[00135466]南亚热带森林演替过程中土壤微生物与植物功能属性耦合机制

①课题来源与背景 课题来源：广州市科技计划项目科学研究专项,广州市科学技术局,南亚热带森林演替过程中土壤微生物与植物功能属性耦合机制研究（201707010344）课题背景：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重建密切相关,在驱动生态系统演替过程方面发挥着重要作用。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。通过文献综述和分析发现,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非常重要的作用。但是尚未将“地上-地下生物学联系”的概念引入进行综合研究,这也大大限制了我们对植被演替过程中土壤微生物群落演替与叶片功能属性耦合机制的理解。项目申请人一直从事土壤微生物生态学和恢复生态学研究,具有较好的前期研究积累。所依托的平台具备长期的监测 样地和实验平台、完善的野外设施和工作生活条件。 ②研究目的与意义 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。 ③主要论点与论据 （a） 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。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。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。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。 （b）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。 （c）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。 ④创见与创新 本项目引入“生态系统地上-地下生物学联系”的概念,从生态功能角度将 地上植物叶片功能属性与地下土壤微生物群落演替相联系,整合性地研究南亚 热带森林植被演替过程中叶片可分解性和多酚次生代谢产物影响土壤微生物群落结构和功能演变的生态学机制,三部分研究内容与生态过程和功能关系密切,可以相互补充,相互验证,可为从土壤微生物的角度揭示南亚热带森林演替的机理提供新的实验证据,也可为植被恢复过程中土壤微生物群落的重建提供理论依据。 ⑤社会经济效益,存在的问题 本项目虽然属于基础型研究,但是本项目在植物-土壤-微生物功能耦合方面取得的研究成果在退化生态系统恢复方面具有广泛的应用前景。我们通过参与中国科学院先导性专项 A“南海环境变化”项目,将生态系统地上-地下生物联系的 概念引入到了我国热带珊瑚岛礁的植被快速恢复中去。通过对不同功能 类型植被土壤生物资源的调查,摸清了热带珊瑚岛屿的土壤生物资源的分布概况,进 一步明确土壤生物中潜在的动植物病原,进而指导已构建植被的优化与管理。在分析土壤食物网结构的基础上,从地下生物群落的角度评价了植被恢复的效果和未来的潜力,阐明了限制地下生物群落恢复限制因子和未来的调控方向,为我们国家绿色安全生态岛的建设提供了很好的支撑。 ⑥历年获奖情况 刘占锋入选中国科学院青年创新促进会优秀会员 （2018）刘占锋荣获中国科学院广州分院优秀青年科学家奖（2018） ⑦成果简介要向社会公开,请不要填写商业秘密内容 本项目引入“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,深入研究了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。具体地：1)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。基于研究结果发表学术论文5篇,培养研究生3名。