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。     

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...     

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。     

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。     

中亚热带几种针、阔叶树种凋落物混合分解对土壤微生物群落碳代谢多样性的影响

土壤微生物群落功能如何响应凋落物物种组成的改变,对于指导我国的人工林种植具有重要意义。通过小盆模拟试验,用BIOLOG微平板培养的方法研究了南方红壤丘陵区典型物种马尾松和湿地松的凋落物分别与白栎和青冈的凋落物混合,与单一针叶凋落物分解时相比,针阔混合凋落物分解过程中土壤微生物群落功能多样性的差异。结果表明：(1)针叶和阔叶混合分解提高了土壤微生物群落碳代谢的强度、丰富度以及多样性,针阔混合凋落物分解时土壤微生物群落的碳源代谢方式与单一针叶分解时差异显著;(2)凋落物分解前期土壤微生物群落碳代谢强度、丰富度和多样性与凋落物初始C/N呈显著负相关,分解后期土壤微生物群落碳代谢强度与凋落物初始木质素/N比呈显著负相关,碳代谢多样性与初始P含量呈显著正相关;(3)通过改变凋落物物种组成,进而改变凋落物元素组成(C/N、木质素/N和P),能显著影响土壤微生物群落的碳代谢强度和代谢多样性。在南方红壤丘陵区,针-阔叶混合的凋落物比单一针叶凋落物更有利于提高土壤微生物群落的功能。     

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。     

土壤微生物群落对麻栎-刺槐混交林凋落物分解的影响

以麻栎-刺槐混交林和麻栎纯林为研究对象,采用野外定点采样、室内分析与高通量测序的方法,对凋落物分解过程中土壤微生物菌群多样性特征及其对凋落物分解速率的影响进行了研究。结果表明:(1)麻栎-刺槐混交林凋落物的分解速率高于麻栎纯林。两种林分凋落物有机碳(TOC)、全氮(TN)发生释放,全磷(TP)发生积累-释放的过程。(2)两种林分土壤细菌优势类群为放线菌门(Acidobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Actinobacteria)和疣微菌门(Verrucomicrobia),土壤真菌优势类群为担子菌门(Basidiomycota)、子囊菌门(Ascomycota)和被孢霉门(Moritierellomycota)。(3)凋落物分解过程中,麻栎-刺槐混交林土壤微生物菌群丰富度指数和菌群多样性指数变化范围小于麻栎纯林。(4)凋落物分解速率与土壤细菌菌群丰富度指数和菌群多样性指数呈显著正相关,与土壤真菌菌群丰富度指数呈显著正相关。土壤微生物群落对麻栎-刺槐混交林和麻栎纯林凋落物分解速率具有重要影响,研究结果为深入开展混交林土壤微生物多样性对凋落物分解的影响研究提供理论依据。     

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。     

凋落物分解过程中土壤微生物群落的变化

凋落物分解是生态系统碳循环和营养物质循环的关键过程, 受多种因素共同影响。土壤微生物是影响凋落物分解的重要因素, 其群落组成在一定程度上依赖于所处植物群落的特征。因此, 研究分解过程中微生物群落组成的变化及其对植物多样性的响应, 有利于对凋落物分解机制的理解。本文采用分解袋野外原位分解的方法, 对凋落物分解过程中微生物群落的变化及其对所处森林环境中树木的种类和遗传多样性的响应进行了研究。结果表明: (1)凋落物分解183天后, 土壤中微生物群落的多样性降低, 并且森林群落的物种多样性与微生物群落多样性呈负相关关系; (2)凋落物分解前后, 土壤中真菌和细菌群落的磷脂脂肪酸(PLFA)量均有所增加, 说明凋落物分解为微生物生存和繁殖提供了养分; (3)地形因素是影响微生物群落变化最显著的因素, 可解释微生物群落变化的29.55%; 其次是凋落物的基质质量, 可以解释15.39%; 最后是森林群落的多样性, 可以解释8.45%; 这3种因素共同解释率为2.97%。综上所述, 与森林群落的植物多样性相比, 样地的地形因素与凋落物的基质质量对微生物群落的影响更显著。     

