暖温带落叶阔叶林下丛枝菌根真菌群落结构与功能对氮沉降的响应机制

As components of climate change, atmospheric nitrogen deposition has serious impact on forest biodiversity and ecological functions. Therefore, it is urgent to study the response of forest ecosystem to climate change, and seek for strategy to mitigate climate change. Arbuscular mycorrhizal (AM) fungi, which form mutualistic symbiosis with most land plant species, have an important role in biogeochemical cycling and biodiversity maintenance in forest ecosystems. In previous manipulated field experiments, N is often added directly onto understory and/or forest floor. However, the N deposition effect on forest ecosystem may not be accurate, because it ignored many important processes of N in the forest canopies, including N uptake, retention, leaching and conversion of N from one form to another by biota and abiota actions in the canopy layer. Therefore, this study will be conducted in the permanent plots with canopy/understory N addition in the Jigong Mountain National Nature Reserve of Henan Province in central China. On the basis of the analyses of the structure, spore density, mycelial length, glomalin related soil protein and community structure of AM fungi under different N deposition treatments, the study here will elucidate the response mechanisms of AM fungal community structure and function to N addition in a warm temperate deciduous broad-leaved forest. These findings will offer us new insights into the function of AM in restoration and reconstruction of disturbed forest ecosystems under global climate change.

大气氮沉降对森林生态系统的生物多样性及生态功能产生严重影响。因此，深入研究森林生态系统对气候变化的响应机制，寻找应对策略以减轻危害已迫在眉睫。丛枝菌根(AM)是由球囊菌门真菌与植物根系形成的互惠共生体，在调节大气氮沉降对森林生态系统的影响中具有重要的功能。然而，以往的研究主要采用林下施氮的方式去模拟氮沉降对AM真菌的影响，却忽略了林冠对氮素的吸附、吸收、转化和截留等重要过程。因此，为更真实地揭示AM真菌的群落结构与功能对氮沉降的响应机制，本项目依托鸡公山国家自然保护区内建立的“林冠/林下模拟氮沉降”实验平台，拟同时开展“林冠”和“林下”氮沉降处理下AM真菌的根系侵染结构、土壤孢子密度、根外菌丝长度、球囊霉素相关土壤蛋白和多样性的研究，阐明AM真菌的群落结构与功能对暖温带落叶阔叶林氮沉降的响应机制。本研究将为全面揭示森林生态系统对全球环境变化的响应与反馈机制提供重要的科学依据。

大气氮沉降对森林生态系统的生物多样性及生态功能产生严重影响。然而，以往的研究主要采用林下施氮的方式去模拟氮沉降对森林生态系统的影响，却忽略了林冠对氮素的吸附、吸收、转化和截留等重要过程。丛枝菌根(AM)是由球囊菌门真菌与植物根系形成的互惠共生体，在调节大气氮沉降对森林生态系统的影响中具有重要的功能。本项目依托鸡公山和石门台自然保护区内建立的“林冠/林下模拟氮沉降”实验平台，同时在两个森林生态系统开展“林冠”和“林下”氮沉降处理下AM真菌的生物量、多样性和群落结构的研究。研究结果发现：与对照相比，鸡公山林冠施低氮或者高氮以及林下施高氮显著的增加了AM真菌的孢子密度；而石门台施氮处理对AM真菌的孢子密度没有显著的影响。且施氮处理对两个森林生态系统中AMF的生物量（PLFA 16:1ω5c）均无显著的影响。土壤的湿度、pH、总氮、Ca含量、NH4+_N和NO3-_N含量显著地受到实验地点的影响；土壤总氮浓度显著地受到施氮方式和施氮速率的交互作用以及施氮方式、施氮速率和实验地点的交互作用的影响。施氮方式和实验地点以及二者的交互作用显著地影响了AM真菌的richness、Pielou index、Shannon index和Simpson index。而且AMF的richness、Pielou index、Shannon index和Simpson index与土壤湿度、总氮含量和铵态氮含量成显著的负相关，与土壤pH和硝态氮含量成显著的正相关。与对照相比，鸡公山林冠施N (CN25)对AMF群落结构有轻微影响；而石门台林冠施N (CN50)显著地影响AM真菌的群落组成。这说明在特定的施Ｎ速率下，林下施Ｎ可能会高估自然Ｎ沉降对AM真菌群落组成的影响。本项目阐明了AM真菌的群落结构与功能对不同森林生态系统氮沉降的响应机制。本研究将为全面揭示森林生态系统对全球环境变化的响应与反馈机制提供重要的科学依据。