毛竹扩张过程中地下食物网变化及其对N矿化转移的作用

Underground food web is formed by soil faunas and describe the complex predator-prey relationships among soil faunas and microorganisms in soil ecosystem, and it plays an important role in material cycle in forest ecosystem. N is one of the most important nutrient element which is almost totally dependent on biological process to complete its cycle, and N cycle in forest ecosystem is significantly affected by underground food web. In the N cycle, N mineralization and transfer is one of the most important part, and it is directly affected by soil fauna and microorganisms types, quantity, activity in the soil food web. Expansion of Phyllostachys edulis into its neighboring broad-leaved forests has exerted significant influence on the ecological function and biodiversity in nature reserves of subtropical China. Previous studies found a soil N mineralization characteristics variation across bamboo-woodland interface where Ph. edulis encroaching broad-leaved forests, which suggests that soil N heterogeneity could be a driving force for the expansion of Ph. edulis. This project intends to adopt the natural abundance of stability isotope and 15N isotope tracer methods for determination of underground food web and N mineralization, transfer in Ph. edulis expansion process. N flow among different soil fauna trophic levels is also intended to be determined in this project. Our target is to realize underground biological change and reveal underground food web change in Ph. edulis expansion process. Inner link and regulation mechanisms between Ph. edulis expansion and underground biological process are also noticed.

土壤动物形成的地下食物网是描述土壤生态系统动物之间复杂的捕食关系阵列，并且在森林生态系统物质循环中扮演着重要角色。N作为唯一一种几乎完全依赖生物过程完成循环的营养元素，其在生态系统中的循环受到土壤食物网的显著影响。N矿化转移是N循环中最为重要的过程之一，在这一过程中土壤食物网中动物和微生物的种类、数量和活动是其最直接的决定因素。毛竹向邻近森林扩张已影响到常绿阔叶林的生态功能，通过前期研究推断竹阔界面N矿化特征变化是驱动毛竹扩张的重要因素之一。因此本项目拟采用自然丰度稳定性同位素测定以及15N同位素示踪的方法对毛竹扩张界面地下食物网及其对N矿化转移作用进行研究，探讨毛竹在扩张过程中土壤食物网的变化及其对N矿化转移的影响，及N在土壤食物网不同营养级土壤动物间的流动关系，以期明确毛竹扩张过程中的地下生物学变化，揭示毛竹入侵常绿阔叶林过程中土壤食物网的作用机制。

本项目以毛竹扩张较严重的江西庐山国家级自然保护区为代表，以竹杉界面以及人工砍伐干预为主要研究对象，收集并鉴定地上、地下土壤动物群落，结合自然丰度同位素测定研究毛竹扩张过程中土壤食物网的变异情况。并结合454高通量测序研究毛竹扩张对土壤N素矿化、转移主要微生物（丛枝菌根真菌、氨氧化古菌）群落影响。结果表明：. 1. 毛竹纯林土壤动物群落与土壤pH值、速效钾含量较相关，而毛竹-日本柳杉交错带和日本柳杉纯林土壤动物群落则与速效磷、全磷、有机质等养分指标较为相关；毛竹纯林土壤动物群落与日本柳杉纯林和交错带差异较大，后两者相似性更高，交错带的土壤动物类群分布更均匀。甲螨亚目、弹尾目和中气门亚目是主要的优势类群；毛竹入侵带来的有机质含量变化，使得腐食类土壤动物数量先增后减，捕食类土壤动物比例先降后升，中气门亚目由于其响应快、适应强而数量逐渐增加；毛竹-日本柳杉交错带土壤动物个体数、类群数量少，可能是由于处于相互干扰阶段，存在干扰关系的原因；. 2. 将已侵入日本柳杉林的毛竹砍伐，会降低土壤动物群落的丰度水平，但与未砍伐样对照相比差异不显著。土壤动物群落丰度表现出明显的季节性变化趋势，且地上、地下土壤动物群落变化并不一致。土壤动物的生物量水平也表现出季节性差异，表明土壤动物群落在不同季节优势种群有所不同，这可能伴随着土壤食物网功能的改变；. 3. 毛竹扩张会显著增加土壤丛枝菌根真菌（AM真菌）群落的物种丰富度，而交错带则具有着更高的群落多样性和均匀度。较高的AM真菌群落丰富度和多样性可能是毛竹顺利扩张的地下原因。毛竹扩张后球囊霉目相对丰度下降而根内球囊霉属相对丰度的升高，这种改变可能伴随着土壤AM真菌的功能改变。将入侵至日本柳杉林中的毛竹砍伐会使土壤AM真菌群落向未侵入前状态改变，从另一个方面证明土壤AM真菌群落变化是由毛竹扩张所引起；. 4. 毛竹扩张改变了土壤氨氧化古菌各类群的相对丰度，但这种差异主要表现在对部分稀有古菌类群的影响上，取样深度对古菌类群相对丰度影响不明显；而砍伐处理对于优势古菌类群相对丰度影响明显。毛竹扩张显著降低了土壤古菌群落的丰富度水平，而砍伐处理对于表层土壤古菌群落的丰富度具有抑制作用。