森林土壤微生物种群结构和功能对森林演替的响应机制 -以南京紫金山森林公园为例

The forest under different succession stages can affect the community structure and function as well as the total microbial biomass of soil microbes via changes in above-ground vegetation, while the soil microbes can, in turn, drive various biogeochemical processes to have feedback on the aboveground changes. It is unclear yet whether it is plant species or forest litter determining the microbial community structure during the forest succession, nor does plants or microbe play the key role in nutrient cycling in the ecosystem. In this study, three forest stands (mono-conifer stand, mono-broadleafe stand, and mixed stand) in Purple mountain in Nanjing are selected. The soil microbial community composition, the structure of functional genes involving in C, N, P and S cycling, the temporal dynamics of litter decomposition, and the changes in total microbial biomass will be studied by high throughput (Ilumina Miseq) sequencing coupled with functional microarray (Geochip 5.0). The aims of the study are: 1) to elucidate how soil microbes change in community and functional structures to respond to the aboveground changes in plant caused by forest succession, and change in degradation ability to regulate the nutrient cycle; 2) to reveal the roles of plant and soil microbes in regulating the nutrient cycle, and the relationship between the diversity of plant and soil microbes; 3) to gain insight into the response of microbes to forest succession and its feedback. The results will provide useful information to better understand the regulating roles of plants and soil microbes in ecosystem.

处于不同演替阶段的森林，能够通过改变植被影响土壤微生物群落结构及其功能；而土壤微生物可以通过驱动多种土壤生物地球化学过程来反馈地上植被变化。在森林演替过程中，究竟是植物多样性或是凋落物属性决定土壤微生物结构，以及是植物还是土壤微生物在调控生态系统养分循环过程中起关键作用还没有定论。本研究以南京紫金山森林演替过程中，不同森林类型（针叶纯林、针阔混交林、阔叶纯林）为例，利用高通量测序和基因芯片技术，通过研究土壤微生物在微生物总量、种群结构和功能基因（主要参与碳、氮、磷、硫等循环）结构、降解凋落物的微生物种群时间动态的变化，阐明土壤微生物如何通过改变种群和功能结构以及降解凋落物速率来调节养分循环；揭示植物多样性和凋落物属性与土壤微生物之间的关系，以及植物和土壤微生物在调控生态系统养分循环过程的作用，从机理上探讨土壤微生物对地上植被变化的响应机制和对森林演替的反馈作用。

植物与土壤微生物之间的作用与反馈是生态系统地上、地下结合的重要纽带, 因此,揭示二者之间的关系以及在养分循环中的调控机制，可以使我们深入理解生态系统稳定性维持的内在机制。处于不同演替阶段的森林，能够通过改变植被影响土壤微生物群落结构及其功能；而土壤微生物可以通过驱动多种土壤生物地球化学过程来反馈地上植被变化。在森林演替过程中，究竟是植物多样性或是凋落物属性决定土壤微生物结构，以及是植物还是土壤微生物在调控生态系统养分循环过程中起关键作用还没有定论。本研究以南京紫金山森林由松材线虫病引起的森林演替过程中，不同森林类型（针叶纯林、针阔混交林、阔叶纯林）为例，利用高通量测序和基因芯片技术，通过研究土壤微生物在微生物总量、真菌、细菌群落结构和功能基因（主要参与碳、氮、磷、硫等循环）结构、凋落物降解过程中真菌、细菌群落时间动态的变化，阐明了土壤微生物群落结构和功能以及凋落物降解过程中，微生物群落和功能在不同森林类型的变化规律，探讨了土壤微生物如何通过改变种群和功能结构以及降解凋落物速率来调节养分循环；揭示了森林土壤微生物对森林病害引起的演替的响应以及植物多样性和凋落物属性与土壤微生物之间的关系，从微生物的度评价了森林病害对森林生态系统的影响，从机理上探讨土壤微生物对地上植被变化的响应机制和对森林演替的反馈作用.