林冠模拟氮沉降对常绿阔叶林地表蜘蛛群落结构及其级联效应的影响

A key issue in ecology is the degree of ecosystem response to nitrogen (N) deposition. Effects of N deposition have been examined most often in aboveground ecosystems. In contrast, the impact of N deposition on detritus food webs has been less explored. Trophic cascades, the indirect effects of predators on non-adjacent trophic levels, have great potential to influence ecosystem functioning such as litter decomposition and nutrient release. Therefore, understanding the responses of cascading effects to N deposition is critical to predicting the dynamics of detritus food webs in forest floor. Spiders represent a large fraction of arthropod predator biomass in detritus food webs. Empirical evidence suggest that spiders can have cascading effects on forest-floor food webs and ecosystem processes by depressing the densities and species composition of soil fauna, thereby indirectly affecting ecological process such as the rates of litter decomposition. However, few studies explicitly examined the impact of N deposition on spider population and trophic cascade triggered by them. To evaluate the effects of N deposition on spider trophic cascade accurately, we will carry out a large-scale experiment by simulating N deposition over the canopy of an evergreen broad-leaf forest in southern China. Our aims are to analyze the effects of N deposition on spider population and community structure of soil fauna and litter decomposition rate in forest floor, and then evaluate the trophic interactions in detritus food web and the pattern and mechanism of their response to atmospheric N deposition.

生态系统对大气氮沉降的响应与适应是全球关注的重要科学问题。但是，多数氮沉降的研究主要集中在地上生态系统，关于土壤碎屑食物网的相关研究较少。级联效应（捕食者跨食物链向较低营养级成功传递的间接作用）对碎屑食物网中凋落物分解和养分循环等生态功能具有较大影响。因此，深入了解氮沉降对级联效应的影响，对探讨陆地生态系统的碳氮养分循环具有重要意义。蜘蛛是森林地表碎屑食物网中十分重要的捕食者，在生态系统中发挥着重要的作用。最新实验结果表明：蜘蛛会减少土壤动物的种群数量，从而对凋落物的分解速率产生间接的级联效应；但是，森林碎屑食物网中蜘蛛种群结构及其所产生的级联效应是否会受到氮沉降的影响尚不清楚。本项目拟借助国内首个“林冠模拟氮沉降”野外控制实验平台，研究森林碎屑食物网中蜘蛛群落结构、土壤动物群落结构和凋落物分解速率，进而根据这些结果在食物链水平上分析蜘蛛的级联效应对大气氮沉降的响应格局和机制。

生态系统对大气氮沉降的响应与适应是全球关注的重要科学问题。但是多数氮沉降的研究主要集中在地上生态系统，关于土壤碎屑食物网的相关研究较少。深入了解氮沉降对级联效应的影响，对探讨陆地生态系统的碳氮循环具有重要意义。本项目拟借助国内首个“林冠模拟氮沉降”野外控制实验平台，调查森林碎屑食物网中蜘蛛种群结构，土壤动物群落结构和凋落物分解速率，进而根据这些测量数据在食物网水平上分析蜘蛛的级联效应对大气氮沉降的响应格局和机制。主要研究结果如下：.I..林冠施高氮处理（CAN50）使凋落物的碳氮比例升高，从而导致腐生真菌生物量（Saprotrophic fungi）的增加，然后进一步影响弹尾目（Collembola）种群数量，尤其是等跳科数量（Isotomidae）。弹尾目种群数量的升高引起了蜘蛛密度的相应增加。上述结果表明，氮沉降中的氮素导致了凋落物层生态系统中明显的上行效应（Bottom up effect），其向上传递的食物链为：凋落物养分—腐生真菌—弹尾目—蜘蛛。.II..林下施氮处理（UAN25和UAN50）和对照处理（CK）中，保留蜘蛛样方中的弹尾目种群数量要显著高于去除蜘蛛样方，但是保留蜘蛛样方中凋落物分解速率要显著低于去除蜘蛛样方。林冠施氮处理（CAN25和CAN50）中，保留蜘蛛和去除蜘蛛样方中弹尾目种群数量和凋落物分解速率没有显著差别。上述结果表明，蜘蛛并没有对下层营养级中的弹尾目以及凋落物分解产生显著的下行效应。.III..不同氮沉降处理对不同节肢动物和微生物类群有着明显不同的影响。对于中型节肢动物而言，CAN50显著增加了等跳科和弹尾目的密度，而UAN25则显著增加了甲螨和蜱螨目的密度。对于微生物类群而言，UAN25显著增加了真菌的生物量，而CAN50则显著增加了腐生真菌的生物量，CAN25中的革兰氏阳性菌和阴性菌比例（G+/G-）显著高于对照处理，而UAN25处理中的真菌细菌比（F/GB）显著高于对照处理。.IV..CAN50处理中凋落物分解速率显著高于其它三个氮沉降处理，与此同时，CAN50加快凋落物分解的主要原因是提高了节肢动物的多样性，分解速率主要与节肢动物的多样性密切相关，与其数量没有显著的相关性。