土地利用變化背景下土壤團聚體真菌功能群介導的碳氮動態
土地利用變化是全球熱帶森林土壤生物多樣性和生態系統功能最大的威脅之一。西雙版納作為國際上重要的生物多樣性保護熱點區和生態敏感地區,其最顯著的土地利用變化是大面積天然林退化為次生林,而在砍伐后又被橡膠林所取代,造成植被嚴重的片斷化分布和生態系統功能的部分喪失,進而影響土壤微生物群落(特別是真菌群落)驅動的碳氮循環過程。然而,這種轉變如何影響土壤團聚體水平上真菌群落對碳氮動態的調控作用尚不清楚。
中國科學院西雙版納熱帶植物園農林復合生態系統研究組劉成剛研究員及其合作者,以西雙版納地區的天然林、幼齡和成熟橡膠純林及相應林齡的膠林復合生態系統為研究對象,探討了不同土壤團聚體水平(大團聚體:> 2 mm;小團聚體:0.25-2 mm;微團聚體:< 0.25 mm)的碳氮庫、比酶活性、真菌群落和功能群的變化特征及其關聯性。研究發現:1)熱帶天然林向橡膠純林的轉化總體上降低了各土壤團聚體的碳和氮組分;膠林復合生態系統降低了微生物生物量碳和氮。森林轉化對碳和氮循環酶活性的影響存在差異,膠林復合生態系統顯著增強了酶活性。碳和氮組分及相關酶活性隨土壤團聚體粒徑的減小而增加。2)森林轉化后,所有土壤團聚體真菌組成的優勢類群均由富營養型的子囊菌門和擔子菌門變為寡營養型的接合菌門,其代價是犧牲了大量的腐生真菌和叢枝菌根真菌,導致更多病原真菌的產生。幼齡膠林復合生態系統的構建誘導了豐富的被孢霉屬,從而極大的抑制了病原真菌(如鐮刀菌屬Fusarium)。此外,微團聚體具有最高的腐生真菌的數量和多樣性。3)土壤團聚體相關的碳氮庫,特別是微團聚體中的可溶性有機碳和氮、微生物生物量碳和硝態氮,均受到真菌功能群的交互調節,這一過程主要由土壤pH驅動。這些結果加深了我們對真菌功能群變化如何在團聚體水平上相互調節碳氮動態的理解。同時,由于在養分循環和病原真菌抑制方面的優勢,該研究還為熱帶人工經濟林早期構建農林復合生態系統的可持續管理提供了新的思路。未來的研究應關注熱帶人工經濟林復雜的微生物網絡在土壤團聚體營養循環中的調控作用。
相關研究結果以Land use change alters carbon and nitrogen dynamics mediated by fungal functional guilds within soil aggregates為題發表在Science of The Total Environment上。該研究得到國家自然科學基金面上項目、云南省基礎研究計劃及中國科學院青促會和“西部青年學者”等項目的資助。
圖1. 不同土地利用方式土壤團聚體真菌群落差異(腐生真菌a、病原真菌b、共生真菌c及叢枝菌根真菌d)
圖2. 土壤微團聚體碳氮庫、基本理化特性、豐富真菌類群及不同真菌功能組直接的相關性
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