Effects of experimental nitrogen and/or phosphorus additions on soil nematode communities in a secondary tropical forest

Resumo

Nos ecossistemas de florestas tropicais, os solos altamente intemperizados costumam ser considerados relativamente ricos em nitrogênio, mas pobres em fósforo. A disponibilidade de nutrientes regula muito os processos e as funções do ecossistema das florestas tropicais. No entanto, pouco se sabe sobre como as adições de nitrogênio e/ou fósforo afetam as condições da cadeia alimentar do solo, que é um componente importante dos ecossistemas subterrâneos. No presente estudo, as comunidades de nematoides do solo foram monitoradas e serviram como indicadores das condições da cadeia alimentar do solo sob adições experimentais de nitrogênio e fósforo em uma floresta secundária na China tropical. As principais curvas de resposta da estrutura da comunidade de nematoides do solo revelaram a mesma tendência de mudanças sob adições de nitrogênio e/ou fósforo em comparação com o controle, em termos de composições de guildas funcionais de nematoides: sucessões aparentes de comunidades dominadas por He3 e Ba1 para comunidades dominadas por Ba2 e Fu2 ocorreram após adições de nitrogênio e/ou fósforo. A diversidade de gêneros de nematoides do solo não foi sensível à adição de nitrogênio ou fósforo. A adição de fósforo suprimiu significativamente a densidade total de nematoides, a densidade de predadores onívoros e quatro índices faunísticos de nematoides (ou seja, MI25, EI, SI e SFI), mas aumentou dois índices faunísticos (ou seja, CI e BaI). No entanto, a adição de nitrogênio não induziu mudanças notáveis nessas variáveis no presente estudo. Nossos resultados sugerem que as adições de nitrogênio e/ou fósforo suprimem os nematoides do solo em florestas secundárias tropicais, o que foi inconsistente com nossa expectativa de que a adição de nitrogênio fosse prejudicial e a adição de fósforo fosse favorável aos nematoides do solo nesse solo rico em nitrogênio, mas pobre em fósforo. Além disso, os efeitos da adição de fósforo são mais poderosos do que os efeitos da adição de nitrogênio. Além disso, a adição de fósforo degrada a estrutura e as ligações tróficas da rede alimentar do solo, reduz a utilização de carbono dos nematoides do solo e leva a uma via de decomposição mais dominada por fungos. As alterações das condições da rede alimentar do solo podem resultar em alterações no funcionamento do ecossistema. Nossas descobertas podem proporcionar uma melhor compreensão das respostas da rede alimentar do solo às adições de nitrogênio e fósforo em solos ricos em nitrogênio, mas pobres em fósforo.

Abstract

In tropical forest ecosystems, highly weathered soils are often considered as relatively nitrogen-rich but phosphorus-poor. Nutrient availability greatly regulates ecosystem processes and functions of tropical forests. However, little is known about how nitrogen and/or phosphorus additions affect the conditions of soil food web which is an important component of belowground ecosystems. In the present study, soil nematode communities were monitored and served as indicators of soil food web conditions under experimental nitrogen and phosphorus additions in a secondary forest in tropical China. The principal response curves of soil nematode community structure revealed same tendency of changes under nitrogen and/or phosphorus additions compared with control, in terms of nematode functional guild compositions: apparent successions from communities dominated by He3 and Ba1 to communities dominated by Ba2 and Fu2 occurred after nitrogen and/or phosphorus additions. The diversity of soil nematode genera was not sensitive to either nitrogen or phosphorus addition. Phosphorus addition significantly suppressed total nematode density, density of omnivore-predators, and four nematode faunal indices (i.e. MI25, EI, SI, and SFI), but increased two faunal indices (i.e. CI and BaI). However, nitrogen addition did not induce remarkable changes of these variables in the present study. Our results suggest that nitrogen and/or phosphorus additions suppress soil nematodes in tropical secondary forests, which was inconsistent with our expectation that nitrogen addition was detrimental to and phosphorus addition was conducive to soil nematodes in this nitrogen-rich but phosphorus-poor soil. Furthermore, the effects of phosphorus addition are more powerful than the effects of nitrogen addition. Moreover, phosphorus addition degrades the structure and trophic links of the soil food web, reduces the carbon utilization of soil nematodes, and leads to a more fungal dominated decomposition pathway. The alterations of soil food web conditions might result in altered ecosystem functioning. Our findings could provide a better understanding of the responses of soil food web to nitrogen and phosphorus additions in nitrogen-rich but phosphorus-poor soils.