土地利用变化背景下凋落物分解与微生物群落之间相互作用机制的研究

The mechanism of interaction between litter decomposition and microbial community is a frontier issue in contemporary global change and ecosystem carbon and nitrogen cycling research. Due to the complexity of the litter decomposition process and the characteristics of microbial diversity, the interaction between litter decomposition and microbial community needs to be further explored from the mechanism level under land use change. In this project, the different types of land use (woodland, shrubland and cropland) in Danjiangkou reservoir area will be selected as the research object, based on the field and indoor litter interactive transplant experiment, the relationship between litter decomposition and microbial community will be identified by using elemental analysis, litter decomposition model and technology of molecular biology (enzyme activity, PLFA and llumina high-throughput sequencing). By analyzing the differences of litter quality and soil physical and chemical properties under different land use types, the effects of litter quality and soil factors on litter decomposition rate, microbial community and function will be revealed. Based on the analysis of the relationship between litter decomposition and microbial community structure and function, the interaction mechanism between litter decomposition and microbial community will be clarified. This study provides the scientific theory for terrestrial ecosystem carbon and nitrogen cycling related to global environment change.

凋落物分解与微生物群落之间的相互作用机制是当代全球变化与生态系统碳氮循环研究的前沿问题。由于凋落物分解过程的复杂性和微生物多样性的特点，在土地利用变化背景下，凋落物分解与微生物之间如何相互作用有待于从机制层面进一步探究。本研究选择了丹江口水库库区不同土地利用类型（森林，灌丛和农田）为研究对象，通过野外和室内的凋落物交互移植实验，利用分子生物学技术（酶活性、PLFA和Illumina高通量测序），并结合元素分析和凋落物分解模型，研究凋落物分解与微生物群落之间的内在联系和相互作用过程。通过分析研究不同土地利用类型下凋落物质量和土壤理化性质的差异，揭示凋落物质量自身和土壤因素对凋落物分解速率和微生物群落组成的影响机制；通过分析凋落物分解过程中凋落物质量的变化与微生物群落组成之间的关系，揭示凋落物分解与微生物群落之间相互作用机制。本项目将为揭示生态系统碳氮循环对全球变化的响应机制提供科学依据。

凋落物分解与微生物群落之间的相互作用机制是当代全球变化与生态系统碳氮循环研究的前沿问题。由于凋落物分解过程的复杂性和微生物多样性的特点，在土地利用变化背景下，凋落物分解与微生物之间如何相互作用有待于从机制层面进一步探究。本研究选择了丹江口水库库区不同土地利用类型（森林，灌丛和农田）为研究对象，通过野外和室内 的凋落物交互移植实验，利用分子生物学技术（酶活性、PLFA和Illumina高通量测序），并结合元素分析和凋落物分解模型，研究不同土地利用类型的凋落物分解过程及影响因素；以及凋落物分解过程中的微生物酶活性特征及其 与凋落物的分解速率、元素（碳氮磷）释放动态、难分解组分（木质素、纤维 素、半纤维素）的降解等过程的互作机制。.研究结果表明，不同土地利用类型下，植被类型的改变导致凋落物质量、化学计量比 和形态学特征差异显著，从而导致分解特征不同。凋落物输入量和分解过程的不同，又进一步影响不同土地利用类型的 有机碳氮磷储量显著不同同时发现凋落物质量和微生物群落组成的相对作用在叶和根分解过程中会发生显著的变化，凋落物质量对碳氮损失的作用高于微生物，且微生物主要在分解前期起作用。全球土地利用变化背景下，本项目的研究结果有利于评估土地利用变化对土壤碳封存和营养循环的潜在效应，为深入认识生态系统间物质循环和能量流动的相关研究提供了基础数据。