土壤线虫作为生态指示生物的研究进展

土壤线虫广布于各种类型的土壤中, 在维持土壤生态系统的稳定性、促进物质循环和能量流动等方面发挥着重要的作用, 同时也是理想的环境指示生物。简述了土壤线虫的生活史策略和营养类群的多样性、土壤线虫多样性的生态指数、影响土壤线虫群落多样性的环境因素, 以及线虫作为指示生物在农业生态系统、草地生态系统、森林生态系统的功能作用。提出了全球气候变化背景下对青藏高原高寒草地土壤线虫分类、群落结构特征以及土壤线虫的生物指示作用研究的必要性, 并对土壤线虫未来的发展趋势做了展望。     

农田土壤线虫多样性研究现状及展望

目前土壤生物多样性已成为土壤生态学研究的热点问题之一。土壤生物以不同的方式改变着土壤的物理、化学和生物学特性。在农田生态系统中, 土壤动物是分解作用和养分矿化作用等生态过程的主要调节者。线虫作为土壤中数量最丰富的后生动物, 其生活史和取食类型多样, 在生态系统中发挥着重要作用。本文介绍了农田生态系统中影响线虫多样性的主要因素; 回顾了土壤线虫的物种多样性、营养类群多样性、生活史多样性和功能多样性的研究现状; 并提出了今后农田生态系统线虫多样性研究的重点。建议通过综合土壤线虫的生活史策略和营养类群等信息, 深入了解其生物多样性和土壤生态系统功能, 从而更好地发挥土壤线虫对农田生态系统变化的生物指示作用。     

生物土壤结皮对荒漠土壤线虫群落的影响

在干旱的沙漠生态系统中,生物土壤结皮对于沙丘的固定和土壤生物的维持起着相当重要的作用.土壤线虫能敏感的指示土壤的恢复程度,是衡量沙区生态恢复与健康的重要生物学属性,而目前关于生物土壤结皮与土壤线虫的关系研究很少.为探明生物土壤结皮对土壤线虫的影响,以腾格里沙漠东南缘的人工植被固沙区藻结皮和藓类结皮覆盖的沙丘土壤为研究对象,根据固沙年限的不同将样地分为4个不同的区进行采样(1956、1964、1981和1991年固沙区),以流沙区作为对照;同时,在不同季度(4、7、9和12月)分别采集腾格里沙漠东南缘的人工植被固沙区藻结皮和藓类结皮覆盖下不同土层(0-10、10-20和20-30 cm)的沙丘土壤,以沙坡头地区的红卫天然植被区为对照,分析生物土壤结皮下土壤线虫的时空变化.采用改良的Baermann漏斗法进行分离线虫,用光学显微镜鉴定并统计.研究表明:1956、1964、1981和1991年人工植被固沙区的藻结皮和藓类结皮均可显著提高其下土壤线虫多度、属的丰富度、Shannon-Weaver多样性指数、富集指数和结构指数(P＜0.05),这可能是因为生物土壤结皮的存在为土壤线虫提供了重要的食物来源和适宜的生存环境;固沙年限与结皮下土壤线虫多度、属的丰富度、Shannon-Weaver多样性指数、富集指数和结构指数存在显著的正相关关系(P＜0.05),这说明固沙年限越久,越有利于土壤线虫的生存和繁衍;结皮类型显著影响土壤线虫群落,相对于藻结皮而言,藓类结皮下土壤线虫多度与属的丰富度更高(P＜0.05),这说明演替后期的藓类结皮比演替早期的藻结皮更有利于土壤线虫的生存和繁衍.此外,藻结皮和藓类结皮均可显著增加其下0-10、10-20和20-30 cm土层线虫多度和属的丰富度(P＜0.05),但随着土壤深度的增加,这种影响逐渐减弱,表明生物土壤结皮更有利于表层土壤线虫的生存;而且,随着季节的变化,藻结皮和藓类结皮下土壤线虫多度基本表现为秋季＞夏季＞春季＞冬季,这些反映了生物土壤结皮的生物量、盖度和种类组成随着季节变化而变化.因此,腾格里沙漠东南缘的人工植被固沙区生物土壤结皮的存在与演替有利于土壤线虫的生存和繁衍,增加了线虫数量、种类和多样性,这指示了生物土壤结皮有利于该区土壤及其相应生态系统的恢复.     

