氮沉降增加背景下微生物群落结构与功能变化对凋落物分解的反馈调节

At present and in future decades, the increase of nitrogen deposition is one of the most important phenomena of global change. In south subtropical monsoon evergreen broadleaved forest, the simulated low or medium nitrogen addition often promotes forest litter decomposition, while the high nitrogen addition does not show this effect or even restrains litter decomposition. Microbial decomposer is a key factor of litter decomposition, while its viability and activity are both affected by nitrogen deposition, so microbial decomposers can respond to increased nitrogen deposition and affect litter decomposition process in a feedback regulation. Based on the Dinghushan field nitrogen addition experimental platform, this project aims to study how different levels of nitrogen addition can affect the decomposition of typical types of litter in south subtropical monsoon evergreen broadleaved forest through altering the community structure and function of microbial decomposers (fungi and bacteria) with a method combined with ITS (internal transcribed spacer) and 16S rRNA (16S ribosomal RNA) sequencing, metagenomics and metabonomics. We also hope to offer some theoretical basis for evaluating the litter decomposition under continued condition of increasing nitrogen deposition in the future.

氮沉降增加是当前和未来数十年内全球变化的重要现象之一。在南亚热带季风常绿阔叶林，人为模拟的中、低氮添加通常能够促进森林凋落物的分解，而高氮添加并不具有这种效应，反而可能抑制凋落物的分解。微生物分解者是影响凋落物分解的重要因素，它的生长和活性都受到氮沉降增加的调节，因此，微生物分解者能够响应氮沉降增加从而对凋落物分解过程进行反馈调节。本项目基于鼎湖山野外氮添加实验平台，拟通过结合扩增子（ITS、16S rRNA）测序、宏基因组学和代谢组学的方法，旨在研究不同水平的氮添加如何通过改变微生物分解者（真菌和细菌）的群落结构和功能，对南亚热带季风常绿阔叶林典型凋落物的分解造成影响，以期为评价未来氮沉降持续增加条件下的凋落物分解提供理论依据。

氮沉降增加对全球各类生态系统具有显著的效应。在森林生态系统中，增加的氮沉降能够对具有不同质量的凋落物的分解造成复杂的影响，同时，以真菌和细菌为代表的微生物是凋落物的主要分解者。然而，有关氮沉降增加如何通过调节微生物分解者来影响不同质量凋落物的分解还有待更多的了解。在本项目中，我们利用野外凋落物袋实验来测试凋落物质量和微生物分解者如何联合响应不同水平的氮添加，从而改变凋落物的分解速率。我们选取了南亚热带常绿阔叶林中的两种主要树种椎栗和荷木的凋落物，根据凋落物起始的碳氮比和木质素含量，荷木凋落物具有比椎栗凋落物更高的质量。在分解过程中，更低质量的椎栗凋落物的分解速率显著受到中（70 kg ha-1 yr-1）、高氮（105 kg ha-1 yr-1）添加的抑制，而荷木凋落物的分解速率则没有受到氮添加的显著抑制。通过针对真菌（ITS）和细菌的（16S）群落的扩增子测序，我们发现氮添加能够提高椎栗凋落物上微生物alpha多样性，然而减少荷木凋落物上微生物alpha多样性。在氮添加对椎栗凋落物上真菌群落有促进作用的同时，中、高氮添加压缩了木质素分解真菌的生存空间，造成这类功能真菌的相对丰度下降，从而可能是导致椎栗凋落物分解速率下降的主要原因。通过发现木质素分解真菌作为联系氮添加和凋落物分解的潜在功能真菌类群，丰富了我们对凋落物分解的认识，同时以期为评价未来氮沉降持续增加条件下的凋落物分解提供理论依据。