我国土壤动物群落生态学研究综述

总结了我国土壤动物群落生态学研究的特点,即区域分布集中于中国东部、研究的生态系统类型广泛、研究角度多种多样与应用研究发展迅速。并从土壤动物群落与环境关系、土壤动物群落的组成和多样性、土壤动物群落结构、土壤动物群落功能、土壤动物群落演替与受干扰生态系统的土壤动物群落6个方面综述其最新研究成果。在此基础上指出我国土壤动物群落生态学中有待开拓的研究领域是基础研究、特色区域和生态系统的研究、土地覆盖/土地利用对土壤动物的影响研究、土壤动物多样性及其保护研究、土壤动物在土壤生态系统和陆地生态系统物质循环和能量流动中的作用研究、全球变化响应研究与土壤动物应用研究。     

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。     

土壤动物群落空间格局和构建机制研究进展

群落空间格局和构建机制一直是生态学研究的核心内容。在生物多样性严重丧失的背景下, 揭示群落空间格局及其构建机制, 有助于深刻理解生物多样性丧失的原因, 更有助于应对生物多样性保护等重大生态环境问题。然而, 陆地生态系统的研究多集中于地上生物群落, 对地下生态系统, 尤其是土壤动物空间格局和构建机制的研究尚不充分。事实上, 土壤动物多样性是全球生物多样性的关键组成之一, 是地下生态系统结构和功能维持的重要部分。对土壤动物空间格局和构建机制的研究, 能明确不同空间尺度条件下土壤动物多样性的维持机制。土壤动物群落常在多种空间尺度形成复杂的空间分布格局, 因此, 本文首先介绍了不同空间尺度主要土壤动物群落的空间自相关性特征, 阐述了土壤动物群落斑块和孔隙镶嵌分布的复杂空间格局。继而阐明这种空间格局主要受生物间作用、环境过滤和随机扩散的调控, 并说明这三个过程对土壤动物群落的调控能力和作用方式。作者提出, 这三个过程仍是今后土壤动物群落空间格局和构建机制研究的重点内容, 需要进一步加强以土壤动物为研究对象的群落构建理论的验证和发展。我国土壤动物群落空间格局和构建机制起步较晚, 希望本文能够促进我国土壤动物生态学相关领域的研究。     

中国西南喀斯特地区土壤动物生态学研究进展

中国西南喀斯特地区生态环境十分脆弱,在人为活动和自然因素的严重干扰下,该区生态系统遭到严重的破坏。土壤动物是喀斯特地区生态系统能量流动和物质循环至关重要的生物驱动因子,在保护和改善土地资源、防控该地区生态退化中有着重要意义。该区土壤动物类群组成丰富,具有明显的表聚性;随石漠化程度的加重,土壤动物类群数有减少的趋势;生境越复杂、扰动越小,土壤动物群落结构也越复杂、个体密度和类群数越高;不同海拔的土壤动物群落结构存在异质性。当前,中国西南喀斯特地区土壤动物生态学研究中存在分类水平不高、生态服务功能研究较少、对自然因素和人为因素响应的研究不够深入等问题。未来中国西南喀斯特地区土壤动物生态学研究应在生物指示作用、生态服务功能、微生态调控与作用机制及对当今热点环境问题的响应等方面展开深入研究。     

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。     

土壤微生物群落构建理论与时空演变特征

土壤微生物作为陆地生态系统的重要组成部分,直接或间接地参与几乎所有的土壤生态过程,在物质循环、能量转换以及污染物降解等过程中都发挥着重要作用。对土壤微生物时空演变规律及其形成机制的研究,不仅是微生物演变和进化的基础科学问题,也是预测微生物及其所介导的生态功能对环境条件变化响应、适应和反馈的理论依据。讨论了土壤微生物群落的定义、测度方法和指标,认为群落是联系动植物宏观生态学与微生物生态学的基础,群落构建机制是宏观和微观生态学都需要研究的核心科学问题;从生态学的群落构建理论出发,阐述了包括生态位理论/中性理论、过程理论和多样性-稳定性理论在土壤微生物时空演变研究中的应用,以及微生物群落在时间和空间上的分布特征及其尺度效应;确立了以微生物群落构建理论为基础、不同时空尺度下土壤微生物群落演变特征为主要内容的微生物演变研究的基本框架。     

