落叶化学性质的变化调节了土壤节肢动物在亚高山森林落叶分解过程中对微生物群落的影响

《Applied Soil Ecology》：Changes in litter chemical properties mediate the effects of soil arthropods on the microbial community during litter decomposition in a subalpine forest

土壤节肢动物通过影响落叶化学特性调控亚高山森林中细菌和真菌群落动态，显著提高细菌磷脂脂肪酸含量及多样性，降低Betula落叶真菌多样性，网络复杂性及组装过程因落叶类型和分解阶段呈现差异。

　　在亚高山森林生态系统中，土壤节肢动物对分解过程中的微生物群落结构和多样性具有显著影响。这项研究通过在四川省西南部开展为期两年的现场分解实验，探讨了土壤节肢动物对松树（*Abies faxoniana*）和桦树（*Betula albosinensis*）枯落物分解过程中土壤细菌和真菌群落的影响。实验通过添加一种生物杀灭剂——萘，控制土壤节肢动物对枯落物的访问，从而比较其存在与否对微生物群落的影响。研究发现，土壤节肢动物的存在显著增加了真菌和细菌的磷脂脂肪酸（PLFAs）含量，以及细菌的香农多样性指数和均匀度指数，但在桦树枯落物分解720天后，却降低了真菌的α多样性。同时，土壤节肢动物的存在促进了桦树枯落物微生物群落的网络复杂性，而松树枯落物则表现出更强的中性过程主导。这些结果表明，土壤节肢动物对微生物群落的调控作用依赖于枯落物的化学特性，而这些特性在分解过程中对微生物群落的动态变化起着关键作用。

土壤节肢动物和微生物在分解链中扮演着重要的角色，它们共同影响着森林生态系统的生产力和养分循环。土壤节肢动物通过物理破碎作用，增加了微生物的栖息地和资源可用性，从而刺激微生物的生长和多样性。然而，某些土壤节肢动物也会对真菌菌丝或细菌和真菌进行捕食，从而减少微生物的生物量并改变群落结构。此外，节肢动物和微生物之间的相互作用可能类似于捕食者与猎物的关系，这种关系在分解后期可能因资源竞争而变得更加明显。研究还发现，微生物群落的组装过程受到确定性和随机性过程的共同影响，其中细菌群落更倾向于由随机性过程主导，而真菌群落则主要由确定性过程调控。这表明，不同类型的微生物对土壤节肢动物的响应存在差异，其群落结构的变化可能受到不同的生态机制影响。

在实验设计中，研究人员选择了两种类型的枯落物（松树和桦树）进行研究，并在实验过程中设置了土壤节肢动物存在和不存在两种处理。实验地点位于中国西南部的亚高山森林生态系统研究站，该地区具有较低的年平均温度和中等的年平均降水量，这为研究土壤节肢动物对微生物群落的影响提供了理想的自然环境。通过使用不同大小的网袋来收集枯落物样本，并在不同时间点进行取样和分析，研究人员能够跟踪微生物群落随时间的变化情况。此外，通过分析枯落物的化学成分，如氮（N）、磷（P）和木质素（lignin）含量，以及它们的化学计量比（C/N、N/P和C/P），研究人员进一步揭示了这些化学特性如何在土壤节肢动物和微生物之间的相互作用中发挥关键作用。

研究结果表明，土壤节肢动物的存在对微生物群落的结构和多样性产生了深远的影响。在分解过程中，土壤节肢动物促进了微生物的多样性和网络复杂性，但同时也可能对某些微生物群落产生抑制作用。例如，在桦树枯落物中，土壤节肢动物的存在显著提高了真菌和细菌的PLFA含量，但在松树枯落物中，却降低了真菌的α多样性。这种差异可能与不同枯落物的化学特性有关，例如桦树枯落物通常具有更高的营养可用性和较低的木质素含量，这使得它更容易吸引土壤节肢动物并促进微生物的生长。此外，研究还发现，土壤节肢动物的存在显著增加了微生物群落的网络复杂性，尤其是在桦树枯落物中，其网络节点和边的数量均有所增加。然而，在某些情况下，土壤节肢动物的存在也会减少网络的模块性，表明微生物群落的结构正在向更加紧密和复杂的网络转变。

研究还通过随机森林（Random Forest）和偏最小二乘路径建模（Partial Least Squares Path Modelling, PLS-PM）等方法，探讨了土壤节肢动物和枯落物质量对微生物群落的影响。结果表明，枯落物的化学特性（如N、P含量和化学计量比）是影响微生物群落结构和组成的决定性因素。同时，土壤节肢动物的存在也通过这些化学特性间接影响了微生物群落的结构和多样性。这些发现不仅加深了我们对土壤节肢动物和微生物之间复杂相互作用的理解，也为未来研究提供了新的视角。例如，土壤节肢动物的存在可能通过改变微生物的栖息地和资源可用性，促进微生物的多样性，同时通过物理破碎作用增加微生物之间的相互作用，从而影响整个分解过程的效率和模式。

此外，研究还发现，微生物群落的组装过程在不同处理条件下表现出不同的特征。在土壤节肢动物存在的情况下，细菌群落的中性过程主导，而在节肢动物不存在的情况下，中性过程的影响力增强，同时网络复杂性降低。这表明，土壤节肢动物可能在促进微生物多样性的同时，也对微生物群落的结构和组成产生了一定的调控作用。相比之下，真菌群落的组装过程主要由确定性过程主导，这可能与真菌对难降解有机物的高效降解能力有关。研究还指出，枯落物的化学特性在调节微生物群落动态中起着关键作用，尤其是在分解过程中，这些特性可能通过影响微生物的资源获取和利用，进而改变微生物的群落结构和功能。

研究还强调了土壤节肢动物对微生物群落的调控作用可能受到不同分解阶段的影响。例如，在分解初期，土壤节肢动物的存在可能通过增加微生物的栖息地和资源可用性，促进微生物的快速响应和多样性。而在分解后期，土壤节肢动物的存在可能通过改变微生物的资源竞争格局，进而影响微生物的群落组成和网络结构。这种动态变化表明，土壤节肢动物与微生物之间的相互作用并非单一的，而是随着时间推移和环境条件的变化而不断调整。

总的来说，这项研究揭示了土壤节肢动物在分解过程中对微生物群落的深远影响。通过改变枯落物的化学特性和物理结构，土壤节肢动物不仅影响了微生物的生物量和多样性，还可能通过促进或抑制微生物之间的相互作用，影响整个分解过程的效率和模式。这些发现为理解亚高山森林生态系统中节肢动物与微生物之间的相互作用提供了重要的理论依据，同时也为未来研究提供了新的方向。例如，进一步研究不同分解阶段的微生物群落动态，以及如何通过化学调控来优化微生物的多样性，将是未来研究的重要课题。此外，研究还指出，使用生物杀灭剂（如萘）可能会带来一定的局限性，因此未来的研究应考虑采用更精确的物理隔离方法，以减少对微生物群落的干扰，从而更准确地评估节肢动物对微生物群落的影响。