藏东南急尖长苞冷杉林林隙土壤线虫群落特征

为了解西藏东南部急尖长苞冷杉林林隙土壤线虫群落特征,对林隙、非林隙土壤0~30 cm范围内不同深度土层的线虫群落进行调查,并用线虫个体密度、生物多样性指数和营养类群指数等特征值分析了土壤线虫群落的结构及多样性特点.结果表明： 采用浅盘法分离得到土壤线虫26801 条,隶属于2纲5目40科64属;线虫个体密度平均为3552 条·100 g-1干土,表聚性极强.垫咽属、丝垫刃属为林隙土壤线虫优势属;食细菌性线虫为主要营养类群.土壤有机质的分解兼有真菌分解和细菌分解两种途径.线虫的生物多样性及丰富度与林隙面积有关.土壤线虫群落特征表明,林隙具有异于郁闭林分和林间空地的特性,在环境指示方面具有应用潜力.     

黑河中游绿洲不同开垦年限农田土壤线虫群落特征

对不同开垦年限绿洲农田土壤线虫群落结构特征进行研究,探讨以土壤线虫作为指示生物来评价农作年限对绿洲土壤生态系统结构的影响.共捕获线虫27921条,属25科34属.土壤中的线虫总数随农田开垦年限的增长而增加,食细菌线虫和植物寄生线虫数量在不同开垦年限农田中均占优势,对线虫总数起决定作用,构成了绿洲农田土壤线虫群落的主体;对均匀度指数(J)和优势度指数(λ)进行分析表明,0、10年和老绿洲农田(>50年)线虫群落结构单一,生态系统处于不稳定状态;成熟度指数(MI2-5)和总成熟度指数(MMI)随农田开垦时间的延长而降低.随着农作年限的增加,人为耕作活动对农田土壤生态系统的扰动呈增强趋势,系统结构在时间序列上可分为两个阶段,荒漠土壤开垦10年后土壤性状发生显著变化,是土壤生态系统结构稳定性发生变化的关键时期.土壤线虫群落能够指示由于开垦年限.不同所引起的绿洲农田土壤生态系统的变化.     

土壤原生动物对环境污染的生物指示作用

土壤原生动物具有丰富的种类和巨大的生物量,在土壤生态系统中具有十分重要的地位．作为指示生物,土壤原生动物具有与其他土壤动物相比更独特的优势．研究它们的群落结构、数量及多样性动态变化,可以很好地评价和监测自然环境变化及人类活动带来的环境污染．本文根据国内外相关文献,简要概述了土壤原生动物在生态系统中的作用．对原生动物的生物指示物优势、土壤原生动物对环境因子响应和污染指示作用及对大气CO2浓度变化的响应等进行了论述,并对土壤原生动物在生态毒理诊断中的应用前景进行了展望．     

不同植被类型的滩涂湿地土壤线虫群落特征

对江苏盐城湿地保护区内不同植被带土壤线虫的群落结构特征进行了研究.结果表明：调查共鉴定出20科39属,优势属和常见属的数量占总个体数的90%以上;不同植被类型的滩涂湿地土壤线虫总数存在明显差异性,线虫数量范围为每100 g干土79～449条,小麦地显著高于其他植被带,光滩地数量最少.线虫群落生态指数对植被带有不同的响应,土壤线虫群落多样性指数H、均匀度指数J在不同植被带的分布依次为：苇草带＞盐蒿带＞小麦地＞米草带＞光滩带,而优势度指数λ的分布为：光滩带＞米草带＞小麦地＞盐蒿带＞苇草带,表明光滩带的线虫群落多样性和稳定性小于其他植被带,土壤线虫群落趋于单一化;成熟度指数MI表现为保护区内未开垦植被带高于已开垦的小麦地,说明农田受外界干扰明显.不同植被带间的线虫群落结构存在显著差异,各植被带的最大贡献物种各不相同.土壤理化性状与线虫数量、营养类群、生态指数存在明显的相关关系.表明线虫群落的变化能很好地反映植被带生境的多样性,土壤线虫可作为湿地生态系统中一个重要的生物指示因子.     

