生物多样性对凋落物分解及养分循环的影响机制研究

Litter decomposition is a major determinant of carbon and nutrient cycling in ecosystems. With the rapid loss of global biodiversity, it is critical to understand how biodiversity could affect litter decomposition. Most of the existing decomposition experiments were based on single-species litter. However, natural ecosystems are composed of multiple species, which are different in their litter traits (such as N and lignin concentrations) and physiological processes (such as nutrients resorption). Nature ecosystems thus produce litter mixture with higher heterogeneity in biochemistry and microenvironments than single-specie systems. The increasing heterogeneity of litter mixture could alter microbial community and therefore decomposition rates of the mixtures. In this proposal, a two-year mixed litter decomposition experiment will be set up in forest biodiversity and ecosystem functioning experiment in subtropical China (BEF-China), which is located at Xingangshan in Jiangxi Province. We will select five levels of plant biodiversity treatments (1, 2, 4, 8, 16 species) and investigate the environment factors, nitrogen resorption efficiency, litter nitrogen and lignin concentrations, litter decomposition rate and microbial community composition. We aim to explore the mechanisms behind the effects of biodiversity on nitrogen resorption and litter decomposition, which could provide us a new insight into carbon and nutrients cycling within the context of global biodiversity change.

凋落物分解是陆地生态系统养分及碳循环最重要的环节之一，在全球生物多样性快速丢失的背景下，研究生物多样性如何影响凋落物分解，对理解全球养分及碳循环有重要意义。现有的分解实验大多采用单种凋落物。然而，因物种间绿叶性状及养分再吸收等生理过程不同，其产生的凋落物理化特征亦存在差异。混合凋落物的化学组成及微环境的异质性远高于单种凋落物，从而可能促进或抑制微生物对不同物种凋落物的分解。因此，单种凋落物分解实验的结果难以准确预测自然生态系统中混合凋落物的分解动态。本项目拟在“中国亚热带森林生物多样性与生态系统功能实验研究”试验样地选取五个不同水平（1、2、4、8、16种）的多样性梯度，设置为期两年的混合凋落物分解实验。通过调查微环境、植物叶片性状、养分再吸收、凋落物性状、凋落物分解速率、微生物群落组成，解析物种多样性调控养分再吸收及凋落物分解的机制，为全球多样性变化背景下的养分及碳循环提供科学依据。

凋落物分解和养分再吸收为植物生长提供了大部分养分，并决定了植物-土壤系统中养分循环的速率。高的多样性会促进生产力，这将增加植物对养分的需求，并增加群落中物种对养分的竞争。因此，在高多样性下，植物增加凋落物分解速度和养分的再吸收效率，有利于缓解养分需求的压力。然而，研究通常集中在多样性对分解过程的影响上，而对养分再吸收及其相互作用的影响研究相对较少。此外，因不同菌根植物养分循环方式存在巨大差异。因此，本项目通过BEF-China实验，构建5个物种多样性梯度，对8个内生菌根物种（AM植物）和8个外生菌根物种（EcM植物）进行了养分再吸收和凋落物分解实验，主要取得了以下四个方面的成果：（1）多样性促进AM植物但降低EcM植物的再吸收效率，多样性既促进AM植物也促进EcM植物的凋落物分解速度；（2）多样性高的群落中，较低的凋落物木质素含量和较高的土壤腐生菌丰富度促进AM植物凋落物分解速率；而EcM植物是通过降低N的再吸收效率从而提升凋落物N含量，进而促进凋落物分解速率；（3）全球尺度上，揭示了氮的再吸收与凋落物氮分解矿化过程的地理分异格局；（4）多样性高的群落支持更高丰度的腐生真菌，但其共生真菌的相对丰度却下降。本项目相关成果发表在Nature Ecology & Evolution等刊物上。