凋落物分解是驅動陸地生態系統養分循環的重要途徑之一[1]。所謂“主場優勢”(HFA),是指本地凋落物在“主場”環境中的分解速度比移植到“客場”環境后更快[2,3]。研究發現,凋落物分解的HFA效應可能有正面、中性或負面的影響[4],這表明HFA效應并不總是恒定的,并且可能會隨著分解階段的不同而變化[2,5]。HFA效應可能促進森林生態系統中凋落物資源的有效利用,并通過優化凋落物分解過程來提高土壤肥力,從而為林業管理提供依據[6,7]。盡管HFA效應非常重要,但其背后的機制和影響纖維素及木質素降解的因素仍不清楚。因此,需要進一步的實驗來闡明這些復雜驅動因素。
在空間尺度較小或沒有氣候變化的條件下,凋落物質量(包括養分和木質素含量)以及土壤生物在決定凋落物周轉和養分釋放方面起著決定性作用[8],[9],[10],[11]。大多數先前的研究表明,凋落物質量(如碳氮比)是影響HFA效應的關鍵因素。高質量凋落物(碳氮比較低)可能產生較弱的HFA效應,因為其易分解的成分有利于各種分解者進行分解[2,12]。而對于低質量凋落物(碳氮比較高),由于富含木質素和其他難以降解的化合物,需要特定的分解者來分解[13],[14],[15],因此HFA效應應該更為明顯。
與更難降解的植物化合物(如木質素)相比,土壤動物群更傾向于分解纖維素[16]。在分解后期,土壤動物群能夠加速木質素的降解[17,18]。纖維素和木質素是植物凋落物的主要成分,它們不同的化學性質導致了不同的分解途徑,從而可能產生正向或負向的HFA效應。此外,“基質質量-矩陣質量相互作用”(SMI)假說認為,當“主場”和“客場”環境之間的凋落物質量差異較大時,客場凋落物的分解速度較慢,從而產生正向的HFA效應[19]。然而,也有一些研究未發現凋落物質量差異對HFA效應有顯著影響[18]。這表明,“主場”和“客場”凋落物質量在驅動HFA效應方面的作用仍有爭議。因此,HFA效應可能取決于凋落物質量與土壤動物群組成之間的相互作用,但這些相互作用仍相對未知,需要進一步闡明。為了闡明HFA效應,需要更全面地了解凋落物中纖維素和木質素的降解過程。
纖維素和木質素的生物降解是通過土壤動物群與碎屑食物網中的微生物之間的復雜營養相互作用來實現的[16,20]。土壤動物群的攝食行為、物種豐富度和功能組成共同調節了凋落物中木質素和纖維素的分解模式[21,22]。凋落物分解中的HFA效應主要由適應當地凋落物特性的專門化土壤分解者群落介導[23],[24],[25]。土壤動物群的專化需要適宜的微氣候條件(如最佳的土壤濕度和溫度),這些條件最終影響了HFA效應的強度。Milcu和Manning(2011)發現,在中演替階段,HFA效應主要由中型動物群介導[14]。我們之前的研究表明,在實驗開始時,土壤動物群已經對單一物種的凋落物分解具有專化性[26]。然而,土壤動物群如何調節森林生態系統中纖維素與木質素降解的HFA效應仍不清楚。
由于森林生態系統的植物多樣性,混合凋落物分解更為普遍[27]。混合凋落物可以促進土壤動物群的活動,不同凋落物物種的混合可能會增加化學多樣性和微生境的復雜性[28],[29],[30]。凋落物混合對土壤動物群組成的促進作用取決于基質質量[31]。纖維素和木質素的降解是一個動態過程,對土壤有機物的循環至關重要[20,32,33]。盡管凋落物質量和土壤微生物群落調節了凋落物分解中的HFA強度,但這些效應不能完全由HFA效應來解釋。為了確定土壤動物群如何影響中國溫帶闊葉林生態系統中混合凋落物的纖維素和木質素降解,我們在蒙古櫟(Quercus mongolica Fisch. ex Ledeb.)森林和混合森林之間進行了野外相互移植實驗。我們提出了以下假設:(1)土壤動物群在高質量凋落物組合中增加了纖維素和木質素的降解;(2)由于土壤動物群的專化性,混合凋落物中纖維素和木質素的降解之間存在解耦關系。