土壤食细菌线虫与细菌的相互作用及其对N、P矿化生物固定的影响及机理

采用悉生微缩体系,研究了４０ｄ 培养期内不添加外源基质条件下食细菌线虫（Ｐｒｏｔｏｒｈａｂｄｔｉｓ ｓｐ．）和细菌（Ｐｓｅｕｄｏｍ ｏｎａｓｓｐ．）的相互作用及其对Ｎ、Ｐ转化的影响。在种植及不种植小麦的土壤中,发现接种线虫后细菌数量显著增加,非根标土壤细菌的增加量又比根际土明显。在种植小麦体系中,根际与非根际土壤线虫均比不种作物体系有增加趋势,其中根际土壤线虫种群的提高尤为显著。只加细菌处理中土壤Ｎ、Ｐ均无净矿化,相反培养前期出现轻微的生物固定。线虫的引入显著提高了土壤矿质Ｎ、微生物量Ｎ 和微生物量Ｐ的含量,但对土壤有效Ｐ影响很小。这表明线虫活动主要是促进了Ｎ的矿化,而Ｐ表现出较强的生物固定。文中还分析了线虫捕食对细菌的增殖作用以及线虫——细菌相互作用在Ｎ、Ｐ矿化和生物固定中的机理。     

新疆长期棉花连作对土壤理化性状与线虫群落的影响

土壤线虫群落特征是评价和指示土壤生态系统健康状况的重要依据。本研究选取不同连作年限(5、10、15、20和25年)的棉田为样地,采用高通量测序技术,探究土壤性状和线虫群落对棉田长期连作的响应。结果表明: 棉田连作10～15年后,土壤pH、电导率显著升高,有机碳、全氮、有效磷、有效钾、硝态氮含量和土壤微生物生物量碳(MBC)显著降低。在连作棉田中共鉴定出土壤线虫3纲7目18科25属,其中螺旋属在不同连作年限的棉田土壤中均为优势属;土壤植物寄生类线虫在不同连作年限中均为优势营养类群,呈现先降低后增加的趋势,连作25年较其他连作年限植物寄生类线虫增加9.1%～208.6%,其中螺旋属线虫增加了392%。随着连作年限的增加,矮化属、茎属、Discopersicus、中环属和中轮属等植物寄生类线虫被检出。连作15年的棉田土壤中,土壤线虫丰富度指数和自由生活线虫成熟度指数显著降低,植物寄生线虫成熟度指数/自由生活线虫成熟度指数显著升高,Shannon多样性指数和瓦斯乐斯卡指数最低;有效磷和MBC是影响土壤线虫群落变化的主要环境因子。这说明棉田连作10～15年会发生土壤养分失衡,土壤线虫多样性降低,土壤食物网稳定性变差,棉花致病类植物寄生线虫增加,产生连作障碍。     

土壤线虫群落对大连石门山森林植被恢复的响应

2007年9月至2008年8月对大连石门山不同植被恢复方式的样地进行土壤线虫调查,淘洗-过筛-浅盘法提取土壤线虫,应用类群属数、个体密度、多样性指数和功能类群指数等多个群落参数,研究不同植被恢复方式间土壤线虫群落特征的差异。共捕获线虫8577条,分别隶属于线虫动物门2纲7目26科43属,个体密度平均4.77条/g干土。研究结果表明,土壤线虫数量存在明显的季节波动,秋季明显高于夏季和春季;土壤线虫群落多样性指数、均匀度指数、丰富度指数和营养类群指数大小依次为阔叶林、针叶林和混交林,而优势度指数却表现为:针叶林混交林阔叶林;土壤线虫群落营养类群f/b值、MI指数、PPI指数、MMI指数、MI2-5指数、SI指数和EI指数均表现为:阔叶林针叶林混交林,而PPI/MI指数则表现为:混交林针叶林阔叶林,表明混交林受干扰明显;土壤理化特征与线虫数量、属数、生态指数间也存在明显相关关系。因此,植被恢复过程中土壤线虫群落结构分异及动态是一个重要的生态响应过程,能为进一步研究土壤生物在植被演替中的地位和作用以及土壤生物多样性保护提供基础数据。     

