蚯蚓在生态系统中的作用

蚯蚓能够对许多决定土壤肥力的过程产生重要影响, 被称为“生态系统工程师”。它通过取食、消化、排泄和掘穴等活动在其体内外形成众多的反应圈, 从而对生态系统的生物、化学和物理过程产生影响。蚯蚓在生态系统中既是消费者、分解者, 又是调节者, 它在生态系统中的功能具体表现在: (1) 对土壤中有机质分解和养分循环等关键过程的影响; (2) 对土壤理化性质的影响; (3) 与植物、微生物及其他动物的相互作用。蚯蚓活动及其在生态系统中的功能受蚯蚓生态类群、种群大小、植被、母岩、气候、时间尺度以及土地利用历史的综合控制。蚯蚓外来种入侵与生态系统的关系以及蚯蚓对全球变化的响应和影响是两个值得关注的问题。土壤本身的复杂性, 蚯蚓自然历史和生物地理学知识的缺乏, 野外控制蚯蚓群落方法的滞后等都限制了蚯蚓生态学的发展。其他新技术如研究养分循环的碳氮同位素分析和揭示土壤微结构的图像分析等技术的应用是蚯蚓生态功能研究的迫切需要。     

蚯蚓调控土壤微生态缓解连作障碍的作用机制

连作障碍不仅严重影响作物产量, 而且会导致土壤生物多样性下降、有益微生物减少及病原菌增加等一系列微生态失衡问题。土壤微生态失衡反作用于植物, 导致植物发生更严重的病害、减产等。作为土壤生态系统工程师, 蚯蚓的取食、掘洞和爬行等活动对土壤微生态具有重要的调控作用, 既可以改善土壤环境, 又可以强化土壤生物群落功能, 有望为缓解作物的连作障碍问题提供一条新途径。本文总结了土壤微生态与土壤功能维持及蚯蚓调控土壤生物作用的研究进展, 在此基础上, 结合蚯蚓对化感物质降解作用的研究, 分析了蚯蚓通过调控土壤微生态缓解作物连作障碍的微生物作用机制的三条途径: 直接调控微生物群落、通过改变化感物质组成以及通过调控土壤动物区系调控微生物群落。蚯蚓对微生物群落的调控可改善失衡的土壤根际微生态, 有效缓解作物连作障碍。     

蚯蚓在环境安全研究中的应用

蚯蚓在环境污染的生态毒理学诊断方面具有重要生态学意义,这是蚯蚓在环境安全研究中应用的基础。本文概述了蚯蚓生态毒理诊断的一些试验方法,包括急性毒性试验法、田间生态毒性试验法、污染环境的生物检测法和微观生物指标检测法。在这基础上,就蚯蚓的环境安全生态指示研究进展进行了剖析与展望。还从蚯蚓处理生活垃圾与农业有机废弃物以及污水的蚯蚓过滤处理等应用方面,论述了蚯蚓在污染环境解毒过程中的重要生态作用及今后的发展方向。     

蚯蚓净化环境的生态功能

蚯蚓在土壤中有着重要的环境净化作用,利用蚯蚓对土壤中的有机废弃物进行生物处理．越来越受到研究人员的关注和重视。蚯蚓可以吞食土壤中大量的有机废弃物,并通过与微生物的协同作用,进行分解,促进土壤生态系统的再循环。从蚯蚓对有机垃圾分解、污水处理和土壤修复3个方面．系统地阐述了蚯蚓在净化土壤环境方面的应用及研究现状,并探讨了蚯蚓在环境净化方面广阔的应用前景。     

蚯蚓对土壤微生物及生物肥力的影响研究进展

蚯蚓被称为“生态系统工程师”,可以通过改善微生境(排粪、作穴、搅动)、提高有机物的表面积、直接取食、携带传播微生物等方式影响土壤微生物结构、组成和功能.蚯蚓活动形成的大孔隙(洞穴)、中、微空隙(排泄物)可以增加土壤孔隙度和通气性,有助于改善微生物微环境,促进其生长和繁殖.蚯蚓还通过取食、粉碎、混合等活动使复杂有机质转变为微生物可利用的形式,增加土壤微生物与有机质的接触面积,促进微生物对有机质的矿化作用,对土壤中碳、氮、磷养分循环等关键过程产生影响,最终促进土壤养分循环和周转速率,提高土壤生物肥力.     

