杉木林下植物-土壤微生物功能群相互联系对氮沉降的响应与适应

Soil microbial communities and plant communities are important components of terrestrial ecosystems and the interactions between them play a significant role in regulating ecosystem processes and properties. To understand the response and acclimation of terrestrial ecosystems to global change, it will require combining studies of these two functional groups. However, in the context of increasing nitrogen deposition, the response and acclimation of interactions between soil microorganisms and plant functional groups to nitrogen deposition have not been fully understood. In this project, we will set up experimental plots in the long-term field site of a subtropical Cunninghamia lanceolata plantation and will utilize the advantageous laboratory facilities. We plan to examine soil microbial communities and their decomposition functions, understory plant community and their functional traits, and soil nutrient dynamics. We also will explore the response and acclimation of interactions between soil microorganisms and understory plant functional groups to different nitrogen deposition treatments (0, 60, 120, and 240 kg N hm-2yr-1, respectively). Our main subject is to understand effect of nitrogen deposition on soil microbial functional groups, understory plant functional groups and their interactions. This proposal theoretically helps predict the response of terrestrial ecosystems and provide adaptation strategies to the increasing nitrogen deposition.

土壤微生物与植物群落是陆地生态系统的重要组成部分，此两大功能群之间的相互作用是生态系统过程与性质的重要驱动力。把土壤微生物和植物功能群作为联系的整体来研究，对深入理解全球变化对陆地生态系统的影响及其反馈十分必要。但是在氮沉降增加背景下，土壤微生物与植物功能群相互作用对氮沉降的响应与适应研究比较缺乏。本项目以亚热带广泛分布的杉木人工林为研究对象，基于长期氮沉降野外控制实验和完善的试验设备，通过研究土壤微生物群落及其分解功能、林下植物群落功能组成及叶片功能性状、土壤养分动态把土壤微生物-林下植物功能群联系起来。同时，探讨不同氮沉降（0、60、120、240 kg N ha-2yr-1）处理下土壤微生物和林下植物功能群相互作用的响应与适应，旨在揭示氮沉降对土壤微生物，林下植物群落及两者相互作用的影响机制。本项目也可作为预测氮沉降继续增加现状下陆地生态系统响应及提供相关适应性对策的理论依据。

本项目以亚热带广泛分布的杉木人工林为研究对象，基于长期氮沉降野外控制实验，研究了土壤微生物群落及其分解功能、林下植物群落功能组成、土壤养分动态等把土壤微生物-林下植物功能群及其对氮沉降的响应联系起来。处理分为N0〔(Control)，0 kg/(hm2•a)〕，N1,〔60 kg/(hm2•a)〕，N2，〔120 kg/(hm2•a)〕，N3，〔240 kg/(hm2•a)〕。结果表明：（1）林下植物中共发现51种植物，隶属为34科，45属。随着氮沉降的增加，呈现出植物α多样性指数减少，而βws多样性指数增加的趋势，群落相似性指数明显降低。去趋势对应分析排序表明氮沉降改变了植物群落结构。其中，菝葜和沿海紫金牛在4个处理中均发现，为广适种。毛冬青、粗叶榕、毛花连蕊茶、毛枝连蕊茶、香附子在N0—N2中有发现，属于较耐受种。茅莓、羊乳、羊角藤、琴叶榕、紫麻、杜虹花、乌蔹莓、海金莎为一般耐受种，在N0和N1中发现。（2）磷脂脂肪酸法测定的土壤微生物量在N3处理下显著减少，高通量方法测定的土壤微生物多样性表现出相似的结果，而植物多样性指数在N2和N3处理下都显著减少，表现出了地上和地下生物的响应差异性，土壤微生物表现出了更好的可塑性。植物多样性的减少和土壤微生物多样性显著相关，且两者都受到土壤pH下降的影响。（3）土壤铵态氮、硝态氮和有效氮的含量，随施氮量的增加呈上升趋势，并且铵态氮和硝态氮表现出明显的季节动态，土壤pH值和NH4+-N/NO3--N比值呈降低趋势，有效磷的含量呈现出中氮处理为促进，低氮高氮处理为抑制作用。（4）模拟氮沉降对土壤碳含量影响不显著，对土壤氮含量和氮磷比有增加作用而对土壤磷含量有减少作用。（5）：氮沉降处理水稳性团聚体均以1～0.5mm粒径含量最大，约占总团聚体的30%，且与其它粒径团聚体含量呈显著性差异。（6）N1、N2和N3处理提高了枯落物未分解层叶中养分元素的现存量；随N沉降量增加，未分解枝中N、P、Fe和Mn的贮量，K、Ca、Mg和Zn呈现先增加后减少的趋势。