亚热带森林倒木分解生物驱动力及其对环境变化的响应研究

In terrestrial ecosystems, bacteria, fungi and invertebrates are the main drivers of decomposition. Fungi and invertebrates are the main eukaryotic taxa colonized on coarse woody debris (CWD) with abundant biotic species. Biotic species exchange and interaction between CWD and soil plays an important role in forest nutrient cycling. To our knowledge, however, a little of studies have examined the biotic communities and their dynamic changes between soil and CWD. The main biotic driving force of CWD decomposition was self-biotic or soil biotic? And its response to global climate change are still unclear. We conducted a field-based experiment to investigate the composition dynamics and relationship of fungi and invertebrates between CWD and soil during CWD decomposition process which using 1-mm-mesh net, Pitfall trap, DNA and OTUs method to collected and analysis in the middle subtropical Jiangxi Lushan National Nature Reserve. Meanwhile, we also determined the response of biotic driving force of CWD decomposition to global climate change, including increasing UV-B and N deposition. Our objectives are to understand the intrinsic correlation among CWD decomposition, soil, fungi and invertebrate, and their response to global climate change. Our ultimate goal is to clarify the biotic driving forces of CWD decomposition and its changing trends under future global climate change in subtropical Chinese forests.

在陆地生态系统中，细菌、真菌及无脊椎动物组成分解的主要驱动力。真菌和无脊椎动物是物种丰富的倒木上定殖的主要真核生物分类群。倒木和土壤之间的生物物种交换及作用对森林养分循环具有重要意义。然而，到目前为止，很少有对土壤和倒木分解生物群落之间相互联系及其动态变化的研究。那么，倒木分解变化的主要生物驱动力是自身生物还是土壤生物呢？其对环境变化的响应又如何？目前都还不太清楚。本项目拟以地处中亚热带的江西庐山国家级自然保护区为试验点，采用DNA法、OTUs法、微孔膜袋法和Pitfall trap分析倒木分解真菌、无脊椎动物与土壤真菌、无脊椎动物的组成变化和相互关系及其对UV-B和N沉降变化的响应。揭示倒木分解、土壤、真菌及无脊椎动物之间的内在关联性及其对全球气候变化的响应，以阐明中亚热带湿润气候条件下倒木分解生物驱动力及其在未来全球气候条件下的变化趋势。

倒木（CWD）在森林碳动态中起着重要作用，因为它占森林总碳量相当大的比例。因此，了解控制倒木分解的因素对于评估森林碳储量及其变化至关重要。本项目以庐山国家级自然保护区为实验点，研究倒木分解生物驱动力及其对环境变化的响应。结果表明：.氮（N）、磷（P）和N+P沉降使倒木呼吸（RCWD）增加了51.4-257.4%，增加的幅度是物种特有的。化香（PL）倒木呼吸显著高于日本柳杉（CR）。N+P处理促使分解倒木的微生物生长最多，尤其是真菌和丛枝菌根真菌（AMF），而P处理诱导的细菌生长最多。.倒木分解呼吸速率与木材微生物分解者群落（包括真菌和细菌）、木材温度和有效P含量显著正相关。此外，P沉积也增加了倒木分解呼吸率的温度敏感性（Q10）。同时，平均而言，倒木木材每年增加1 kg P/ha的P沉降其排放的CO2为20.29 kg CO2/ha，且当P可用性的饱和阈值超过每年30 kg P/ha时，CO2的排放值下降。.60kg N ha-1 yr-1的N沉降通过提高倒木木材动物和微生物群落丰度以及土壤胞外酶活性来促进倒木分解。然而，120 kg N ha-1 yr-1的N沉降则通过吸引更多动物来促的倒木分解，且通过增加真菌生长来促进倒木分解。平均而言，60kg N ha-1 yr-1的N沉降处理的主场效应（HFA）分别是120 kg N ha-1 yr-1处理和对照处理的6.6倍和4.8倍，这些差异与主场和客场的微生物和动物群落的巨大差异有关。.倒木分解两年后，白蚁分别造成了55.7%与土壤接触和48.9%不与土壤接触的倒木木材的质量损失。与土壤直接接触倒木的分解速度是与土壤分离倒木的1.4倍。距离森林边缘60 m的倒木质量损失比森林边缘（0-5 m）的质量损失大15%。质量损失与微生物和动物群落的丰度以及分解倒木的含水量呈正相关。与森林边缘的距离解释了分解倒木中微生物丰度总变化的17.4%。.我们的研究表明，P的有效性是倒木分解的主要限制因素，N的添加不会加剧P的限制。低水平的N添加可以通过改变微生物和动物群落来增加倒木分解主场效应。同时，白蚁对倒木分解的重要性超过了微生物。因此，倒木的分解受养分沉降、微生物和动物群落以及森林破碎化等的综合影响，进而影响亚热带地区森林生态系统碳循环和碳储量，及影响该地区森林在未来几十年内“碳达峰和碳中和”中的重要作用。