毛竹林扩张对土壤微食物网的影响及其生态效应

Moso bamboo (Phyllostachys edulis) is one of the bamboo species that widest distributed, largest area and the highest economic value in China. Moso bamboos can expand fast since their special photosynthetic characteristics, and their fast expansions is invading adjacent nature ecosystems and influencing biological resource. Effects of moso bamboo expansions have been examined most often in aboveground ecosystems and soil microbes. In contrast, the impact of moso bamboo expansions on soil micro-food webs has been less explored. The components of soil micro-food webs include microorganisms (bacteria and fungi), fungal- and bacterial-feeding nematodes, protozoa, herbivorous nematode and predators (nematode). Soil micro-food webs are critical part of detritus food webs and play important role in ecosystem process, such as nutrient mineralization and organic matter decomposition. We will carry out our study in moso bamboo expansions region, and establish several transects along moso bamboo expansion routes, which we divided into three forest types, moso bamboo monoculture forest, moso bamboo-broadleaf mixed forest and broad-leaved natural forest. In the three forest types, we will conduct filed survey and continuously measure various factors, such as vegetation diversity, structure of soil micro-food web, soil nutrients and soil respiration. Our aims are to 1) analyze the effects of moso bamboo expansion on the major components of soil micro-food web; 2) changes of soil micro-food web impact on subsequent soil ecosystem functioning and processes; 3) explore the plant-soil interactions response to moso bamboo expansion.

毛竹（Phyllostachys edulis）是我国分布最广、面积最大和经济价值最高的竹种之一。由于其独特的生理生态学特征，毛竹不断地扩张会威胁邻近的生态系统及生物资源。目前关于毛竹扩张机制的研究多数关注地上生态系统和土壤微生物群落的变化， 关于土壤微食物网的研究较少。土壤微食物网主要包括微生物（细菌和真菌）和一些小型或中小型土壤动物，比如取食微生物的线虫、原生动物、植食性线虫以及捕食和杂食性线虫等。微食物网是土壤食物网的关键组成部分，直接影响土壤养分的矿化和有机质的分解等关键生态过程。本项目以毛竹的主要分布和扩张区域为研究生境，在毛竹纯林，竹阔混交林和阔叶林的连续样带中，对地上植被多样性、土壤微食物网结构、土壤养分和土壤呼吸等指标进行调查和连续观测，研究毛竹扩张对土壤微食物网中主要类群的影响以及这些类群的变化如何影响土壤生态过程，进而分析这些过程又如何反馈毛竹林的扩张。

毛竹是集经济、生态、社会效益于一体的优良竹种，许多阔叶林和杉木林改种毛竹，加上毛竹自然入侵周边森林形成了新的毛竹纯林，毛竹面积不断扩大。在扩张过程中，由于毛竹独特的生理生态学特征，土壤理化性质、土壤微生物不断受到毛竹的影响，而且毛竹属喜氮植物，土壤氮素水平对毛竹生长至关重要，而氮素转化过程与土壤微生物密切相关。主要研究结果如下：1. 随着毛竹的扩张，土壤pH值显著上升(P<0.05)，而有机碳、铵态氮、硝态氮含量显著降低(P<0.05)；土壤微生物总生物量显著下降(P<0.05)；除丛植菌根真菌外，其他特征微生物群落都有下降的趋势；微生物多样性和丰富度显著下降(P<0.05)。通过冗余分析发现，毛竹扩张引起土壤pH、有机碳、铵态氮、硝态氮的变化是影响土壤微生物群落的主要因子；2．毛竹扩张显著改变了土壤微生物区系。细菌中的变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria），酸杆菌门（Acidobacteria）和绿弯菌门（Chloroflexi）是毛竹林，混交林和阔叶林的优势菌门(相对丰度>10%)，其中阔叶林中绿弯菌门丰度低于毛竹林和混交林。真菌中的担子菌（Basidiomycota），子囊菌（Ascomycota）和Mortierellomycota是毛竹林，混交林和阔叶林的优势菌门，其中毛竹林和混交林Mortierellomycota相对丰度高于阔叶林，毛竹林中子囊菌（Ascomycota）相对丰度高于混交林和阔叶林，另外担子菌（Basidiomycota）在三种林分中的顺序是毛竹林<混交林<阔叶林;3. 分别在临安青山、长兴煤山镇和临安天目山自然保护区的青龙山和石门洞，采集了毛竹林和阔叶林的表层土壤样品，分析氨氧化古菌、细菌以及固氮细菌的基因丰度，结合土壤的基本理化性质以及土壤净氮矿化率和净硝化率发现：毛竹林替代阔叶林后，土壤的pH和铵态氮显著增加（P<0.05），碱解氮也有增加的趋势； AOA丰度有下降的趋势，AOB丰度显著提高；固氮细菌（nifH）基因丰度显著提高；除了青山的硝化速率外，毛竹林土壤的净氮矿化率和净硝化率显著高于（P<0.05）阔叶林； pH、铵态氮和有效磷是影响土壤氮循环相关微生物、硝化和矿化速率最主要的因素。