公路源重金属对青藏高原高寒草甸土壤线虫群落的影响

为了解重金属对青藏高原高寒草甸土壤线虫群落的影响,在邦杰塘草原利用公路源重金属含量差异,采用高通量测序技术,分析重金属对高寒草甸土壤线虫群落多样性及群落组成的影响。结果表明：在重金属含量较低样本中,土壤线虫群落Shannon指数、Ace指数、Chao指数比重金属含量较高样本均要小,且整体上Shannon指数、Ace指数、Chao指数与重金属含量较高样本差异显著（P<0.05）。重金属含量升高改变了高寒草甸土壤线虫纲水平和目水平的群落结构,使近自然状况下的色矛纲（Chromadorea）、小杆目（Rhabdtida）优势土壤线虫群落转变为一类未分类线虫纲（unclassified_p_Nematoda）、一类未分类线虫目（unclassified_p_Nematoda）的优势土壤线虫群落。重金属Cu、Pb、Zn、Cd与线虫门（Nematoda）和刺嘴纲（Enoplea）正相关,但与色矛纲（Chromadorea）负相关,且对土壤线虫Chao指数的变异解释比例依次减小。研究表明土壤重金属含量对青藏高原高寒草甸土壤线虫群落多样性及组成产生很大影响,但仍需对高寒草甸区域进行系统的土壤线虫调查,并丰富土壤线虫生物信息数据库。     

Reduced tillage,but not organic matter input,increased nematode diversity and food web stability in European long‐term field experiments

Soil nematode communities and food web indices can inform about the complexity, nutrient flows and decomposition pathways of soil food webs, reflecting soil quality. Relative abundance of nematode feeding and life‐history groups are used for calculating food web indices, i.e., maturity index (MI), enrichment index (EI), structure index (SI) and channel index (CI). Molecular methods to study nematode communities potentially offer advantages compared to traditional methods in terms of resolution, throughput, cost and time. In spite of such advantages, molecular data have not often been adopted so far to assess the effects of soil management on nematode communities and to calculate these food web indices. Here, we used high‐throughput amplicon sequencing to investigate the effects of tillage (conventional vs. reduced) and organic matter addition (low vs. high) on nematode communities and food web indices in 10 European long‐term field experiments and we assessed the relationship between nematode communities and soil parameters. We found that nematode communities were more strongly affected by tillage than by organic matter addition. Compared to conventional tillage, reduced tillage increased nematode diversity (23% higher Shannon diversity index), nematode community stability (12% higher MI), structure (24% higher SI), and the fungal decomposition channel (59% higher CI), and also the number of herbivorous nematodes (70% higher). Total and labile organic carbon, available K and microbial parameters explained nematode community structure. Our findings show that nematode communities are sensitive indicators of soil quality and that molecular profiling of nematode communities has the potential to reveal the effects of soil management on soil quality.     

Characteristics of soil nematode community along an age sequence of sandy desert soil cultivation in a marginal oasis of middle reaches of Heihe River

This paper studied the characteristics of soil nematode community following the conversion of native sandy desert soil to irrigated farmland in a marginal oasis of the middle reaches of Heihe River basin, aimed to approach the bioindicating function of soil nematodes in soil evolution process. A total of 27921 soil nematode individuals were captured, belonging to 25 families and 34 genera. The total number of nematodes increased gradually with increasing age of cultivation. At all sampling sites, bacterivores and plant parasites were the dominant trophic groups, and made up the main parts of nematode community in oasis farmland. Through the analysis of the evenness index (J) and dominance index (lambda) of nematode community, the ecosystems were found to be fragile for the farmlands having cultivated for 0, 10, and > 50 years. The maturity index MI2-5 and MMI decreased with increasing cultivation age, suggesting that the practice of agricultural use enhanced the disturbance on farmland. The soil properties changed significantly after 10 years of cultivation, which was at a significant change stage for the structure stability of soil ecosystems. The characteristics of soil nematode community could be used as the bioindicator of soil evolution following the conversion of native desert soil to irrigated farmland.     

