亚高山森林凋落物分解过程中无脊椎动物与微生物的相互作用

The detritus food chain, which is composed primarily of invertebrate and microorganism, determinates the fluxes of energy and materials on forest floor. Knowing the interaction between invertebrate and microorganism during the litter decomposition process has great implication for understanding mechanisms of litter decomposition. Therefore, we here hypothesized that the interaction between invertebrate and microorganism would vary with changing litter quality during the decomposition process and litter type as well as microclimate along an altitudinal gradient in different season. In this project, the representative leaf litter of subalpine forests in the western Sichuan will be taken as study subject. Invertebrates in the field will be suppressed by a method integrating litterbag and biocides (naphthalene). Abundance, composition and structure of invertebrate and microorganism in different seasons along an altitudinal gradient will be measured. Moreover, mass loss, quality, elements release and microclimates will be monitored over the experimental period. We will comprehensively analyze all environmental factors and measuring parameters, and explore the underlying mechanisms of interaction between invertebrate and microorganism during the litter decomposition process and its ecological linkage to litter decomposition process. This project may provide the scientific basis for understanding the belowground ecological process of subalpine forest ecosystems.

无脊椎动物与微生物形成的碎屑食物链决定着森林地表的物质循环和能量转换，研究森林凋落物分解过程中无脊椎动物与微生物的相互作用对于深入理解森林凋落物分解机制具有重要科学价值。因此，基于“亚高山森林凋落物分解过程中无脊椎动物与微生物的相互作用随分解进程、基质质量、季节和海拔梯度显著变化”的科学假设，以川西亚高山典型森林凋落物为研究对象，采用分解袋和土壤动物驱除剂相结合的方法，开展野外控制实验，研究土壤初冻期、冻结期、解冻期和生长季节不同海拔梯度上凋落物分解过程中无脊椎动物和微生物群落的数量、组成和结构动态，结合凋落物质量损失、组分变化和养分释放以及环境因子动态监测，揭示亚高山森林凋落物分解过程中无脊椎动物与微生物的相互作用机制及其与凋落物分解相关过程的生态关系，以期为更全面地认识亚高山地下生态学过程提供科学依据。

碎屑食物链动物和微生物在凋落物分解过程中的相互作用是深入理解森林凋落物分解机制的重要内容。因此，基于“亚高山森林凋落物分解过程中无脊椎动物与微生物的相互作用随分解进程、基质质量、季节和海拔梯度显著变化”的科学假设，以川西亚高山典型森林凋落物为对象，采用分解袋和土壤动物驱除剂(萘)相结合的方法，开展野外控制实验，研究土壤初冻期、解冻期和生长季节不同凋落物分解过程中无脊椎动物和微生物群落的数量、组成和结构动态，结合凋落物质量损失、组分变化和养分释放以及环境因子动态监测，揭示亚高山森林凋落物分解过程中无脊椎动物与微生物的相互作用及其与凋落物分解过程的生态关系。主要结果包括：(1) 萘在川西亚高山森林能有效抑制土壤节肢动物。相对于对照，萘处理下的大型和中小型土壤动物的个体数量分别降低78.51 %和80.79 %，类群数量分别降低56.09 %和47.14 %。萘的非目标效应未明显改变土壤呼吸速率、养分含量和微生物活性的动态特征；(2) 不同海拔亚高山森林具有显著的温湿度动态变化。萘施用显著降低了杨树、红桦、冷杉和箭竹凋落物中土壤节肢动物数量，个体数量抑制率分别为58.74 %、70.91 %、69.42 %和60.99 %；物种数量分别为48.98 %、51.89 %、49.74 %和35.03 %；(3) 土壤节肢动物参与增加了碳、氮和磷分解转化相关的微生物酶活性，酶活性动态随树种和分解时间变化明显不同；同时改变了微生物磷酸脂肪酸(PLFAs)含量特征，其对PLFAs含量的促进或抑制作用随分解时期变异而不同，与树种和气候变化关系密切；(4) 土壤动物群落参与显著提高了凋落物质量损失及其分解速率(k值)，土壤动物贡献率随分解进程呈现下降趋势；它们对凋落物有机碳、全氮和全磷元素的降解作用随树种和分解时间变化而不同；土壤动物参与促进了凋落物纤维素的释放，木质素的累积，促进或抑制作用随树种和气候变化差异显著；(5) 微生物结构和活性与土壤动物个体和类群显著相关，并随分解进程、基质质量和气候季节变化显著不同。综上所述，采用萘作为抑制剂研究川西亚高山森林土壤动物生态功能具有可操作性，凋落物分解过程中碎屑食物链无脊椎动物与微生物的相互作用受到土壤生物结构、基质类型和气候的综合调控。