为什么研究枯叶?

植物是地球上所有生命的基础。由于它们的叶子,植物可以使用来自太阳的能量来捕捉空气中的二氧化碳并将其转换成糖。这个过程称为光合作用地球上的生命,是绝对有必要的。糖是用来种植更多的植物部分(叶、茎、根),然后可以被许多不同的生物。但是植物的叶子只住几个月到几年。时对植物摆脱他们,枯叶积累在土壤中另一个重要的过程开始的地方:枯叶分解。这分解光合作用过程是一样重要的,因为它允许的碳,叶子是由回到大气中二氧化碳,可以再次使用的其他植物。通过分解、养分中包含的枯叶也回归土壤,在那里他们可以被再次使用植物形成新的叶子。只是由于这个脆弱的光合作用和分解之间的平衡,生命的循环继续。

微生物分解枯叶

分解是如何发生的?这个关键的过程主要是由一组土壤生物:微生物。微生物的蘑菇和相同的生物形式由真菌,细菌。微生物是如此微小,它们大多是肉眼看不见的,但他们非常丰富的土壤中。1克土壤微生物可以包含100亿。这些微生物使用枯叶作为他们的食物。他们通过释放出许多不同的消化的叶子酶到周围的土壤。这些酶就像剪刀,大枯叶切成微小的碎片。微生物可以消化这些叶位能源和成长。然后,微生物碳释放回大气二氧化碳。生命的循环可以继续。

但微生物不能分解落叶以同样的速度。一些植物,如松树或山毛榉,形成坚固的叶子,很厚,和穷人的营养。这些叶子是不擅长光合作用,但他们可以即使在困难的条件下生存。因此,当死亡,这些枯叶分解缓慢,因为他们提供一些营养和小表面微生物生长。另一方面,植物像灰树或苜蓿叶形式,薄得多,有更多的营养物质。这些叶子是耐损伤更少但更擅长光合作用。当这些更薄、更有营养的叶子死,他们提供更多的营养和更多的表面积微生物,因此他们分解得更快。

动物帮助微生物分解

并不是唯一的土壤微生物生物分解枯叶。很多大型土壤动物,如千足虫、蚯蚓、潮虫,和蜗牛,也以枯叶(图1 a - c)。在某些类型的森林,甚至在沙漠,大多数的枯叶,每年被这些动物(1- - - - - -4]。然而,所有的这些动物吃的叶子(例如,图1 d),只有一小部分是消化和所使用的动物。大多数返回到土壤粪便- - - - - -换句话说,粪便(图1 e)。这意味着,在这些动物丰富的生态系统,细菌和真菌的主要有机物的来源不是枯叶,但粪便。不管吃的枯叶类型,这些粪便总是远小于枯叶,他们是由成千上万的小叶子块(图1 f)。这种转变从大型、完整的枯叶成小块为微生物生长提供了更多的表面积和分解。

枯叶转换成粪便的重要性不是很好理解。比完整的粪便更容易被微生物分解落叶吗?如果是这样,这种效应更重要的厚,结实的叶子比薄的叶子已经容易被微生物降解的?做所有的动物为食枯叶帮助微生物分解树叶?在这项研究中,我们旨在提供这些问题的答案5]。

粪便工厂:在实验室里研究分解

研究将枯叶转化为粪便的重要性,我们需要发现和收集成千上万的新鲜粪便从各种土壤动物,吃不同种类的枯叶。这是一个不可能完成的任务在野外,因为粪便是非常小的,它是不可能确定动物的物种产生的粪便,或枯叶,动物吃的类型。所以,我们发明了一种新的、特殊类型的实验:粪便工厂。我们开始通过在各种森林和草原的苏格兰低地,我们收集了成千上万的土壤动物6种,包括3倍足纲节动物物种,两个土鳖虫物种,和一个蜗牛的物种。我们也收集了六个树种的枯叶分解速度不同:橡树、山毛榉、榛子、枫树、马栗子和酸橙(图2)。我们把所有的样品带回实验室,使用塑料盒,我们成对每个物种的动物,每种类型的枯叶。总共有36叶/动物的组合。然后我们让动物吃,每周两次为1个月,我们收集他们的粪便。这些粪便是非常多元的:他们不同的颜色取决于被吃掉的枯叶,他们不同的形状取决于动物的类型(图2)。