土壤微生物组与土壤健康

土壤健康在保障粮食安全和维持陆地生态系统功能方面起到举足轻重的作用,是农业可持续发展之本.土壤作为一个动态生命系统,其健康与土壤微生物组息息相关.土壤微生物组通过自身代谢参与元素循环和污染物降解等过程,同时在增强根际免疫,提高土壤肥力和作物产量方面扮演关键的角色,对土壤健康乃至人类健康具有重要意义.由于土壤生态系统的复杂性,目前对土壤微生物组与土壤健康关系的认知仍比较缺乏,不利于土壤健康的维持和提升.因此,本文围绕元素循环、污染消解和土传病害防控等三大土壤生态功能,系统梳理了土壤微生物组在维持和提升土壤健康中的重要作用,归纳了土壤微生物组作为评价土壤健康指标的研究进展,提出了利用土壤微生物组调控土壤健康的新途径.本文最后对土壤微生物组与土壤健康研究进行了展望,以期对维护土壤健康,改善土壤生态系统功能以及保障粮食安全提供科学依据.     

稳定性同位素核酸探针技术DNA-SIP 原理与应用

稳定性同位素核酸探针技术DNA-SIP(Stable isotope probing),是将复杂环境中微生物物种组成及其生理功能耦合分析的有力工具.微生物的体积在μm尺度,因此,自然环境中微生物群落在μm尺度下生理过程的发生、发展,其新陈代谢物质在环境中累积与消减的动力学变化规律,形成了微生物生理生态过程,决定了不同尺度下生态系统物质和能量的良性循环.利用稳定性同位素示踪复杂环境中微生物基因组DNA,实现了单一微生物生理过程研究向微生物群落生理生态研究的转变,能在更高更复杂的整体水平上定向发掘重要微生物资源,推动微生物生理生态学和生物技术开发应用.本文重点探讨了DNA-SIP的技术原理、主要技术瓶颈及对策,初步展望了DNA-SIP为基础的环境微生物基因组学发展趋势.     

蚯蚓对土壤-植物系统生态修复作用研究进展

土壤-植物系统是生物圈的基本结构单元,土壤与植物之间存在密切的相互反馈。土壤退化导致植物面临各种非生物胁迫,植物的生理代谢遭到干扰,养分获取受到抑制。蚯蚓被称为“生态系统的工程师”。蚯蚓能够通过调控土壤物理-化学-生物学特性,改良退化土壤(盐碱土、重金属和有机污染物污染土壤),缓解植物所受胁迫,增加土壤养分有效性,促进植物生长,并通过自身分泌的信号物质提高植物的抗逆性。蚯蚓对土壤-植物系统的生态修复作用,对于改善植物生长环境、维持土壤生态系统健康和稳定具有重要意义。     

接种内生降解菌Stenotrophomonas pavanii DJL-M3对多菌灵胁迫下水稻根际微生态的影响

内生降解菌定殖可促进水稻中农药等有机污染物的降解代谢,研究功能内生菌对农药暴露下水稻根际微生态的影响,可为利用植物-微生物互作调控农作物农药残留及修复农田生态环境污染提供科学依据。以水稻根际土壤中的蚯蚓、土壤酶和微生物群落为研究对象,分析接种内生菌Stenotrophomonas pavanii DJL-M3对水稻根际微生态响应多菌灵胁迫的影响。结果表明：多菌灵暴露导致水稻根际土壤过氧化氢酶活性增强,脲酶和蔗糖酶活性被抑制;多菌灵污染可对水稻根际周围的蚯蚓造成氧化损伤,致使其体内丙二醛累积并诱导超氧化物歧化酶和乙酰胆碱酯酶过表达;多菌灵残留显著降低水稻根际土壤微生物群落的多样性与碳源代谢活性。接种内生降解菌S.pavanii DJL-M3促进了水稻根际残留多菌灵的降解,缓解根际土壤微生物与蚯蚓所受胁迫压力,显著提高了土壤脲酶、蔗糖酶活力以及蚯蚓的存活率,并有效提升了水稻根际微生物群落的代谢活性与多样性。因此,接种内生降解菌S.pavanii DJL-M3有助于多菌灵残留污染下稻田土壤生态环境的恢复。     