Response of soil nematode community structure and diversity to long-term land use in the black soil region in China

Soil nematodes are sensitive to environmental changes and are used widely as indicators of soil conditions. The community structure and diversity of soil nematodes were studied in different long-term land use regimes in the black soil area in Northeast China. The land use regimes were maintained for 22?years, and included crop land (CL), grass land (GL) and bare land (BL). Soil samples were taken throughout the growing season, and nematodes were extracted and identified. A total of 39 nematode genera with relative abundance over 0.1?% were identified. Heterodera was the dominant genus in CL; Boleodorus was the dominant genus in GL, and Boleodorus, Eucephalobus and Filenchus were the dominant genera in BL. Land use had a significant effect on abundance of all soil nematode tropic groups and ecological indices. Sampling time had an effect on soil nematode abundance, but only on three of the eight nematode ecological indices MI (maturity index of free-living nematode), CI (channel index) and EI (enrichment index). SR (species richness index) was highest in GL where plant species diversity was also high. The CI was the highest in BL among three land uses, which means the soil food web dominated, with fungal decomposition channels in BL. Soil nematode community structure and diversity was shown to be an effective and informative tool for analyzing ecological aspects of land use in black soil regions. The data are inconclusive as to whether the effect of land use on soil nematode parameters is direct, or indirect via inducing changes in soil physicochemical properties.     

玉龙雪山自然保护区寒温性针阔混交林腐殖质层和土壤表层线虫群落结构差异

采用高通量测序的方法,对位于云南省丽江玉龙雪山自然保护区20 hm²寒温性针阔混交林中腐殖质层和土壤表层(0~10 cm)线虫群落结构的差异进行了研究。共获取测序序列5744582条,注释后获得44科线虫。腐殖质层线虫有37科,其中垫刃科(18.1%)为优势类群,营养类群以食细菌、食真菌和植食性线虫为主;土壤表层线虫有41科,单齿科(45.4%)为优势类群,捕食性线虫具有最高的相对多度。虽然在操作分类单元(OTU)水平上两个生境线虫群落的α多样性(Shannon、Simpson和Chao1指数)无显著性差异,但在科水平上,腐殖质层线虫群落的α多样性指数显著低于土壤表层;两个生境的β多样性有较大差异,其中腐殖质层Cody指数低于土壤表层,而Sorensen非相似性指数相反。非度量多维标度(NMDS)分析表明,土壤表层线虫群落内部结构差异大于腐殖质层。     

紫色土区不同秸秆还田量对土壤线虫群落的影响

为了研究不同秸秆还田量对紫色土区土壤线虫群落的影响, 作者于2011年5月和9月对川中丘陵区的100% (RMW1)、50%(RMW2)、30%(RMW3)和空白对照(CK)4种秸秆还田量的农田土壤线虫进行了调查。结果发现, 随着秸秆还田量的下降, 土壤线虫的群落结构有一定变化。总体上, 群落密度、食真菌类群和捕食-杂食类群的密度呈波动增加; 食细菌类群的密度持续增加; 植物寄生类群密度、Shannon-Wiener多样性指数(H')、植物寄生成熟指数(PPI)和瓦斯乐斯卡指数(WI)呈先增加后下降的变化趋势, 且多样性指数在秸秆还田量为30-50%之间最高; 类群数、自由生活成熟指数(MI)、线虫通路比值(CR)则先下降后增加; 所有变化均不显著(P > 0.05)。土壤速效钾含量随秸秆还田量的增加显著提高(P < 0.05), 且与线虫群落多样性指数呈显著负相关(P < 0.05)。研究结果表明, 在紫色土区秸秆还田主要是通过改变土壤钾含量对土壤线虫群落产生影响, 且秸秆还田量在30-50%之间时有利于维持线虫群落多样性。     