大型土壤动物群落对短花针茅草原荒漠化过程的响应

土壤动物是草地生态系统的重要组分,对维持草地生态系统结构与功能的稳定性具有重要作用,研究土壤动物群落对草地荒漠化的响应有助于揭示地下与地上生态过程的联系,全面认识荒漠化的本质。选取鄂尔多斯高原西部未荒漠化(Ⅰ)、轻度荒漠化(Ⅱ)、中度荒漠化(Ⅲ)、重度荒漠化(Ⅳ)及极重度荒漠化(Ⅴ)5种短花针茅荒漠草原生境,采用手拣法对大型土壤动物群落进行了野外调查。共获得1门2纲6目25个土壤动物类群,优势类群为蚁科和金龟子总科幼虫,常见类群8个。结果显示,短花针茅荒漠草原大型土壤动物群落具有温带草原土壤动物群落的基本特征。在荒漠化进程中,大型土壤动物群落优势类群(蚁科和金龟子总科幼虫)未发生变化,但群落总个体密度和类群数显著下降(P0.01,P0.01),群落香浓多样性、丰富度和均匀度降低(P0.01,P0.01,P0.05),群落结构趋于简单。不同荒漠化生境土壤动物群落显示出明显的退化梯度,各土壤动物类群的分布揭示了它们对生境因子的偏好和响应模式的差异。短花针茅草原荒漠化对土壤动物垂直分布的影响具有由个体到类群、由表土层到下层的变化规律,但未改变土壤动物分布的表聚性。荒漠化导致的食物资源减少是蚁科动物个体密度变化的主要原因,轻度荒漠化(Ⅱ)最适宜蚁科动物生存,土壤全氮、有机质和地上生物量对步甲科和象甲科幼虫个体密度影响较大,重度荒漠化(Ⅳ)和极重度荒漠化(Ⅴ)生境将严重影响步甲科和象甲科幼虫的生存,但对金龟子总科和蜘蛛目动物个体密度影响不大。土壤动物与生境因子、生境及荒漠化进程之间的关系综合反应了草地生态系统退化过程。     

矿区废弃地土壤动物研究进展

土壤动物的侵入与定居是矿区废弃地群落结构形成的重要途径.随着矿区废弃地废弃时间的增加,土壤动物群落结构不断改变,这对于矿区废弃地生态系统演替与生态恢复具有重要的作用.本文综述了矿区废弃地土壤动物生态环境、土壤动物迁居与群落演替、土壤动物活动对土壤过程的影响、土壤动物对矿区废弃地环境的响应及其指示意义等方面的研究进展.在对已有成果进行综合分析的基础上,就目前矿区废弃地土壤动物研究中亟待解决的一些问题进行了探讨,并提出今后应加强研究的方向.     

我国土壤线虫生态学研究进展和展望

土壤线虫生态学主要探讨土壤线虫群落和其周围环境(包括生物和非生物)的相互关系, 包括不同生态系统中土壤线虫群落的分布和结构组成、线虫群落与土壤环境及其他土壤生物之间的相互作用等。本文回顾了我国研究者近年来在土壤线虫生态学研究领域的研究现状, 包括不同生态系统土壤线虫群落的分布、组成和多样性及其影响因素, 土壤线虫群落与全球气候环境变化的关系, 土壤线虫群落的生态功能以及土壤线虫群落生态学分析方法的发展及应用。重点评述近年来我国土壤线虫生态学的发展现状, 同时分析和比较了国内外土壤线虫生态学的发展态势, 提出建设全国范围的监测网络的重要性。未来我国土壤线虫生态学的发展方向应继续加强小尺度下土壤微食物网联通性和大尺度下全球气候变化对土壤线虫群落影响的研究以及加强相关新的研究技术方法的应用。     

动物个性研究进展

"个性"是指不同时空条件下动物种群个体间行为的稳定差异。大量的理论和实验性研究表明,个性差异在动物界普遍存在,其是种群多度和分布、物种共存及群落构建的重要驱动因子。介绍了动物个性的概念、分类及衡量指标,将前人测量个性类型的方法加以总结;随后介绍了动物个性的生态学意义,尤其是个性对动物生活史策略、种群分布与多度、群落结构和动态、生态系统功能和过程以及疾病与信息传播等的影响。在此基础上,进一步分析了在人类活动增加等全球变化背景下,动物个性如何调控动物个体行为、种群和群落动态对这些环境变化的响应。阐述了动物个性的形成与维持机制,并对未来的研究方向进行了展望。     

