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熱林所在揭示熱帶雨林土壤微生物對養(yǎng)分有效性的響應研究方面取得進展
圖1 熱帶雨林原始林和次生林植物群落水平功能性狀特征及其關鍵影響因子
圖2 熱帶雨林原始林和次生林土壤微生物功能組成特征及其關鍵影響因子
圖3 植物功能性狀和資源策略對氮磷養(yǎng)分變化的響應及其對土壤微生物功能組成的級聯(lián)效應
全球氮沉降激增而磷沉降相對緩慢，由此引發(fā)土壤氮磷養(yǎng)分失衡的生態(tài)問題，這在“富氮缺磷”的熱帶森林中尤為凸顯。植物會通過改變功能性狀而調(diào)整資源獲取策略來適應土壤養(yǎng)分的變化，土壤微生物則通過改變?nèi)郝浣Y構與功能組成來應對養(yǎng)分波動。然而，在土壤氮磷養(yǎng)分供給失衡的條件下，植物和土壤微生物群落水平上的響應特征及其內(nèi)在關聯(lián)仍存在研究空白。
鑒于此，熱林所生物多樣性與生態(tài)服務團隊依托海南尖峰嶺國家森林生態(tài)系統(tǒng)定位站平臺，通過結合熱帶雨林60 ha大樣地和160 km2公里網(wǎng)格樣地植物、土壤與微生物監(jiān)測數(shù)據(jù)的空間多變量分析與一個為期14年的原位養(yǎng)分添加實驗開展研究，首次系統(tǒng)地揭示了磷限制的熱帶雨林土壤中營養(yǎng)誘導的植物功能性狀和微生物群落變化特征，并深入探究了植被如何調(diào)節(jié)微生物群落對外源養(yǎng)分輸入的響應。結果發(fā)現(xiàn)高氮低磷的營養(yǎng)環(huán)境促使熱帶雨林樹木的葉片通常具有較低的養(yǎng)分含量和較高的干物質(zhì)含量，從而引發(fā)葉片性狀向保守型資源策略轉(zhuǎn)變，這種植物性狀的變化會選擇性地招募叢枝菌根真菌和腐生真菌，而非外生菌根真菌，以促進磷的吸收。然而，土壤磷含量增加則導致植物性狀向獲取資源策略轉(zhuǎn)變，表現(xiàn)為葉片磷含量、葉面積指數(shù)及性狀多樣性增加，同時土壤細菌K策略者和外生菌根真菌的相對豐度也隨之增加。這些變化將進一步改變養(yǎng)分循環(huán)并影響土壤碳封存。研究結果增強了我們對熱帶森林植物適應土壤氮磷失衡機制的理解，為預測未來土壤養(yǎng)分條件變化情景下的微生物動態(tài)及其相關功能提供了理論支撐。
相關研究成果以Plant Functional Traits Define Microbial Response to Nutrient Availability in Tropical Rainforest Soil為題發(fā)表在生態(tài)學頂級期刊《Global Change Biology》。熱林所陳潔副研究員為第一作者，李艷朋副研究員為共同第一作者，許涵研究員為通訊作者。熱林所李意德研究員、陳德祥研究員和周璋副研究員對本研究做出了重要貢獻，中國科學院華南植物園劉占峰研究員、澳大利亞西澳大學Hans Lambers教授和德國哥廷根大學Yakov Kuzyakov教授為論文提供了寶貴建議。該研究工作得到中國林科院優(yōu)秀青年創(chuàng)新人才培育項目(CAFYBB2020QB003)和國家自然科學基(32371851)的資助。
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