消落带生态系统氮素截留转化的主要机制及影响因素

消落带是陆地与水体(河流、湖泊、水库、湿地以及其他特殊水体)之间的生态过渡带,具有独特的生态水文学和生物地球化学过程,是截留和转化NH₄⁺、NO₃^-等非点源氮素进入水体的最后一道生态屏障.整合已有相关研究成果发现: 1)植物固持作用改变氮素在土壤-植被-土壤-大气中相对存在位置;2)微生物反硝化作用将氮素从系统内永久性地去除,是消落带生态系统氮素截留转化的主要机制,但其相对贡献率仍有很大的不确定性.在不同流域背景条件下,影响消落带生态系统氮素生物地球化学循环的主要生态因子变化较大,很难确定地下水位高低、植被状况、微生物属性和土壤基质等哪一个生态因子是驱动消落带生态系统氮素循环的关键因子.研究方法的局限性、大的时空尺度数据的缺乏及对植被宽度认识的模糊性,是导致消落带生态系统氮素截留转化结果变异性大的主要原因.因此,应在消落带生态系统具体研究区位环境因子基础上,利用数学模型、GIS、RS等分析方法及同位素示踪和气体联用测定等定量分析技术,从不同时空尺度研究消落带生态系统氮素的循环与转化规律,以实现消落带生态系统氮素截留转化最优化,为消落带生态系统的科学管理提供理论基础.     

环境DNA技术在地下生态学中的应用

地下生态过程是生态系统结构、功能和过程研究中最不确定的因素。由于技术和方法的限制,作为"黑箱"的地下生态系统已经成为限制生态学发展的瓶颈,也是未来生态学发展的主要方向。环境DNA技术,是指从土壤等环境样品中直接提取DNA片段,然后通过DNA测序技术来定性或定量化目标生物,以确定目标生物在生态系统中的分布及功能特征。环境DNA技术已成功用于地下生态过程的研究。目前,环境DNA技术在土壤微生物多样性及其功能方面的研究相对成熟,克服了土壤微生物研究中不能培养的问题,可以有效地分析土壤微生物的群落组成、多样性及空间分布,尤其是宏基因组学技术的发展,使得微生物生态功能方面的研究成为可能;而且,环境DNA技术已经在土壤动物生态学的研究中得到了初步应用,可快速分析土壤动物的多样性及其分布特征,更有效地鉴定出未知的或稀少的物种,鉴定土壤动物类群的幅度较宽;部分研究者通过提取分析土壤中DNA片段信息对生态系统植物多样性及植物分类进行了研究,其结果比传统的植物分类及物种多样性测定更精确,改变了以往对植物群落物种多样性模式的理解。同时,环境DNA技术克服传统根系研究方法中需要洗根、分根、只能测定单物种根系的局限,降低根系研究中细根区分的误差,并探索性地用于细根生物量的研究。主要综述了基于环境DNA技术的分子生物学方法在土壤微生物多样性及功能、土壤动物多样性、地下植物多样性及根系生态等地下生态过程研究中的应用进展。环境DNA技术对于以土壤微生物、土壤动物及地下植物根系为主体的地下生态学过程的研究具有革命性意义,并展现出良好的应用前景。可以预期,分子生物学技术与传统的生态学研究相结合将成为未来地下生态学研究的一个发展趋势。     

小尺度森林生态功能分区研究——以台湾惠荪林场为例

基于景观生态学中结构与功能相互依存的理念 ,选定小尺度森林为研究对象 ,根据生态系统内部结构特性 ,确立森林生态功能的空间定位 ,以提高森林生态系统的功能与价值。研究首先基于森林生态系统具有生物生产、环境服务及文化支持等基本功能 ,提出上述功能应通过森林生产、教学实习、科学研究、休闲游憩和生态保护等功能区加以体现。后依据研究区环境特征进行影响因子分析 ,结合景观生态与生态规划相关理论 ,构建森林生态功能分区方案。在案例实践中 ,选择台湾惠荪林场进行研究 ,配合研究区现况 ,期望通过功能区与结构的空间调整 ,达到服务功能的优化。     

