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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
生物多样性
2023, 31 (11):
23276-.
DOI: 10.17520/biods.2023276
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。  View image in article
图4
PcoA分析细菌(A)和线虫(B)群落对凋落物多样性的响应。CK, 对照处理; 1Species: 只添加绒毛猴欢喜凋落物; 2Species: 添加绒毛猴欢喜 + 华马钱; 4Species: 添加绒毛猴欢喜 + 华马钱 + 蚁花 + 番龙眼; 7species: 添加绒毛猴欢喜 + 华马钱 + 蚁花 + 番龙眼 + 黄葛树 + 羊乳榕 + 印度锥。
正文中引用本图/表的段落
PERMANOVA分析结果表明凋落物多样性显著影响了土壤细菌群落组成(F =24.17, P < 0.001) (图4A)。添加1种和2种凋落物的处理几乎完全重叠在一起, 但明显区别于添加4种和7种凋落物的处理, 显示出添加1种和2种凋落物的处理中细菌群落与添加4种和7种凋落物的处理有明显差异。同样地, 添加4种和7种凋落物的处理细菌群落也明显分开, 尽管有小部分重叠。多元统计分析显示添加1种和2种凋落物的处理中细菌群落无显著差异, 添加1种凋落物的处理中细菌群落与添加4种凋落物的细菌群落差异呈现边缘性显著(P = 0.05), 与添加7种凋落物处理的细菌群落差异显著(P = 0.02)。添加2种凋落物处理中细菌群落与4种和7种凋落物处理均差异显著(P < 0.05), 4种和7种凋落物处理间细菌群落差异也是显著的(P = 0.04)。线虫群落呈现出与细菌群落非常类似的模式。不同的是, 线虫群落在4种和7种凋落物处理间差异不显著(图4B)。从图4A中还可以看出, 细菌群落对照处理中各样本高度聚集, 而凋落物添加处理中样品分布明显较为分散, 尤其是高凋落物多样性处理(4种和7种)中样本分布更为分散。图4A中所有凋落物添加的处理距离对照样品欧式距离相对较远, 而图4B中尽管凋落物添加处理与对照处理线虫群落有显著差异, 但相对细菌群落而言凋落物添加处理与对照处理欧式距离相对较近。
森林生态系统的树种多样性控制着进入土壤的凋落物的多样性, 从而对分解凋落物的微生物和动物群落产生连锁效应。我们的研究结果发现凋落物多样性能显著改变细菌和线虫群落组成, 这与之前多数研究的结果是一致的(Chen et al, 2020; Jin et al, 2022), 即多种凋落物混合能影响微生物群落组成。Chen等(2020)认为凋落物多样性调控微生物群落主要还是通过凋落物本身的特性, 而不是物种的丰富度。本研究先是通过盆钵试验探究了单独添加不同的凋落物对细菌和线虫的群落影响, 发现在凋落物添加处理中(不包括CK), 只有望天树凋落物添加处理与其他处理细菌群落差异显著。所有凋落物单独添加处理间线虫群落差异均不显著。在此结果的基础上, 我们排除了望天树, 而选择了其余7种植物创建凋落物多样性梯度开展凋落物多样性对细菌和线虫群落影响的试验, 结果表明凋落物多样性的确能显著影响细菌和线虫多样性及群落, 且混合的凋落物物种数量越多, 微生物群落差异越大。本研究中采用了PcoA分析计算样本间的欧式距离, 观测样本间的非相似性, 这意味着样本距离越近则群落越相似, 距离越远则群落差异越大。从本研究中凋落物多样性对细菌和线虫的群落组成影响的PCoA图(图4)来看, 不论是细菌还是线虫, 对照处理样本呈现聚集分布, 说明各重复样品间微生物群落组成是非常相似的。而添加了凋落物的处理相比对照处理而言, 细菌和线虫群落是呈现离散分布的, 说明凋落物的添加明显增加了细菌和线虫群落的非相似性, 并且这种离散程度在高多样性处理(4种和7种)条件下要高于低多样性处理(1种和2种)。这很有可能是因为凋落物多样性增加了环境的异质性, 而环境的异质性被认为是维持和促进生物多样性的重要因素之一(Stein et al, 2014)。此外, 图4还表明细菌群落对照处理与其他处理间的欧式距离远大于线虫对照处理与其他处理间的距离, 说明细菌对凋落物添加的响应敏感度大于线虫, 换句话说, 凋落物添加对细菌的影响要比对线虫的影响更大。本研究对于深入理解植物与细菌和线虫多样性及群落的关系, 植物多样性丧失对土壤生态系统的影响具有重要的参考价值。
本文的其它图/表
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