微生物多样性对木质残体分解的影响研究

The CO2 flux from wood-debris (WD) decomposition in forests is similar to the global total from fossil-fuel combustion. This makes WD decomposition a large terrestrial C flux not well appreciated by ecologists. Previous studies have shown that less than half the variability in its local decomposition rates can be attributed to wood species and environmental factors. As WD decomposition depends upon microbes, and as they have been shown to interact aggressively, new research needs to examine microbial community structure and WD decomposition rate. Our earlier results show that slow-decomposing WD microbial communities have the highest diversity, consistent with aggressive interactions slowing the process. Here we propose to expand this research to additional wood species and forest types, and to use pyrosequencing and bio-informatics tools to reveal additional relationships between microbial community structure and WD decomposition rates. Also, we will inoculate new WD with microbes from slow- or fast-decomposing WD to determine whether microbial community structure and function can both be transferred. Combining CO2 measurements and modern genetic analyses is required to advance our understanding of WD carbon fluxes.

木质残体的分解每年向大气释放的CO2与矿物燃料燃烧所释放的CO2流量相当，是生态系统碳平衡中不容忽视的一个组分。深入研究木质残体的分解过程及其机理具有重要意义。前人的研究所关注的环境因子和树种等因素不足以解释木质残体分解的差异性。微生物是木质残体分解不可或缺的要素，微生物群落和物种间的相互作用也会影响到木质残体的分解。我们的前期研究显示与木果石栎分解速率快的样本相比，在分解速率慢的样本中具有更高的生物多样性。由此，本项目将利用红外气体分析技术、高通量测序和生物信息学技术分析木质残体中微生物群落的多样性及其结构对木质残体分解速率的影响，通过菌落接种的方法研究受体朽木样本是否与微生物菌源样本具有一样的分解速率，从而促进我们对木质残体分解及其碳通量的认识。

微生物群落对于分解陆地生态系统中的有机物质，尤其是粗木质残体（CWD）等的分解有着重要作用，而这种分解过程以CO2的形式将碳归还到大气中，是自然界中维持碳素平衡不可缺少的过程。虽然微生物生态与碳循环之间的关联已为大家所共识，但目前人们对于有机物分解过程中微生物多样性、群落动态和物种间的相互关系及其对分解产生的影响还有待进一步研究。本项目的主要研究内容是：在云南哀牢山自然保护区设置的样方内，以景东 石栎(Lithocarpus chintungensis)、木果石栎(L. xylocarpus)和滇木荷(Schima noronhae)三个树种的茎干木段为研究材料，通过观察 CO2释放速率的动态变化 测定朽木分解速率和进程，利用454测序技术结合生物信息学分析手段研究朽木中微生物(包括真菌和细菌)的多样性和群落结构，分析微生物群落之间的相互关系，揭示微生物多样性对朽木分解过程的影响。具体包括以下几个方面：1）朽木分解等级、分解速率测定与分类；2）菌落接种及分解等级和速率测定；3）真菌和细菌多样性分析；4）微生物多样性与朽木分解的相互关系。项目按照计划顺利执行，并取得了成果。项目结合倒木呼吸测定技术、高通量条形码与生物信息学技术，完成了对哀牢山的景东石栎、木果石栎和滇木荷3个原生树种不同分解朽木的分解速率的测定，并追踪其动态变化，同时对朽木中的微生物（包括真菌和细菌）多样性进行测定和分析。揭示了微生物多样性对朽木分解作用及其过程的影响，研究结果表明真菌多样性与朽木CO2释放速率（朽木腐烂速率）成负相关关系。与以往的研究不同，本项目的研究的是自然环境下不进行人为干涉状况下的自然朽木分解，而不是使用在实验室条件下人工接种菌落的木材，这些实验室内进行的实验通常菌落多样性低，无法真实反映自然状况下的分解过程。基于本研究结果，我们假设，多样化的腐生菌对于维持倒木所处小环境的生态平衡非常重要，较高的腐生菌多样性可以减缓世界范围内朽木的CO2的大气贡献，从而提供全球重要的生态系统服务。然而，还需要在自然环境中进行更大尺度和规模的调查和控制实验，以验证这一假设。