高山林线交错带凋落物分解的微生物胞外酶化学计量学机制

Decomposition is a complex ecological process conducted largely by a community of microorganisms and extracellular enzyme activity controlled by litter chemistry, nutrient availability, environmental conditions, and biotic interactions. What is the relationship between organic matter - microbes - extracellular enzyme activity in the process of litter decomposition of alpine ecosystem, it is lack of the corresponding research to date. Based on the scientific hypothesis“Ecoenzymatic stoichiometry reflect the status of microbial nutrient limitation and relative rate of organic carbon, nitrogen and phosphorus cycle, and the microbial growth rate in the process of litter decomposition may be subject to the nitrogen limitation of alpine ecosystem”, puts forward the research project “Ecoenzymatic stoichiometry of litter decomposition mechanism in the alpine timberline ecotone” , the alpine timberline ecotone in the eastern Tibetan Plateau would to be the research object, and the organic layer and litter decomposition experiments will be conducted based on enzyme-based decomposition models, to research on the extracellular enzyme activity, microbial biomass and community structure, substrate availability of carbon, nitrogen and phosphorus of different litter decomposition stages and key periods (snow covered season and growing season). The stoichiometry of ecoenzymatic activity can be related to ecological stoichiometric theory and the metabolic theory of ecology through the threshold elemental ratio (TER) concept, which provide an important scientific basis for biogeochemical cycles of organic matter decomposition in alpine ecosystems in the global climate change scenarios.

凋落物分解过程中微生物群落和胞外酶主要受到凋落物化学组成、养分可利用性和环境条件的相互作用。高山生态系统凋落物分解过程中有机质-微生物-酶活性之间的化学计量学关系是什么？迄今缺乏相应的研究。基于“胞外酶的化学计量比反映微生物的养分限制状况和有机质碳氮磷循环的相对速率，凋落物分解的微生物增长速率可能受到高山生态系统氮的限制”的科学假说，提出了“高山林线凋落物分解的微生物胞外酶化学计量学机制”这一研究项目。以地处青藏高原东缘的川西高山林线交错带为研究对象，采用土壤有机层分层实验和凋落物分解实验，将胞外酶活性（EEA）引入分解模型，研究不同分解阶段和关键时期（雪被期和生长季）凋落物的胞外酶活性、微生物的生物量和群落结构及底物碳氮磷的可利用性，通过元素比阈值(TER)将生态化学计量学理论和生态系统代谢理论联系起来，为深入理解全球气候变化情景下的高山生态系统有机质分解生物化学过程提供重要的科学依据。

凋落物分解过程中微生物群落和胞外酶主要受到凋落物化学组成、养分可利用性和环境条件的相互作用。高山生态系统凋落物分解过程中有机质-微生物-酶活性之间的化学计量学关系迄今缺乏相应的研究。项目以地处青藏高原东缘的川西高山林线交错带为研究对象，采用凋落物分解实验和地表有机层分层实验，将胞外酶活性（EEA）引入分解模型，研究了高山林线交错带单一植物功能群丧失对凋落叶分解及微生物群落结构和功能的影响；亚高山森林凋落物不同分解阶段的微生物胞外酶化学计量学特征；高山林线交错带（森林-灌丛-草甸）不同分解层次的微生物和木质纤维素酶活性特征；模拟增温和模拟氮沉降对土壤微生物群落结构和功能的影响。研究结果阐明了高山林线交错带雪被梯度对凋落物分解的质量损失、化学组成和养分释放过程具有决定性作用；揭示了与凋落物分解密切相关的土壤动物、土壤微生物群落和胞外酶活性特征；量化了凋落物质量、环境因子和生物因子在凋落物分解过程中的相对贡献；证实了不同植物功能群丧失总体上对凋落叶的分解速率和微生物群落组成、结构和活性没有显著的影响。凋落物基质质量，尤其是可溶性C/N/P的化学计量比，调控着亚高山森林微生物的类群和生物量、酶的化学计量比。模拟增温对土壤微生物生物量和土壤微生物群落结构的影响较小。季节变化对土壤酶活性和微生物的影响比模拟气候变化的影响更强。土壤温度、土壤含水量和pH是土壤酶活性及酶化学计量比和微生物群落的主要因子。短期施氮没有显著改变土壤酶活性，但促进了亚高山森林土壤呼吸并缓解了土壤微生物氮限制。研究高山林线有机质分解过程中的微生物胞外酶化学计量学机制，对于清晰认识分解过程中有机质-微生物-酶活性之间的化学计量学关系，深入理解全球气候变化情景下的高山生态系统生物地球化学循环过程具有重要意义。