凋落物归还节律性对亚高山森林碎屑食物链结构的影响

Detritus food chain is an important channel for carbon and nutrient cycling in forests, but it can be modulated by the amount and quality of plant litter and the seasonal shifts in environmental factors. Here, we hypothesize that seasonal litter input and soil freezing and thawing will alter the structure of detritus food chain and further control material cycling in forests. This project will be conducted at the Long-term Research Station of Alpine Forest Ecosystem in a subalpine forest on the eastern Tibetan Plateau based on our previous findings regarding soil faunal community structure and litter production in this area. Litter input characteristics will be altered by in situ experiments. The abundance, biomass, functional group and diversity of soil decomposers and predators in detritus food chain will be measured in control and litter removal plots during autumn, spring and summer by using morphological taxonomy, phospholipid fatty acid and high-throughput sequencing technologies. The trophic structure of the dominated faunal group in the detritus food chain will be also measured by using stable nitrogen isotope (δ15N) technology. Moreover, environmental factors (e.g. temperature and moisture) will be continuously monitored throughout the experimental period. We will comprehensively analyze all parameters, and explore the structure and function of detritus food chain and the potential relationships between seasonal litter input and detritus food chain in this subalpine forest. This project will provide essential scientific basis to further understand belowground material cycling in subalpine forests.

碎屑食物链是森林碳和养分循环的重要流通渠道，但受控于凋落物归还的数量和质量以及环境因子的季节性变化。基于“亚高山森林凋落物归还节律性和季节性冻融改变碎屑食物链结构，进而调控森林物质循环过程”的科学假设，在前期对土壤动物群落结构和凋落物归还特征一定认识的基础上，依托已建立的森林长期定位研究站，通过原位控制凋落物归还特征，采用形态分类学、磷脂脂肪酸和高通量测序等研究手段，在凋落物秋季高峰期、春季高峰期和夏季花果凋落期等不同关键时期，研究不同数量和质量凋落物归还对土壤中分解者和捕食者群落丰度、生物量、功能类群和多样性的动态变化，并进一步利用稳定氮同位素技术弄清碎屑食物链优势类群的营养级结构，结合土壤环境的季节性冻融变化，探索构建亚高山土壤碎屑食物网结构的渠道，阐明凋落物归还节律性与碎屑食物链的作用关系，为进一步了解亚高山森林地下物质循环过程提供科学依据。

碎屑食物链是森林碳和养分循环的重要流通渠道，但受控于凋落物归还的数量和质量以及环境因子的季节性变化。亚高山森林节律性凋落物输入和环境因子季节变化可能调控碎屑食物链的物种组成、结构和动态，进而影响森林物质循环过程，但相关机理仍不清晰。本项目在前期对土壤动物群落结构和凋落物归还特征一定认识的基础上，通过原位控制凋落物归还特征(自然归还和归还减少)，在凋落物秋季高峰期、春季高峰期和夏季花果凋落期等不同关键时期，研究不同数量和质量凋落物归还对土壤中动物和微生物群落丰度、生物量、功能类群和多样性动态变化的影响，并进一步利用稳定同位素技术研究碎屑食物链优势类群的营养级结构，主要取得了以下成果：(1) 凋落物输入控制(归还减少)并未明显改变川西亚高山森林土壤细菌和真菌群落优势类群的组成和相对丰度，但是对部分稀有的细菌和真菌类群产生了显著影响，土壤功能微生物AOA比AOB对凋落物输入的响应更为敏感；(2) 凋落物输入控制总体上降低了土壤动物群落的丰富度和类群数，并受到林型差异和时间节律性的调控，但并未改变川西亚高山森林土壤动物群落的结构和多样性；(3) 凋落物输入控制对地表土壤理化性质(pH、有机质、全氮、全磷、无机氮)的作用是调控碎屑食物链生物群落结构和多样性的重要驱动。细菌群落相对丰度更易受到针叶林凋落物的影响，而真菌群落相对丰度更易受到混交林凋落物影响。(4) 凋落物输入节律性及其组分变化对土壤碎屑食物链生物群落的影响可能具有滞后性。以上结果为认识亚高山森林土壤碎屑食物网结构及其与凋落物归还节律性的生态关联提供了科学依据，有助于深入理解亚高山森林地上-地下物质循环过程。在项目支持下，在Geoderma、Ecosystems、Applied Soil Ecology、生态学报等国内外学术期刊上发表论文32篇；主编/副主编专著2部；培养毕业研究生11名。