶活性是未添加动物的14.25倍,葡萄糖苷酶活性是未添加动物的5.52倍,添加动物后酶活性显著升高(p<0.05)。土壤动物可以延缓酶活性的衰减,添加动物后,活动区内酶活性的热点区域面积明显增加。酶谱图像显示,添加动物的活动区内酸性磷酸酶、葡萄糖苷酶和几丁质酶的活性及热点区域面积均高于未添加动物的对照。土壤动物可以改变真菌产酶能力,这种作用受凋落物种类影响。活动区内土壤动物的啃食影响分解区内真菌酶的分泌,提示干扰作用可以通过菌丝传递。3.研究显示70d内土壤动物对凋落物分解尚未产生显著影响,栓皮栎和马尾松的分解主要受时间限制,栓皮栎凋落物的分解速率显著高于马尾松。真菌和土壤动物共同作用显著降低了凋落物的C/N,有利于凋落物的后续分解。综上所述,土壤动物对真菌的影响具有传递性和持续性。白囊耙齿菌面对啃食干扰采取“补偿性”生长策略。活动区内的真菌经土壤动物啃食,其胞外酶活性上升,酶活性的热点区域面积明显增加。土壤动物的啃食等作用同时提高了分解区内真菌的产酶能力,如酸性磷酸酶的活性最高提高了500%,这种作用受凋落物种类和真菌自身生长策略的影响。提示土壤动物的啃食刺激不仅对活动区域内真菌的酶活性产生影响,同时通过菌丝传递到分解区内,正向影响分解区内真菌胞外酶的分泌,进而影响凋落物的分解。因此,土壤动物对森林生态系统的养分循环至关重要。
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