森林不同演替階段地上-地上生態(tài)關(guān)聯(lián)具有顯著差異性:研究地上-地下生物群落的生態(tài)關(guān)聯(lián),對(duì)于我們理解生態(tài)系統(tǒng)多樣性維持機(jī)制和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性具有重要意義,因此也是生態(tài)學(xué)關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。但以往研究大多僅僅關(guān)注地上-地下群落alpha-多樣性的關(guān)系,且局限于根際微生物和個(gè)別植被物種的聯(lián)系。由于缺少在同一樣地采集的地上和地下生物群落結(jié)構(gòu)組成信息,在群落水平上系統(tǒng)研究地上植被和土壤微生物之間alpha-多樣性和beta-多樣性的生態(tài)關(guān)聯(lián)還鮮見(jiàn)報(bào)道。
土壤化學(xué)組與天然林生態(tài)組等以長(zhǎng)白山闊葉紅松林演替前期和演替后期代表林型為研究對(duì)象,通過(guò)采集大量樣方的地上植被和土壤微生物群落組成數(shù)據(jù),系統(tǒng)研究了地上-地下群落多樣性的生態(tài)關(guān)聯(lián)。結(jié)果表明,植被-微生物之間alpha-多樣性和beta-樣性關(guān)系在森林不同演替階段明顯不同。對(duì)于alpha-多樣性,演替前期無(wú)明顯相關(guān)關(guān)系;而演替后期呈明顯負(fù)相關(guān),這與我們通常認(rèn)為的地上植被群落多樣性高必然對(duì)應(yīng)較高的地下生物多樣性的假設(shè)相悖。對(duì)于beta-多樣性,演替前期地上-地下無(wú)明顯生態(tài)關(guān)聯(lián),而演替后期,呈明顯正相關(guān)關(guān)系,表明在演替后期土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)受地上植被群落組成的影響。以上結(jié)果于2015年7月在Scientific Reports發(fā)表(IF=5.578)。
林型選擇不同的土壤細(xì)菌群落:人們普遍認(rèn)為,溫帶森林生態(tài)系統(tǒng)中,不同林型一般具有不同的地下微生物群落結(jié)構(gòu),但林型對(duì)細(xì)菌類(lèi)群的影響及潛在機(jī)制尚不清楚。本研究依托長(zhǎng)白山森林樣地,選取4種天然林型:闊葉紅松林、次生楊樺林、云冷杉林和落葉松林,分別代表針闊混交林、天然次生林、常綠針葉林和落葉針葉林,采用454焦磷酸高通量測(cè)序方法,分析了4種林型下共計(jì)144個(gè)樣點(diǎn)的土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu),并與已知環(huán)境因子進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。結(jié)果表明,闊葉紅松林及其次生林具有較高的土壤全養(yǎng)分含量(TOC、總氮、總磷等)和pH值,但兩個(gè)針葉林的C/N比較高。兩個(gè)針闊混交林具有較高的土壤細(xì)菌α-多樣性,其細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與針葉林明顯不同。兩個(gè)針闊混交林的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌類(lèi)群主要包括一些所謂的“寡營(yíng)養(yǎng)菌群”,例如Acidobacteria, Verrucomicrobia, Bacteroidetes和Chloroflexi;而兩個(gè)針葉林的優(yōu)勢(shì)菌群為一些公知的“富營(yíng)養(yǎng)菌群”,包括Proteobacteria和Gemmatimonadetes。研究發(fā)現(xiàn)土壤物理結(jié)構(gòu)和土壤pH值是影響細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性的主要環(huán)境因素。結(jié)果顯示,每種天然林型選擇了不同的土壤細(xì)菌群落,這種土壤細(xì)菌群落的分異可能是由土壤理化性質(zhì)的分異介導(dǎo)的。此外,本研究結(jié)果也符合Noah Fierer等提出的土壤微生物“營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位”模型和微生物群落非隨機(jī)分布模式。
人們普遍認(rèn)為,與針葉林相比,針闊混交林屬于“富營(yíng)養(yǎng)”生態(tài)位,但本研究結(jié)果卻與這一普遍認(rèn)識(shí)相悖。本研究結(jié)果支持了我所物質(zhì)循環(huán)組研究團(tuán)隊(duì)此前在長(zhǎng)白山地區(qū)開(kāi)展的相關(guān)土壤呼吸模式的研究結(jié)果(Tian et al., 2014, Soil Biology & Biochemistry)。Tian等(2014)研究發(fā)現(xiàn),云冷杉林與闊葉紅松林相比具有較高的Carbon availability index (CAI),且在長(zhǎng)期培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了云冷杉林的CAI出現(xiàn)脈沖動(dòng)態(tài)變化,而闊葉紅松林表現(xiàn)出傳統(tǒng)的單相遞減變化規(guī)律。本研究結(jié)果表明,與針葉林相比,闊葉紅松林在一定程度上屬于“寡營(yíng)養(yǎng)”生態(tài)位。上述結(jié)果于2014年7月在Plant and Soil發(fā)表。
上述研究由中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)B子課題(XDB15010302)和所青年創(chuàng)新群體項(xiàng)目資助完成。
[1] Li H?, Wang XG?, Liang C, Hao ZQ, Zhou LS, Ma S, Li XB, Yang S, Yao F, Jiang Y*. 2015. Aboveground-belowground biodiversity linkages differ in early and late successional temperate forests. Scientific Reports, 5: 12234. Doi: 10.1038/srep12234 ( ? these authors contributed equally to this work).
[2] Li H, Ye DD, Wang XG, Settles M, Wang J, Hao ZQ, Zhou LS, Dong P, Jiang Y, Ma ZS*. 2014. Bacterial communities in soils under different types of natural forest in Northeast China. Plant and Soil, 383: 203-216. Doi: 10.1007/s11104-014-2165-y.




