南亚热带森林土壤微生物群落演替与叶片可分解性、次生代谢产物耦合机制

Ecological succession has been one of the key issues of ecological research. However, the majority of this research has focused on plant communities with succession in microbial communities receiving far less attention.In light of mounting evidence that confirms the important roles of plant-microbe interactions in re-establishing function and biodiversity during ecosystem succession, evaluating the actual interaction between soil microbes and plants may serve as an edifying approach to understanding the mechanism of ecosystem succession.In this project, the conception of "Aboveground and belowground biotic linkages" will be introduced and next generation high-trough sequencing technique as well as traditional ecological research methods will be applied to investigate the succesional dynamics of soil microbial communities, leaf decomposability and polyphenols secondary metabolite during forest succession, synthetically evaluate the coupling relationship between soil microbial community and plant functional traits, and reveal the underling mechanism behind microbial community, leaf decomposability and plant secondary metabolite during succession. Results from this study will greatly advance our understanding on the mechanism of forest succession from a microbial perspective and provide new empirical evidences for developing new theory and models about ecological succession. It also can provide theoretic and technique support for guiding forest restoration practices.

生态演替一直是生态学研究的核心内容之一，但是相关研究主要集中在地上植物群落，而对地下土壤微生物群落关注极少。植物-微生物-土壤之间的相互作用与演替过程中生态系统结构和功能的重建密切相关。因此，评价植物和土壤微生物的相互作用成为理解生态系统演替的理想途径。本项目将引入“地上-地下生物学联系”这一概念，以我国南亚热带森林为研究对象，将高通量测序技术和传统生态学研究方法相结合，研究南亚热带森林演替过程中土壤微生物群落、叶片可分解性、多酚类次生代谢产物的演变规律，阐明土壤微生物群落演替与叶片可分解性、多酚次生代谢产物的耦合关系，进而揭示叶片功能属性影响土壤微生物群落演替的生态学机制。研究结果不仅有助于从土壤微生物的角度理解南亚热带森林演替的机理，为丰富生态演替理论提供新的实验证据，也可为预测植被演替动态和森林恢复实践提供理论指导。

土壤微生物群落、叶片可分解性和多酚类次生代谢产物在生态功能上密切联系，并在驱动生态系统结构和功能演变方面发挥着重要的作用。本项目以我国南亚热带森林为研究对象，研究植被演替过程中土壤微生物群落、叶片可分解性、多酚类次生代谢产物的演变规律，进而揭示叶片功能属性影响土壤微生物群落演替的生态学机制。项目实施四年以来，依照研究计划开展了相关研究工作，获得了大量的观测数据，完成了预期成果目标。研究发现南亚热带森林演替过程中土壤微生物群落、凋落物分解速率和叶片次生代谢产物的变化受演替阶段和取样来源的共同影响，并存在复杂的功能耦合：（1）随着植被的演替的进行，凋落物和矿质土壤中微生物生物量逐渐增加，而腐殖土壤中的微生物生物量逐渐降低，土壤养分的可获得性是主要驱动因子；（2）土壤细菌群落以酸杆菌和固氮菌占优势，酸杆菌相对丰度随着演替增加，而固氮菌相对丰度则降低；（3）随着植被演替的进行，与分解相关的腐生真菌的相对多度降低，而外生菌根真菌的相对多度增加，表明生态系统的获取营养的策略发生改变；（4）植物-土壤-微生物的生态化学计量特征可以综合指示生态系统受养分限制的程度，在一定程度上能够表征土壤微生物群落的演变趋势；（5）凋落物分解速度和养分归动态受演替阶段和植物功能性状的共同影响，凋落物的分解速率随着演替的进行表现出加快的趋势，养分归还的速度加快，蕨类凋落物的分解速率明显低于其它物种；（6）乔木叶片的总酚、单宁含量随着演替进行而降低，而灌木、草本和蕨类的响应不尽相同，说明不同功能类群的优势物种采取了不同的生态适应策略。本项目为揭示南亚热带森林演替过程中植物-土壤-微生物的功能耦合机制提供直接证据，对于退化生态系统地上-地下协同恢复具有重要的指导意义。