高通量测序分析冻融期碳源输入方式对土壤线虫群落的影响

植物碳源输入途径变化对土壤生物群落的影响研究是目前学术界关注的热点问题。为探究温带森林生态系统碳源输入方式对土壤线虫群落的影响,通过Illumina MiSeq技术分析了不同碳源输入方式下土壤线虫群落组成和多样性的变化。研究结果显示:所有处理(凋落物和根系同时输入;仅根系输入;仅凋落物输入;无碳源输入)中共发现土壤线虫68属,其中食细菌线虫的相对丰度最大;各碳源输入方式中仅凋落物输入处理对线虫群落组成的影响最为明显,表现为:与凋落物和根系同时输入处理相比,仅凋落物输入处理中食细菌线虫的相对丰度明显增加,食真菌线虫的相对丰度显著降低以及捕食杂食线虫的相对丰度显著增加。从线虫群落的多样性指数角度看,无碳源输入处理中土壤线虫群落的多样性指数(H'')下降,优势度指数(Dom)增高;仅凋落物输入处理中均匀度指数(J)最高。从线虫群落的生态指数角度看,仅凋落物输入处理的线虫群落成熟度指数(MI)最高;各碳源输入处理的分解过程均以细菌分解通道为主。研究表明,土壤线虫群落受到碳源输入变化的调节,仅凋落物输入处理比仅根系输入处理对土壤线虫群落的影响更大。无碳源输入处理的物种多样性明显下降,仅凋落物输入处理的土壤食物网更加稳定。研究结果丰富了森林土壤线虫多样性的研究内容,并为高通量测序技术在土壤线虫方面的研究提供方法和数据的支持。     

Assessing Cross-disciplinary Efficiency of Soil Amendments for Agro-biologically, Economically, and Ecologically Integrated Soil Health Management

Preventive and/or manipulative practices will be needed to maintain soil's biological, physiochemical, nutritional, and structural health in natural, managed, and disturbed ecosystems as a foundation for food security and global ecosystem sustainability. While there is a substantial body of interdisciplinary science on understanding function and structure of soil ecosystems, key gaps must be bridged in assessing integrated agro-biological, ecological, economical, and environmental efficiency of soil manipulation practices in time and space across ecosystems. This presentation discusses the application of a fertilizer use efficiency (FUE) model for assessing agronomic, economic, ecological, environmental, and nematode (pest) management efficiency of soil amendments. FUE is defined as increase in host productivity and/or decrease in plant-parasitic nematode population density in response to a given fertilizer treatment. Using the effects of nutrient amendment on Heterodera glycines population density and normalized difference vegetative index (indicator of physiological activities) of a soybean cultivar 'CX 252', how the FUE model recognizes variable responses and separates nutrient deficiency and toxicity from nematode parasitism as well as suitability of treatments designed to achieve desired biological and physiochemical soil health conditions is demonstrated. As part of bridging gaps between agricultural and ecological approaches to integrated understanding and management of soil health, modifications of the FUE model for analyzing the relationships amongst nematode community structure, soil parameters (eg. pH, nutrients, %OM), and plant response to soil amendment is discussed.     

基于高通量测序分析西藏北部高寒草甸不同深度土壤线虫群落分布特征

为了研究藏北高寒草甸土壤线虫多样性,于2017年8月,采用Illumina MiSeq测序技术,研究了西藏北部高寒草甸0—25 cm范围内不同深度土层的土壤线虫群落组成与结构特征。结果表明:5个不同深度共获得OTU 990个,隶属于3个纲,7个目,25个科,30个属,刺嘴纲Enoplea为共有优势土壤线虫群落;对样品进行Alpha多样性评价,计算Chao 1指数、Shannon指数和Ace指数,发现5—10 cm的土壤样品群落有较高的丰富度;属水平Heatmap图分析可知20—25、15—20、0—5、5—10、10—15 cm土壤线虫群落的组成相似性有一个递增的趋势。与不同深度藏北高山嵩草(盛长期)线虫群落结构相关性较大的土壤化学指标是K~+、含水率、有机质和Zn~(2+)。研究发现不同深度土壤线虫种类及丰度存在一定的差异,可为研究藏北高寒草地土壤线虫群落特点提供依据。