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土壤细菌和线虫对热带雨林优势植物凋落物特性和多样性的响应

刘金花, 李风, 田桃, 肖海峰

生物多样性 2023, 31 (11): 23276-. DOI: 10.17520/biods.2023276

摘要（344）

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地上植物资源向地下部输入被认为是调控土壤生物群落的关键因素, 因为植物是几乎所有土壤生物的主要能量来源。然而, 关于植物凋落物特性和多样性如何影响土壤微生物和微型动物的多样性和群落仍然知之甚少。本研究以土壤细菌和线虫为研究对象, 通过盆钵试验, 设置单一添加不同热带森林优势植物种凋落物, 以及构建不同种凋落物混合的多样性梯度(1种、2种、4种和7种), 探究不同植物凋落物本身特性及多样性对土壤细菌和线虫群落的影响。结果显示: (1)凋落物添加显著提高了土壤碳、氮、有效磷、有效钾含量, 并显著增加了土壤pH值。(2)与对照处理(不添加凋落物)相比, 添加单一植物种凋落物降低了细菌和线虫多样性。(3)与对照处理相比, 单独添加不同植物种的凋落物对细菌和线虫群落均有显著影响。然而在不同凋落物添加处理之间, 只有望天树凋落物处理与其他处理间细菌群落具有显著差异, 其余处理间细菌和线虫群落差异均不显著。(4)凋落物多样性会显著影响细菌和线虫多样性及群落组成, 具体表现为细菌和线虫多样性随凋落物多样性梯度增加而增加。相较于低的凋落物多样性处理(CK、1种、2种), 高多样性条件下(4种和7种)细菌和线虫群落相似度更低。上述研究结果表明地上凋落物多样性不仅会直接影响土壤微生物群落, 还将通过级联效应影响更高营养级别的土壤动物群落。研究结果对于深入理解植物与细菌和线虫多样性及群落的关系、热带森林中土壤养分斑块的聚集效应、生物多样性的维持机制, 以及全球变化背景下植物多样性丧失对土壤生态系统的潜在影响等方面都提供了重要的理论参考价值。

处理 Treatments	凋落物种 Species of litter	总有机碳 Total organic carbon (g/kg)	总氮 Total nitrogen (g/kg)	碳氮比 C/N ratio (%)	总磷 Total phosphorus (g/kg)	总钾 Total potassium (g/kg)
1	望天树 PC	480.54 ± 6.47^a	24.68 ± 2.97^a	19.45 ± 2.83^a	1.51 ± 0.13^a	11.11 ± 0.58^a
2	绒毛猴欢喜 ST	469.75 ± 3.85^a	20.41 ± 2.89^a	23.02 ± 2.59^a	1.49 ± 0.21^a	10.57 ± 0.63^a
3	华马钱 SC	471.41 ± 3.74^a	21.68 ± 1.56^a	21.74 ± 2.41^a	1.53 ± 0.12^a	11.24 ± 0.66^a
4	蚁花 OL	476.57 ± 2.12^a	21.17 ± 2.11^a	22.51 ± 2.23^a	1.54 ± 0.09^a	10.39 ± 0.45^a
5	番龙眼 PP	470.12 ± 3.88^a	21.31 ± 2.45^a	22.06 ± 1.99^a	1.49 ± 0.18^a	9.87 ± 0.79^a
6	黄葛树 FV	467.71 ± 5.09^a	20.97 ± 2.63^a	22.30 ± 2.72^a	1.48 ± 0.14^a	9.51 ± 0.91^a
7	羊乳榕 FS	468.23 ± 6.67^a	20.58 ± 2.39^a	22.75 ± 2.16^a	1.52 ± 0.07^a	10.71 ± 0.53^a
8	印度锥 CI	470.74 ± 4.98^a	20.78 ± 2.17^a	22.65 ± 2.07^a	1.48 ± 0.11^a	9.59 ± 0.86^a
1种 1 species	ST
2种 2 species	ST + SC
4种 4 species	ST + SC+ OL + PP
7种 7 species	ST + SC + OL + PP + FV+ FS + CI
对照 CK	不添加凋落物 Without litter

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表1 凋落物处理以及不同凋落物的初始养分含量

正文中引用本图/表的段落

为了探究不同植物凋落物特性对土壤微生物的影响, 我们于2019年7月收集了样地中优势度排名前八位的维管束植物的叶片(表1)。这8种植物分别为望天树(Parashorea chinensis)、绒毛猴欢喜(Sloanea tomentosa)、华马钱(Strychnos cathayensis)、蚁花(Orophea laui)、番龙眼(Pometia pinnata)、黄葛树(Ficus virens)、羊乳榕(Ficus sagittata)和印度锥(Castanopsis indica)。收集好足量新鲜叶片后, 带回实验室并清洗, 之后将叶片置于烘箱中50℃条件下烘2-3 d至恒重。烘干后, 将叶片磨成碎块状以便于其在培养期间更快地分解, 之后分装于自封袋中备用。此外, 测定每种植物凋落物的碳氮、总磷和总钾的含量。

即便是添加单一物种凋落物也会明显改变细菌和线虫群落, 但是在所有单一凋落物添加的处理中, 不同的凋落物资源对线虫群落组成影响不大。对细菌而言, 也只有添加了望天树凋落物的处理中细菌群落组成与其他处理中线虫群落组成显著不同(图2A)。虽然每种植物叶片都有其特定的化学物质组成, 但它们叶片的碳氮比值是比较接近的, 而且我们所有的处理都是凋落物等量添加, 保持了资源输入的重量一致。在这样的资源添加情况下获得的结果反映出不同植物叶片化学组成的细微差别有时并不会明显地改变土壤生物群落组成。而望天树处理中细菌群落组成跟其他处理相比显著不同可能跟望天树的碳氮比较低有关(表1)。因为细菌在低碳氮比的环境中通常能够更有效地利用有机碳源(Gawol et al, 2022)。热带森林中望天树是优势树种, 它可以通过这种机制塑造土壤微生物的分布格局, 并进一步影响土壤碳氮循环等生态过程。热带森林中优势植物种包括望天树通过凋落物塑造土壤养分斑块效应已经有报道(Xia et al, 2015, 2016), 野外条件下这些优势树种是否能通过资源输入差异影响土壤细菌和线虫群落并调控这些生物的群落分布格局需进一步探明。

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