土壤基质影响下叶凋落物际细菌群落特征及其与分解速率的关联性

植物凋落物在土壤有机质形成过程中扮演重要角色,在局域尺度上其分解速率与土壤生境密切相关。不同土壤基质下的凋落物分解快慢不同,进而影响土壤碳周转及养分利用效率。与叶凋落物分解密切相关的微生物群落主要来源于叶凋落物际,这些微生物群落在土壤养分循环和有机物分解过程中发挥着至关重要的作用,然而目前关于叶凋落物际中微生物群落动态变化的研究还相对较少。研究以喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)的叶凋落物为研究对象,通过高通量测序研究不同土壤(有机土、铁铝土、冲积土)和分解阶段(30%、60%、90%)下叶凋落物际细菌群落的动态变化及其对凋落物分解的影响。结果表明：随着分解的进行,叶凋落物际细菌群落多样性逐渐升高,并且群落多样性水平越高(Alpha多样性：有机土>冲积土>铁铝土),其分解速率越快(k:有机土>冲积土>铁铝土)。研究进一步发现,叶凋落物际细菌群落组成变化受土壤类型和分解阶段显著影响(P<0.001),但前者作用效应更大。具体而言,不同土壤基质下的叶凋落物际优势菌不同,有机土和冲积土基质中均由变形菌门(Proteobacteria)主导(分别占55.33%和53.10%),铁铝土基质中则以放线菌门(Actinobacteriota)为主(占比为63.95%)。受分解阶段影响,不同土壤基质下叶凋落物际各优势菌门的平均相对丰度在分解后期均有所下降,而以绿弯菌门(Chloroflexi)为代表的寡营养菌(oligotrophic taxa)在分解后期显著增加(P<0.05),与分解前期相比增加了5.66—413.80倍。此外,在不同土壤中,叶凋落物际细菌群落构建均受确定性过程影响,其共现网络复杂度在冲积土、有机土、铁铝土中依次降低,变形菌门和放线菌门在整个叶凋落物际细菌群落的构建和维持中扮演着关键角色。研究揭示了不同土壤基质调控叶凋落物际细菌群落组成及多样性进而影响凋落物分解过程,这为深入理解叶凋落物际细菌群落在生态系统养分循环过程中的关键作用提供了数据支撑。     

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。     

陆地生态系统混合凋落物分解研究进展

凋落物分解在陆地生态系统养分循环与能量流动中具有重要作用,是碳、氮及其他重要矿质养分在生态系统生命组分间循环与平衡的核心生态过程。自然生态系统中,植物群落大多具有较高的物种丰富度和多样性,其混合凋落物在分解过程中也更有可能发生养分传递、化学抑制等种间互作,形成多样化的分解生境,多样性较高的分解者类群以及复杂的级联效应分解,这些因素和过程均对研究混合凋落物分解过程、揭示其内在机制形成了极大的挑战。从构成混合凋落物物种丰富度和多样性对分解生境、分解者多样性及其营养级联效应的影响等方面,综合阐述混合凋落物对陆地生态系统凋落物分解的影响,探讨生物多样性在凋落物分解中的作用。通过综述近些年的研究发现,有超过60%的混合凋落物对其分解速率的影响存在正向或负向的效应。养分含量有差异的凋落物混合分解过程中,分解者优先利用高质量凋落物,使低质量的凋落物反而具有了较高的养分有效性,引起低质量凋落物分解加快并最终使混合凋落物整体分解速率加快;而凋落物物种丰富度对土壤动物群落总多度有轻微的影响或几乎没有影响,但是对线虫和大型土壤动物的群落组成和多样性有显著影响,并随着分解阶段呈现一定动态变化;混合凋落物改变土壤微生物生存的理化环境,为微生物提供更多丰富的分解底物和养分,优化微生物种群数量和群落结构及其分泌酶的活性,并进一步促进了混合凋落物的分解。这些基于植物-土壤-分解者系统的动态分解过程的研究,表明混合凋落物分解作用不只是经由凋落物自身质量的改变,更会通过逐级影响分解者多样性水平而进一步改变分解速率和养分释放动态,说明生物多样性确实在一定程度上调控凋落物分解及其养分释放过程。     

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。