川西亞高山森林林冠對凋落葉分解過程中微生物群落結(jié)構(gòu)的影響.pdf

1、森林凋落物分解普遍受到分解環(huán)境、分解者生物群落和凋落物基質(zhì)質(zhì)量的影響，而森林林冠可能從兩方面控制著森林地表生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動過程。一方面，林冠決定著凋落物產(chǎn)量、凋落動態(tài)和凋落物基質(zhì)質(zhì)量;另一方面，林冠通過對光照和降水的再分配影響到森林地表的分解環(huán)境和分解者生物群落的結(jié)構(gòu)和功能。因此，研究森林林冠對凋落物分解過程中微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的影響，有助于深刻理解森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)換機(jī)制，為森林生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)經(jīng)營與管理提供科學(xué)依

2、據(jù)。但迄今為止，有關(guān)森林林冠對森林地表凋落物分解過程中微生物群落的影響研究尚未見報道。為此，本研究以地處長江上游和青藏高原東緣、生態(tài)戰(zhàn)略地位突出、受季節(jié)性雪被影響顯著、森林更新以林窗為主要方式的川西亞高山針葉林為研究對象，通過5年的凋落物分解實驗，研究了林下、擴(kuò)展林窗、林冠林窗、林窗中心北側(cè)和林窗中心南側(cè)上四川紅杉(Larix mastersiana)、岷江冷杉(Abies faxoniana)、方枝柏(Sabina saltuaria

3、)和紅樺(Betula albo-sinensis)凋落物微生物數(shù)量、群落結(jié)構(gòu)和類群在5個關(guān)鍵時期（初凍期、深凍期、融化期、生長季初期及生長季末期）的變化特征，從而為亞高山森林生態(tài)系統(tǒng)管理提供了一定的理論依據(jù)。主要結(jié)果如下:
　　(1)林冠缺失形成的林窗改變了森林地表的水熱動態(tài)。受季節(jié)性雪被的影響，冬季和生長季節(jié)的土壤水熱動態(tài)對林窗形成的響應(yīng)截然不同。在冬季，受林冠對降雪分配的影響，從林下到林窗中心，雪被厚度依次增加，地表溫度依次

4、升高，而在生長季節(jié)，由于太陽輻射程度不同，地表溫度也同樣依次升高。這意味著，受季節(jié)性雪被影響明顯的區(qū)域，生長季節(jié)與非生長季節(jié)，森林林冠對地表分解環(huán)境存在顯著不同的影響，從而影響地表凋落物分解者生物群落的結(jié)構(gòu)和動態(tài)。
　　(2)林冠顯著影響了四種凋落葉分解過程中細(xì)菌的16S rDNA基因拷貝數(shù)和真菌18S rDNA基因拷貝數(shù)。隨著凋落葉的分解，微生物群落的細(xì)菌和真菌豐度呈現(xiàn)下降趨勢。生長季節(jié)與非生長季節(jié)相比，生長季節(jié)的凋落葉具有相對

5、較高的微生物數(shù)量;在冬季的不同關(guān)鍵時期，深凍期的凋落時具有最低的細(xì)菌和真菌數(shù)量，融化期的凋落葉則具有最高的細(xì)菌數(shù)量，而初凍期的凋落葉具有最高的真菌數(shù)量。生長季節(jié)與非生長季節(jié)相比，冬季的凋落葉具有最高的細(xì)菌/真菌數(shù)量比，在冬季的不同關(guān)鍵時期，深凍期的凋落葉具有最高的細(xì)菌/真菌數(shù)量比，初凍期的凋落時具有最低的細(xì)菌/真菌數(shù)量比，這說明冬季凋落葉中的細(xì)菌對冬季的低溫耐受性和適應(yīng)性更強(qiáng)。從林冠下到林窗中心，冬季林冠下的凋落葉具有較低的微生物數(shù)量，

6、而林冠下的凋落葉在生長季具有較高的微生物數(shù)量;初凍期的林冠下，凋落葉具有較低的細(xì)菌/真菌數(shù)量比，而深凍期和融化期的凋落葉具有較高的細(xì)菌/真菌數(shù)量比，說明微生物對林冠格局改變的響應(yīng)敏感，但細(xì)菌和真菌對林冠格局改變的響應(yīng)存在一定差異。
　　(3)林冠顯著影響了四種凋落葉分解過程中微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性指數(shù)。隨著凋落葉的分解，微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，多樣性指數(shù)呈現(xiàn)波動的變化趨勢。生長季節(jié)與菲生長季節(jié)相比，生長季初期的凋落葉具有相對較高的

7、Shannon-Wiener指數(shù)和較低的Simpson指數(shù);冬季的凋落葉Shannon-Wiener指數(shù)性先降低后升高、Simpson指數(shù)先升高后降低。這說明冬季相對嚴(yán)酷的環(huán)境改變了微生物群落結(jié)構(gòu)，提高了微生物群落的優(yōu)勢度，降低了微生物群落的多樣性。從林冠下到林窗中心，除生長季初期外，林下和擴(kuò)展林窗下的凋落葉微生物Shannon-Wiener指數(shù)更低而Simpson指數(shù)更高。這說明林冠格局的改變對冬季相對嚴(yán)酷的環(huán)境中微生物群落結(jié)構(gòu)有明顯

8、影響，進(jìn)而可能作用于凋落葉分解過程。
　　(4)凋落葉分解過程中不同關(guān)鍵時期的微生物類群也存在明顯差異。隨著凋落葉的分解，微生物群落中的優(yōu)勢類群發(fā)生了改變。生長季和非生長季相比，冬季的細(xì)菌以γ變形菌綱(Gammaproteobacteria)和鞘脂桿菌綱(Sphingobacteria)為主，生長季的細(xì)菌類群更為豐富，優(yōu)勢類群不明顯;冬季的真菌以座囊菌綱(Dothideomycetes)為主，生長季則以座囊菌綱和傘菌綱(Agari

9、comycetes)為主要類群。這說明冬季相對嚴(yán)酷的環(huán)境改變了微生物類群組成，耐受性和適應(yīng)性更強(qiáng)的微生物類群成為冬季微生物群落的主要組成部分。而從林冠下到林窗中心，微生物主要類群沒有明顯差異。微生物類群和凋落葉質(zhì)量損失和元素釋放相關(guān)。細(xì)菌類群γ變形菌綱與磷元素釋放正相關(guān)，黃桿菌綱(Flavobacteria)和放線菌綱(Actinobacteria)與木質(zhì)素降解相關(guān);真菌類群傘菌綱與纖維素分解相關(guān)，錘舌菌綱(Leotiomycetes)