粪便收集步骤后,我们测量这些粪便分解速度,而完整的枯叶。我们想要测量的情况下,世界各地的其他研究人员可以重复验证我们的结果或比较我们发现那些使用不同的动物或叶的物种。为此,我们创建了小,在实验室人工土壤系统。我们从当地一个小罐子装满了土场和放置少量的粪便或枯叶上的土壤,从土壤中分离表面细网格。网格允许我们检索粪便或枯叶的剩余部分,但它仍然允许从土壤中微生物通过分解粪便或枯叶。我们把罐子在黑暗、温暖、潮湿的房间为6个月。每个星期,我们添加了水罐子保持土壤水分微生物的最佳对策。6个月后,我们剩下的粪便和枯叶检索。我们干重,和样品的质量相比大众开始,告诉我们有多少叶子和粪便被微生物分解,在这6个月。

我们发现了什么?

我们的实验导致了两个非常有趣的发现。首先,我们研究动物物种,我们发现粪便分解快38%平均比枯叶(图3)。这些结果非常一致,即使蜗牛,千足虫,木虱是非常不同的物种。我们认为,动物粪便分解得更快,因为大型枯叶转换成成千上万的小块,这是有利于微生物生长和分解。我们的第二个重要的发现是,分解速度的增加并不是对所有类型的枯叶一样。当动物吃了枯叶,微生物容易分解,他们的粪便不分解速度远远超过枯叶本身。然而,当动物吃了枯叶微生物很难分解,它们的粪便分解更快比吃树叶。正因为如此,之间的巨大差异分解的速度几乎各种类型的枯叶消失一旦被动物吃掉树叶变成粪便。

土壤动物对生命的周期

总之,通过将枯叶转换为粪便、土壤动物加快分解由微生物。这就是为什么我们看不到落叶堆积的土壤,尤其在植物与slow-decomposing叶。更重要的是,通过将枯叶转换为粪便、土壤动物帮助碳从树叶回到大气中二氧化碳,并帮助养分回归土壤,植物可以再次使用这些关键物质。因此,土壤动物帮助维持重要的光合作用和分解之间的平衡,维持呢?所以维持地球上所有生命!

术语表

光合作用:↑植物从太阳光获取能量的过程与它们的叶子将二氧化碳和水转化成糖。

分解:↑复杂的植物或动物的过程被分解成更简单的形式,产生二氧化碳,和养分。

微生物:↑微小的生物,肉眼看不见,如细菌或真菌。也称为“微生物”。

酶:↑蛋白质,可以将大而复杂的分子分解成更小、更简单的分子。

粪便(fee-seez):↑是吃的食物不消化的动物。换句话说,粪便。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

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原始的文章

↑乔利,F.-X。公鸡,S。多尼,M。,大卫,J。-F., Hättenschwiler, S., Mueller, C. W., et al. 2020. Detritivore conversion of litter into faeces accelerates organic matter turnover.Commun。医学杂志。3:660。doi: 10.1038 / s42003 - 020 - 01392 - 4

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引用

[1]↑Sagi, N。Grunzweig, j . M。Hawlena, d . 2019。穴居腐食者调节沙漠生态系统养分循环。Proc。r . Soc。B杂志。Sci。286:20191647。doi: 10.1098 / rspb.2019.1647

[2]↑大卫,j·F。和古登,d . 2002。年度千足虫的摄食率Glomeris marginata麻栎(Quercus冬青属植物在地中海的条件下)落叶。Pedobiologia。46:42-52。doi: 10.1078 / 0031-4056-00112

[3]↑多尼,M。、Hattenschwiler年代。公鸡,S。,大卫·j·f . 2016。落叶消耗macroarthropods和埋葬他们的粪便加强地中海生态系统的分解。生态系统。19:1104-15。doi: 10.1007 / s10021 - 016 - 9990 - 1

[4]↑Carcamo, h·A。安倍,t。普雷斯科特,c, E。霍尔,f . B。Chanway, c . p . 2000。千足虫对凋落物分解的影响、N矿化和微生物群落在沿海森林在不列颠哥伦比亚,加拿大。可以。j。Res。30:817-26。doi: 10.1139 / x00 - 014

[5]↑乔利,F -。X。公鸡,S。多尼,M。,大卫,J。- - - - - - F。、Hattenschwiler年代。穆勒,c W。,等。2020。食腐质者垃圾转化为粪便加速有机质周转。Commun。医学杂志。3:660。doi: 10.1038 / s42003 - 020 - 01392 - 4