森林土壤微生物对干旱和氮沉降的响应

干旱和氮沉降深刻影响着人类世森林生态系统的生命活动与物质循环,进而影响全球碳平衡、并反馈作用于气候变化。土壤微生物驱动元素的生物地球化学循环和关键土壤生态过程,在气候变化生物学研究方面具有核心地位和全球重要性。本文综述了干旱和氮沉降对森林土壤细菌和菌根真菌的影响。提出未来应加强全球变化多因子交互作用对土壤微生物多样性、活性与生态功能的研究;建立野外长期定位站,强化亚热带森林生态系统与全球变化研究;注重土壤生物之间互作及网络研究;利用微生物大数据建立相关的机理模型等。从认识微生物多样性和群落组成对全球变化的响应与适应,逐步发展为调控利用微生物群落服务于森林的优化管理、生态资源的合理保护与可持续利用,为充分发挥微生物减缓全球气候变化的作用提供理论基础。     

施用生物炭对土壤动物群落的影响研究进展

土壤动物是土壤生物群落不可或缺的组成部分,是调控土壤生态过程重要的生物驱动因子。探明向土壤中施加生物炭对土壤动物群落的影响及二者之间的相互关系,对深刻认识土壤生态系统的运行机制、评价土壤生态服务功能具有重要意义。本文综述了施用生物炭对土壤动物群落的影响及机制,包括生物炭原料、制备温度、施用量的差异对土壤动物群落造成的直接影响,及以生物介导(改变植物生理特性、提高微生物数量)和非生物介导(土壤理化性质的改变)环境条件的改变对土壤动物群落造成的间接影响。低量生物炭添加下(生物炭与土壤质量比＜5%),对土壤动物的生长繁殖和行为活动起促进作用,若施炭量过高(＞10%),则会产生毒害;土壤动物的行为活动也会影响生物炭的稳定性。未来应该加强长期田间定位、时空变异性、多学科交融和分析预测等方面的研究。     

An ecological perspective in aquatic ecotoxicology: Approaches and challenges

This paper aims to highlight the considerable potential of a better integration of ecological theory in aquatic ecotoxicology. It outlines how community ecology, studies on trophic interaction and disturbance ecology could provide an enhanced theoretical basis for aquatic ecotoxicology and increase ecological relevance in environmental risk assessment of chemicals. Based on the literature and own research, approaches from aquatic ecotoxicology are presented, which are based on ecological considerations and address a higher level of biological complexity for risk assessment strategies of chemicals. The concepts of species-sensitivity distribution (SSD), pollution-induced community tolerance (PICT), the use of model ecosystems and the sediment quality triad (SQT) in ecological risk assesment as well as inputs from ecotoxicology into landscape ecology are illustrated. These examples aim to evidence aquatic ecotoxicology as a rewarding field of ecological research.     

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。     

Nematode biomass changes along an elevational gradient are trophic group dependent but independent of body size

Aboveground, large and higher trophic-level organisms often respond more strongly to environmental changes than small and lower trophic-level organisms. However, whether this trophic or size-dependent sensitivity also applies to the most abundant animals, microscopic soil-borne nematodes, remains largely unknown. Here, we sampled an altitudinal transect across the Tibetan Plateau and applied a community-weighted mean (CWM) approach to test how differences in climatic and edaphic properties affect nematode CWM biomass at the level of community, trophic group and taxon mean biomass within trophic groups. We found that climatic and edaphic properties, particularly soil water-related properties, positively affected nematode CWM biomass, with no overall impact of altitude on nematode CWM biomass. Higher trophic-level omnivorous and predatory nematodes responded more strongly to climatic and edaphic properties, particularly to temperature, soil pH, and soil water content than lower trophic-level bacterivorous and fungivorous nematodes. However, these differences were likely not (only) driven by size, as we did not observe significant interactions between climatic and edaphic properties and mean biomasses within trophic groups. Together, our research implies a stronger, size-independent trophic sensitivity of higher trophic-level nematodes compared with lower trophic-level ones. Therefore, our findings provide new insights into the mechanisms underlying nematode body size structure in alpine grasslands and highlight that traits independent of size need to be found to explain increased sensitivity of higher trophic-level nematodes to climatic and edaphic properties, which might affect soil functioning.     

