基于植物属性差异的叶凋落物分解特征及“微生物-气候”驱动机理

Litter decomposition regulates several key ecological processes, such as global carbon cycling, plant nutrient availability, and greenhouse gas emission, where the decomposition rate is jointly affected by plant attribute, climate and decomposer (i.e., microorganisms). Given the complexity of microbial community structure and function as well as the differentiated “strong-weak” interactions among different factors, the key factors in controlling litter decomposition and the underlying driving mechanisms are still unclear. In this project, we selected leaf litter from 17 typical plant species with distinct attributes, and incubated them in both laboratory and field sites mutually. Through measuring plant attributes and analyzing high-throughput data, we aim to study the decomposition rates and nutrient releasing patterns of different plant species under the effects of climate, microorganism and “microorganism-climate” combined. Based on this, we intend to establish the plant attribute database closely related to “litter decomposability”, identify dominant climatic factors, and study specific leaf-colonized microorganisms. For further revealing the microbial adaptive strategies to climate, we will explore how the “preferential selection” of microorganisms for different leaf litter is coupled and thus modified by regional climate dynamics. This project will provide theoretical basis for improving the predictive ability of litter decomposition rates, and for better understanding the decomposition processes under different factors and associated microbial driving mechanisms.

凋落物分解调控全球碳循环、植物养分有效性及温室气体排放等关键生态过程，其分解速率同时受植物属性、气候及分解者（如微生物）联合影响。鉴于微生物群落结构与功能的复杂性，以及不同因素之间交互作用“强-弱”水平差异，有关凋落物分解的关键影响因子及背后驱动机理尚不完全清楚。本研究选取17种典型植物的叶凋落物作为研究对象，采用室内培养与室外研究相互结合的方式，通过植物属性测定与高通量数据分析，重点开展不同属性植物的叶凋落物在气候、微生物以及“微生物-气候”联合作用下的分解速率及养分释放动态研究，并在此基础上建立与“凋落物可分解性”密切相关的叶片属性库、辨析主要气候因子并研究特定叶际微生物。通过进一步将微生物对不同植物凋落物叶片的“选择偏好性”耦合到区域气候的变化中，揭示气候因素调控下的微生物适应策略。本研究为提高凋落物分解预测能力，更好回答不同因素影响下的凋落物分解过程及微生物驱动机理提供理论参考。

在自然生态系统中，植物凋落物分解是极其重要的生态过程，其分解的快慢程度对于全球碳循环以及养分周转产生深远影响。凋落物分解速率同时受到植物属性、气候以及分解者（如微生物）的联合作用，三者的联合影响机制还有待明确。本研究通过室内培养与原位培养相互结合的方式系统研究了50种典型滇中高原森林及湿地植物叶凋落物的分解速率特征，针对这些植物检测获得了32项不同的叶属性指标，建立了与“凋落物可分解性”密切相关的叶属性库，将叶属性库划分为叶解剖学属性库、叶物理指标属性库、叶化学指标属性以及叶生理生态学属性库，为后续工作的开展及相关领域的持续深入研究奠定了坚实的基础。同时，为了研究气候变化（“气候”作用）对凋落物分解速率的影响，开展了模拟增温实验与沿海拔梯度的原位异地转移实验，证明了气候变暖将对具有不同属性的植物凋落物的分解速率产生异质性影响。与模拟增温相比，原位异地转移实验下预测得到的凋落物分解速率更快。为了研究微生物与气候联合作用对凋落物分解速率的影响，我们首次将湿地挺水植物的分解过程划分为新鲜成熟期、立枯期、倒伏期、沉水期等不同阶段，研究了不同阶段下叶际微生物细菌和真菌的群落结构特征，发现真菌群落比细菌群落具有更加显著的演替规律，同时真菌与真菌之间的互作网络是调控凋落物分解速率的重要机制。本研究系统阐明了凋落物叶属性特征、气候变化以及叶际微生物对滇中典型森林与湿地植物的影响大小及作用机制，为深入揭示自然生态系统凋落物分解过程提供了基础性数据参考、创新性结论及重要学术观点。