氮和磷添加对天然草地土壤真菌功能类群多样性和组分的作用机制

Soil fungi are one of the most diverse groups of microbial organisms in grassland ecosystems, and play fundamental role in organic decomposition and nutrient cycling processes. Most current studies focus on the nutrient addition effects on soil taxonomic fungal communities, however the responses of diversity and composition of fungal functional groups to nutrient addition and the underlying mechanisms have rarely been studied. This project plan to add a broad gradient of N, P and N+P in natural grassland ecosystem, and determine the diversity and composition of soil fungal functional communities using high-throughput sequencing of marker genes and FUNGuild, and simultaneously monitor the plant community productivity, composition and diversity, soil inorganic N and P availability, and soil nutrient and acidification properties across different soil layers. The aim of the project is to make a comprehensive assessment of the mechanisms underlying the association between nutrient inputs and soil fungal functional community responses, by identifying the contribution and relative strengths of the direct (the elevated N and P availability have a direct impact on soil fungi) and indirect (N and P addition impose indirect impacts on soil fungi by influencing plant community and soil acidification) regulating pathways. The results of the project will provide important theoretical basis for predicting how grassland soil fungal community and associated functions shifts in response to future increases in N and P inputs.

土壤真菌是草地系统数量最庞大、种类最丰富的微生物之一，对草地系统有机物降解、营养循环等生化过程起着关键调控作用。营养添加对土壤真菌分类学水平群落特征的影响研究日益广泛，然而土壤真菌功能类群多样性和组分对营养添加响应的作用机制尚未明晰。本项目拟在天然草地定量、多梯度添加N、P及共同添加N和P，通过高通量测序技术和FUNGuild进行土壤真菌群落的测定和功能类群划分，同时监测植物群落生产力、多样性和组分，不同土壤层无机N、P水平，营养状况及酸化性状；从N和P添加影响土壤真菌功能类群的直接效应(无机N、P水平的提高及N/P的改变直接影响)和间接效应(通过改变植物群落和导致土壤酸化间接影响)角度，系统揭示N和P添加对天然草地不同土壤层真菌功能类群多样性和组分的影响及作用机制。研究结果对于我们预测未来N、P输入增加背景下土壤真菌群落及与其相关生态功能的改变具有重要的理论指导意义。

自20世纪以来，化石燃料燃烧、农业施肥、工业粉尘排放等人类活动导致全球生态系统氮磷输入量急剧增加。土壤真菌群落作为草地生态系统中重要的土壤生物群落之一，其群落功能多样性及组分对养分添加的响应及其对生态系统功能的影响尚未明晰。. 本研究以内蒙古草原为研究对象，通过原位模拟养分添加和区域尺度样带调查实验，探究了土壤真菌群落多样性和组分对养分添加的响应机制，并阐明了土壤真菌功能类群对草原植物多样性-生产力关系的调控作用。本项目通过7年的原位模拟实验研究发现，养分添加会导致表层和深层土壤真菌α多样性发生显著下降，同时也导致β多样性（群落组成）发生了改变；尽管表层土壤和深层土壤真菌群落对养分添加具有相似的响应模式，然而其作用机制存在差异。养分添加导致的土壤酸化是导致表层土壤真菌多样性下降和组分改变的主要驱动因子，而深层土壤真菌多样性和组分的改变主要由植物群落生产力和组分的改变所导致。此外，本项目通过原位区域尺度样带研究发现，土壤真菌功能类群（腐生菌、菌根真菌和植物病原菌）间的相互作用关系随土壤养分水平的改变而有差异；在较高养分水平下，腐生菌和菌根真菌间呈显著正相关关系，而在低养分水平下菌根真菌和植物病原菌间显著负相关。在不同养分水平下，以上土壤真菌功能类群与植物多样性和生产力的协同作用是驱动植物多样性-生产力的关系重要生物驱动因子。. 该项目为我们深入认识天然草原土壤真菌类群对养分输入的响应提供了系统的机制解析；同时强调了土壤养分差异性导致的真菌功能类群间相互作用的不同，会对生态系统植物多样性-生产力的关系产生重要影响。