常绿阔叶林林下植物根系生长对凋落物分解的促进作用及其机制

It’s a common and easily neglected phenomenon for understory plant root growth into the litter layer in subtropical forests, so studying the influence of root growth on litter decomposition contributes to deep understanding of the mechanism of combined effect of root system activity on underground ecological process in the context of global climate change. Mid-subtropical evergreen broad-leaved forest taken as study object, it’s found that root growth facilitated litter decomposition through early-stage field in-situ experiment in this study. For further understanding of its action mechanism, it’s planned to analyze the action intensity of mechanical fragmentation of the living root and their biomass to leaf litter in the early stage of decomposition through the experiment of dividual chamber microcosm system; 15N isotope tracer technique was used to monitor the influence of absorptive effect of root system on N elements on quality change and decomposition rate of litter during litter decomposition process; based on in-situ collection of root exudates and by artificially adding root exudates of different C:N stoichiometric ratios into litter decomposition environment, the influence of root exudates on the quantity and composition of the microbial community on leaf litter surface during litter decomposition process was studied. Then a comprehensive exposition of influence of root growth on leaf litter decomposition in subtropical evergreen broad-leaved forest and its regulatory effect on decomposition progress was given for the sake of further understanding of priming effect of root exudates on litter decomposition and microbiological mechanism of the influence of root growth on litter degradation.

亚热带森林中林下植物根系进入凋落物层生长是一种常见而易被忽视的现象，研究根系生长对凋落物分解的影响，有助于深入理解全球气候变化背景下根系生命活动对森林地下生态过程的调控机制。本研究以中亚热带常绿阔叶林为研究对象，在前期野外原位分解实验中发现根系生长对凋落物分解起促进作用，为深入理解其作用机制，拟通过分室系统实验分析进入凋落物层中生长的根系生物量对凋落物分解初期机械碎裂作用的强度；采用15N同位素示踪技术监测凋落物分解过程中根系的N素吸收作用对凋落物质量改变和分解速率的影响；并基于根系分泌物的原位收集，进一步通过人工添加不同C:N化学计量特征根系分泌物于凋落物分解环境中，研究根系分泌物对凋落物分解过程中微生物群落动态的影响。基于此综合阐明根系生长对亚热带常绿阔叶林凋落叶分解的影响及对分解进程的调控作用，充分认识根系分泌物对凋落物分解的激发效应以及根系生长对凋落物分解影响的微生物学机制。

为深入理解进入凋落物层生长的林下植物根系对中亚热带常绿阔叶林凋落物分解的影响，本研究通过生态园模拟实验和人工气候室控制实验相结合，利用分子生物学技术解析根系的存在及生物量的多少对凋落叶分解过程中质量变化及凋落叶表面微生物群落结构及数量动态的影响。主要检验根系对凋落叶分解早期机械碎裂作用的强度，根系的N素吸收作用对凋落叶性质的改变，以及根系分泌物对凋落物分解过程中微生物群落的影响，以此综合分析中亚热带森林中根系生长对凋落叶分解的影响机理。研究取得的主要结果如下：（1）凋落物层中生长的根生物量与凋落叶的分解速率呈明显正相关，根系通过增加长度和产生新的根尖，调控凋落物性状，促进机械破碎强度，从而提高了分解初期的养分释放及其利用效率。（2）凋落叶初始C/N 值显著影响根系对凋落叶质量损失的相对贡献率，生长的根系通过影响凋落叶表面分解者微生物特别是真菌群落的组成与数量，并提高微生物胞外酶活性，从而对分解产生促进作用。不同分解阶段，不同生物量根系对凋落叶分解过程中的微生物群落组成和不同类型的酶活性的影响差异明显。分解初期，主要影响磷酸酶和β-葡萄糖苷酶的活性，分解后期，主要影响过氧化物酶和多酚氧化酶的活性。（3）一定浓度的根系分泌物输入能够改变凋落叶表面微生物群落组成与数量，并提高固氮功能基因nifH和反硝化功能基因nosZ的数量，加速凋落物分解，且激发效应的启动由底物添加的C/N比、芳香类有机酸含量以及活跃的微生物群落相互作用决定。（4）分解后期，较高的根生物量能有效提高凋落叶N、P元素的释放率，根系主动吸收凋落叶分解过程中的N，调控其生长的养分需求，从而改变凋落叶分解微环境。研究结果为进一步理解全球气候变化背景下根系生命活动对森林地下生态过程的影响以及森林地下生态系统的碳循环和氮循环过程提供有益参考。