毛竹林土壤微生物对凋落物硅素循环的影响及其机制研究

Litter is the main channel of nutrient return in forest ecosystems, and the amount of nutrient return presented about 68-87% nutrient uptake from soil of forestry. As a typical gramineous plant with silicon hyperaccumulation, decomposition of litter is important in order to the silicate cycling in the subtropical bamboo forest ecosystem. At the centre of microbial activities, the major subjects aim at the processes of decomposition of litter participating in the silica cycling, which combining field investigation and culture in situ. The research will examine the changes of available silicon in soil of the degradation processes of different forest litters. Through modern microbiology and molecular biology methods, such as culture in situ, MiSeq high-throughput sequencing, etc., studies on the effects of the soil microorganism communities and activities on decomposition of litter will be studied. Furthermore, interactions between the dynamic of the soil available silica and soil function microorganism will be investigated, and the law of the microorganism ecosystem about the soil available silica degraded by different litters will also be revealed. All the above results will increase people's understanding of silicon biogeochemical cycles with participation of soil microbial in the bamboo forest ecosystem.

凋落物降解是森林生态系统中养分归还的主要方式，森林每年从土壤中吸收的养分中69~87%以凋落物形式返还土壤。作为典型的Si超富集禾本科植物，凋落物降解对毛竹林硅素循环具有重要意义。本项目针对凋落物降解参与竹林硅循环过程，以土壤微生物活动为中心，通过野外调查和林间原位培养相结合的研究方法，应用不同种类的森林凋落物（竹子、阔叶树、针叶树及混合物），研究不同森林凋落物降解过程中土壤有效硅的变化特征，采用现代微生物学与分子生物学等技术（例如原位培养、MiSeq高通量测序等），研究竹林土壤微生物群落结构及活性对凋落物降解的影响，探讨土壤有效硅动态与土壤功能微生物的相互关系，揭示不同凋落物降解生成土壤有效硅的的微生物生态学规律，以期增加人们对土壤微生物参与竹林硅的生物地球化学循环的理解。

毛竹（Phyllostachys pubescens）作为典型的富硅植物，其生长发育需要大量的硅素。凋落物降解作为森林生态系统中养分归还的主要方式，通过凋落物的分解影响土壤硅元素的分配与转化，而土壤微生物是影响凋落物质量损失与分解速率的重要因子之一。本研究通过交互换位分解实验，探讨毛竹叶凋落物分解过程中养分时空分布格局，及其对土壤硅素和微生物群落的影响。通过本实验的实施，将对毛竹扩张后效提供新的认识。主要结论如下：.（1）毛竹凋落物分解表现出明显的“主场效应”，前期分解迅速，中后期减缓；凋落物硅呈净释放过程，前期释放迅速，后期减缓；受凋落物降解等影响，土壤有效硅含量呈现减少-增加-减少的规律，凋落物分解后期显著低于分解前期（p<0.05）；土壤有机结合态硅和全磷含量呈增加-减少-增加的规律，有机结合态硅在分解后期显著高于分解初期。.（2）土壤微生物群落结构对林分类型表现出显著的响应，且主要微生物类群随着凋落物分解出现较为明显的演替；添加毛竹凋落物并不会改变原有林分土壤微生物群落结构，但改变其群落多样性；土壤有效硅、凋落物硅含量、土壤含水率、凋落物残留率为土壤细菌多样性的最佳预测因子，而凋落物硅磷比、土壤pH、凋落物残留率为土壤真菌多样性的最佳预测因子；土壤pH是影响土壤细菌群落变化的主要因子（p<0.05），而土壤pH和有效硅含量则是土壤真菌群落变化的主要因子（p<0.05）；.（3）钾矿物分解细菌的分布具有偏好性，且不同生态环境的优势类群存在差异。多功能菌株NR33最佳培养基配方为：葡萄糖0.5%，酵母膏0.25%，MgSO4 0.05%，钾长石0.1%，蒸馏水1000 mL，最佳发酵条件为：装液量20 mL/250 mL，接种量9 %，时间72 h，温度28℃，初始pH值7.3。.（4）毛竹向周边林分入侵可持续改变凋落物、土壤和微生物特性，但多数变量的响应因地点及森林类型而异。