红壤生态学

红壤是一种重要类型的土壤,面积大、分布广,条件优越,开发利用潜力巨大。当前,红壤退化严重、生态环境问题突出,亟待研究治理。建立红壤生态学,将红壤生态学的理论与技术运用到红壤的生态治理、环境改善及其合理开发利用中,既是现实需要又是形势所迫,势在必行。红壤生态学是由土壤学与生态学交叉、复合而形成的一门新兴、边缘农业应用科学,是土壤生态学的一个分支学科。红壤生态学以红壤为研究对象,探索红壤生态系统中生物与生物、生物与环境、环境因子与环境因子之间的相互关系及其作用机理,深入揭示红壤生态系统的结构、功能、演变规律及调控措施,最终目标是要实现红壤资源的可持续利用和红壤生态系统的可持续发展。红壤生态学着重研究以下7个方面的内容:(1)红壤生态系统的结构;(2)红壤生态系统的功能;(3)红壤生态系统的演变;(4)红壤生态系统的退化;(5)红壤生态系统的平衡;(6)红壤生态系统的调控;(7)红壤资源的开发利用。红壤生态学具有以下几个明显的特征:交叉性与边缘性、复合性与综合性、实践性与应用性、理论性与学术性、多样性与复杂性、层次性与系统性,以及长期性与战略性。今后,红壤生态学将向着规范化、数字化、高效化、国际化方向发展。为促进红壤生态学的又好又快发展,应采取以下战略对策:一是培养专门人才;二是增加物质投入;三是建设研发平台;四是加强交流合作;五是勇于开拓创新。     

分子水平和土壤系统化感作用研究现状与展望

化感作用是生态学研究中的十分活跃的领域之一。除概述化感作用对于植物细胞、组织以及环境胁迫对于化感效应的影响外 ,本文主要讨论了在分子和土壤生态系统水平上的化感作用的研究。在分子水平化感作用研究中 ,主要从化感基因的定位、蛋白质和核酸合成、基因表达和调控以及生化机制等几个方面进行了论述。在化感作用对于土壤生态系统的影响方面 ,主要对其在土壤性质、土壤微生物和土壤动物方面的效应进行了评述。最后 ,并就化感作用研究中存在的问题和未来发展提出一些看法与展望。     

土壤动物群落研究进展

许多研究表明:土壤动物群落与土壤环境有密切关系,土壤动物的群落结构、功能在土壤生态系统中有不可替代的重要作用,是系统正常运行的关键环节,土壤动物逐渐成为生态学和土壤学领域研究的热点之一。本文介绍了我国土壤动物区系研究进展,从群落结构、群落功能和群落演替三个方面分析了国内外土壤动物群落在森林和农业生态系统中最新研究现状,内容包括土壤环境评价、凋落物分解、土壤健康的指示作用、与污染环境的关系等几个方面,最后从全球环境变化、土壤生态系统过程和土壤生物多样性保护等三个重要领域提出土壤动物群落研究展望和建议。     

我国东北森林土壤动物生态学研究现状与展望

土壤动物在生态系统养分循环和能量流动中起到重要的作用。近年来土壤动物生态学研究已成为当前生态学研究的热点与前沿领域。土壤动物生态学研究在国际上已有60多年的历史, 但在我国真正意义上的土壤动物生态学研究起始于20世纪70年代末东北长白山的研究。本文概述了东北森林土壤动物生态学研究的三个阶段, 并重点从以下方面总结了近10年的研究现状与进展: 土壤动物分布格局及多样性、土壤动物对环境因子的响应、土壤动物在生态系统中的功能作用研究。本文可为进一步拓展东北森林土壤动物生态学研究并为我国其他地区深入开展土壤动物生态学研究提供参考。未来东北森林土壤动物生态学研究应该关注: 土壤动物与微生物交互作用、土壤动物对全球变化的响应、地上与地下生态系统的交互作用以及分子生物学技术在土壤生物研究中的应用。     