Recent advances in ecological stoichiometry: insights for population and community ecology

Conventional theories of population and community dynamics are based on a single currency such as number of individuals, biomass, carbon or energy. However, organisms are constructed of multiple elements and often require them (in particular carbon, phosphorus and nitrogen) in different ratios than provided by their resources; this mismatch may constrain the net transfer of energy and elements through trophic levels. Ecological stoichiometry, the study of the balance of elements in ecological processes, offers a framework for exploring ecological effects of such constraints. We review recent theoretical and empirical studies that have considered how stoichiometry may affect population and community dynamics. These studies show that stoichiometric constraints can affect several properties of populations (e.g. stability, oscillations, consumer extinction) and communities (e.g. coexistence of competitors, competitive interactions between different guilds). We highlight gaps in general knowledge and focus on areas of population and community ecology where incorporation of stoichiometric constraints may be particularly fruitful, such as studies of demographic bottlenecks, spatial processes, and multi-species interactions. Finally, we suggest promising directions for new research by recommending potential study systems (terrestrial insects, detritivory-based webs, soil communities) to improve our understanding of populations and communities. Our conclusion is that a better integration of stoichiometric principles and other theoretical approaches in ecology may allow for a richer understanding of both population and community structure and dynamics.     

Ecological Theory and Community Restoration Ecology

Community ecological theory may play an important role in the development of a science of restoration ecology. Not only will the practice of restoration benefit from an increased focus on theory, but basic research in community ecology will also benefit. We pose several major thematic questions that are relevant to restoration from the perspective of community ecological theory and, for each, identify specific areas that are in critical need of further research to advance the science of restoration ecology. We ask, what are appropriate restoration endpoints from a community ecology perspective? The problem of measuring restoration at the community level, particularly given the high amount of variability inherent in most natural communities, is not easy, and may require a focus on restoration of community function (e.g., trophic structure) rather than a focus on the restoration of particular species. We ask, what are the benefits and limitations of using species composition or biodiversity measures as endpoints in restoration ecology? Since reestablishing all native species may rarely be possible, research is needed on the relationship between species richness and community stability of restored sites and on functional redundancy among species in regional colonist “pools.” Efforts targeted at restoring system function must take into account the role of individual species, particularly if some species play a disproportionate role in processing material or are strong interactors. We ask, is restoration of habitat a sufficient approach to reestablish species and function? Many untested assumptions concerning the relationship between physical habitat structure and restoration ecology are being made in practical restoration efforts. We need rigorous testing of these assumptions, particularly to determine how generally they apply to different taxa and habitats. We ask, to what extent can empirical and theoretical work on community succession and dispersal contribute to restoration ecology? We distinguish systems in which succession theory may be broadly applicable from those in which it is probably not. If community development is highly predictable, it may be feasible to manipulate natural succession processes to accelerate restoration. We close by stressing that the science of restoration ecology is so intertwined with basic ecological theory that practical restoration efforts should rely heavily on what is known from theoretical and empirical research on how communities develop and are structured over time.     

Resistance of the size structure of the fish community to ecological perturbations in a large river ecosystem

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食微线虫对植物生长及土壤养分循环的影响

近二十多年来, 土壤动物的生态功能受到广泛重视。越来越多的证据表明, 土壤动物和微生物间的相互作用对土壤生态系统过程和植物生长起着重要的调节作用。本文综述了食细菌线虫和食真菌线虫对土壤微生物、土壤氮矿化和植物生长的影响。大量研究发现, 食细菌线虫和食真菌线虫都有助于土壤氮素等养分矿化, 从而促进植物生长。这种作用主要是线虫通过取食活动加速微生物周转, 并通过代谢分泌和释放微生物所固持的养分而实现的。但这种作用会因不同的线虫、微生物和植物的种类以及土壤基质的C/N营养状况而异, 此外还受线虫的营养类群及其与其他土壤动物之间复杂关系的影响。今后应该加强以下几方面的研究: (1)深入研究线虫、微生物和植物之间相互作用的机制; (2) 增加控制实验系统的复杂性, 研究线虫不同功能群之间及其与其他土壤动物之间的关系; (3)加强长期实验和观察, 在较长的时间尺度上了解线虫的生态功能; (4)加强对不同生态系统的研究, 在更大的空间尺度上综合了解土壤线虫的生态功能; (5)在全球气候变化的背景下了解土壤线虫的响应, 并预测土壤线虫对全球变化的反馈。