N沉降增加背景下亚高山森林土壤团聚体-微生物-线虫的互作与反馈

The role of the soil food webs relative to abiotic factors in regulating ecosystem functions will vary across spatial scales and environmental gradients. Elevated atomspheric nitrogen (N) deposition in China during last decades has exerted significant impacts on aboveground of terrestrial ecosystem, and is expected to caused cumulative effects on ecological processes underground in the long run. However, knowledge avaiable mainly come from the responses of aboveground, whether and how the N deposition will influence soil organisms and their multi-trophic interactions in micro-food web is rarely addressed. To experimentally study the potential effects of increasing N deposition on soil food web and associted ecological process in the subalpine forest ecosystem in western Sichuan, NH4NO3 will be artficial added, and the responses of soil nematode community composition and diversity, soil physicochemical property and microbial biomass and community composition measured by phospholipid fatty acid (PLFA) across soil aggregate fractions due to N deposition will be examined in this experiment. Combined evaluations of the shifts in compostion and functions of soil miro-food web cross N treatments and linkages among soil structure, soil psysicochemical attributes and microbial community, we confirm that the response characteristics of soil nematode and soil microbe to N deposition and test the predications about of relative effects of soil food web change under evaluated N deposition. Furthermore, we can explore the underlying mechanisms of micro-food web in response to increasing N deposition. Our findings could provide scientific bias for the formulation of sustainable forest management practices under projected rising N deposition.

土壤食物网对生态系统结构和功能的调控与非生物因素密切相关，并随空间和环境变化而变化。过去几十年我国大气氮（N）沉降的迅速增加对生态系统的地上部分产生显著影响，土壤氮含量的长期累积势必会影响地下生物及其生态过程。然而，以往的研究多注重地上生态系统对氮沉降的响应，而对地下生态过程，尤其是土壤微食物网内部生物之间的相互作用关注甚少。本项目拟围绕川西亚高山森林生态系统土壤微食物网结构及功能对N沉降的响应这个科学问题，以微食物网内部土壤微生物与线虫的相互关系为研究主线，通过人为添加NH4NO3模拟氮沉降，研究土壤理化性质、土壤微生物与土壤线虫多样性以及三者之间的相互联系对N肥的剂量效应以及动态，明确氮沉降对土壤微食物网结构和功能的潜在影响，揭示不同粒径土壤团聚体内微生物、线虫以及微生物与线虫的相互作用对N沉降的响应特征，阐明土壤微食物网对N沉降的响应机制，为未来森林生态系统管理提供科学依据。

由于氮（N）沉降引起的土壤氮含量累积势必会急剧N:P不平衡并影响地下生物及其生态过程。本项目针对川西亚高山森林生态系统养分缺乏的现实人为添加NH4NO3或者NaH2PO4，研究了川西亚高山森林生态系统土壤微食物网结构及功能对N、P添加的响应。通过聚焦土壤微食物网内部土壤微生物与线虫的相互关系及其随着由于N、P添加所导致的环境改变的变化规律，分析了亚高山人工林不同团聚体组分的土壤理化性质、土壤微生物与土壤线虫之间的相互联系及对N、P的响应，明确施肥对土壤微食物网结构和功能的潜在影响，揭示不同粒径土壤团聚体内微生物、线虫以及微生物与线虫的相互作用对N、P的响应特征，阐明了土壤微食物网对N、P添加的响应机制。主要结论如下：⑴ 随N添加量的增加，土壤总PLFA、细菌、丛枝菌根真菌生物量减少，而真菌及真菌：细菌对N添加不敏感。同时，土壤团聚体大小对土壤总PLFA、细菌、真菌及丛枝菌根真菌生物量的影响显著，大团聚体（2-5mm）土壤总PLFA、细菌、真菌及丛枝菌根真菌生物量显著高于相同N处理下的小团聚体（0.25-2mm）。⑵ N添加会影响植食性线虫和食真菌线虫数量，但对总线虫及食细菌线虫数量的影响与环境有关。总线虫、植食性线虫数量及食真菌线虫数量对土壤团聚体大小敏感，食细菌线虫和杂食性线虫数量对土壤团聚体大小的响应与环境有关。N添加及土壤团聚体大小对食真菌线虫：食细菌线虫的影响不显著。⑶ 短期内P添加对土壤线虫数量的影响较小；仅影响了捕食—杂食性线虫。具体表现为捕食—杂食性线虫的数量随P添加而减少。从线虫的功能代谢足迹方面看，高P导致综合足迹，结构足迹，杂食性线虫足迹以及捕食性线虫足迹以及土壤线虫群落的香农—威纳指数降低。P对成熟度指数(MI)、富集指数(EI)、结构指数(SI)，基础指数(BI)和通路指数(CI)的效应不一致。线虫的成熟度指数ΣMI，MI、MI2-5以及SI随P增加而降低，植食性线虫的成熟度指数PPI以及BI随P增加而增加，而P添加对CI及EI的作用不明显。