土壤动物粒径谱研究进展

群落结构如何响应环境变化是生态学研究长期关注的核心问题之一。粒径谱由个体大小和多度构建而来,与营养级转换速率相关、反映生态系统过程动态以及表征生态系统稳定性,可以将其视为一个综合的功能多样性指标用于预测和表征群落的组成以及生态系统功能如何响应环境压力。粒径谱研究最初始于水生生态系统,近年来被引入到土壤动物群落生态学的研究中。简要回顾粒径谱的概念由来及理论基础,分析比较了当前粒径谱研究中的4种易混淆类型,介绍了常用的两类土壤动物粒径谱构建方法及其生态学意义,梳理了土壤动物粒径谱对环境梯度响应与生态化学计量学相结合的研究进展,并指出了应用粒径谱研究土壤动物群落的难点及限制条件。未来,在基础理论研究方面,土壤动物粒径谱应关注个体大小与营养级位置及能量利用关系;在应用方面,土壤动物粒径谱可结合传统的分类方法广泛应用于指示环境污染、生态恢复、保育生物以及土地利用变化等。     

全球变化背景下内蒙古草原土壤微生物多样性维持机制研究进展

全球变化对人类环境的影响是近几十年世界广泛关注的热点之一。内蒙古草原不仅是我国重要的牲畜和饲料生产基地, 而且有着不可替代的生态系统功能。土壤微生物是地球上多样性最高的生物类群, 在驱动碳氮循环等多种生态系统过程中发挥着至关重要的作用。由于研究技术的限制和群落结构复杂等原因, 土壤微生物生态学研究还处于描述性阶段, 理论研究还很缺乏。鉴于此, 利用分子生物学技术尤其是新一代测序技术, 从理论层面上系统地研究全球变化背景下我国北方草地微生物多样性的维持机制具有重要意义。本文在比较各种环境变化对土壤微生物群落的相对影响的基础上, 分析全球变化对微生物多样性影响的物理化学和生态学机制, 并对未来内蒙古草原微生物多样性的重点研究领域进行了展望, 包括: (1)加强全球变化多因素综合研究; (2)加强微生物多样性维持的生态学机制的研究; (3)加强地上与地下多样性关联机制的研究; (4)加强全球大尺度多生态系统的整合研究。     

种间互作网络的结构、生态系统功能及稳定性机制研究

生态群落中不同物种间发生多样化的相互作用, 形成了复杂的种间互作网络。复杂生态网络的结构如何影响群落的生态系统功能及稳定性是群落生态学的核心问题之一。种间互作直接影响到物质和能量在生态系统不同组分之间的流动和循环以及群落构建过程, 使得网络结构与生态系统功能和群落稳定性密切相关。在群落及生态系统水平上开展种间互作网络研究将为群落的构建机制、生物多样性维持、生态系统稳定性、物种协同进化和性状分化等领域提供新的视野。当前生物多样性及生态系统功能受到全球变化的极大影响, 研究种间互作网络的拓扑结构、构建机制、稳定性和生态功能也可为生物多样性的保护和管理提供依据。该文从网络结构、构建机制、网络结构和稳定性关系、种间互作对生态系统功能的影响等4个方面综述当前种间网络研究进展, 并提出在今后的研究中利用机器学习和多层网络等来探究环境变化对种间互作网络结构和功能的影响, 并实现理论和实证研究的有效整合。     

土壤溶解性有机质的特性与环境意义

土壤生态环境是一个复杂的多介质多界面体系,尽管关于土壤溶解性有机质 研究还不完善,但现有的研究表明,它是这一环境中最为活跃的化学组成之一。由于土壤溶解性有机质在C、N、P和S等营养元素的生物地球化学过程、成土过程、微生物的生长代谢过程、土壤有南分解和转化过程以及土壤污染物的迁移过程有着重要的作用,因此已成为土壤科学、生态科学和环境科学交叉领域的研究热点,本文从土壤溶解性有机质的提取方法、来源、组成、含量和影响因素、生物有效性及环境意义等方面的研究进展作了简要的论述,同时提出了未来的研究方向。