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。     

土壤生物及其对土壤生态学发展的影响

土壤生物区系、土壤生物多样性和全球变化已成为土壤生态学研究的肖沿领域,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,某一等级层次上的土壤生物群落的组成和结构可以对其它等级层次上的资源空间异质性产生影响,而这种空间异质性受到许多生物圈层－－土壤功能区域所维持。本文评价了土壤生物区系在土壤生态系统过程中的作用,论述了土壤生物多样性与生态系统功能的关系,讨论了土壤生态系统对全球变化的影响。     

凋落物分解对土壤生物的影响

凋落物分解是生态系统物质循环和能量流动的重要环节,而土壤生物是凋落物分解的主要完成者.大量研究分析了土壤生物在凋落物分解中的作用,然而有关凋落物分解对土壤生物影响的研究则相对较少,致使我们对凋落物分解和土壤生物的相互作用了解依然不够深入.本文综述了凋落物对土壤微生物和土壤动物的影响,并进一步探讨了其影响机制.凋落物对土壤微生物的影响与凋落物类型或组成、在土壤中的掩埋位置及其破碎化程度紧密相关;大多数研究表明凋落物对土壤动物群落结构有明显影响;凋落物对土壤生物的影响主要通过直接改变土壤生物的食源和生境.今后需要加强跨区域长期定位实验研究,注重整合研究凋落物分解和生态系统过程,深入研究凋落物分解与土壤生物的相互作用机制.     

土壤生物与可持续农业研究进展

农业的可持续发展是人类文明持续繁荣的重要保障。从原始农业到工业化农业的发展历程,是"自然力"不断削弱,"人为调控力"不断加强的过程。新兴的可持续农业,则希望将人为调控和自然过程协调融合,建立近自然的高效的现代农业体系。但是,面对土壤生物极高的多样性、生物和非生物过程的复杂互作及其高度的时空异质性,基于还原论的传统科学研究方法探究地下生态系统的"自然过程"困难重重。人为管理措施对农田生态过程调控的针对性和调控效果受到极大限制。尽管如此,土壤生物在生态系统服务中的作用已在世界范围内得到空前重视。如何充分发挥土壤生物在可持续农业中的作用,已成为现代农业研究领域的重要突破口。简述了土壤生物与可持续农业研究的学科发展历史,总结了农业管理措施对土壤生物及土壤食物网特征的影响,突出了土壤生物群落在可持续农业模式中土壤结构改善、土壤肥力提高和化肥农药减施等方面的积极作用;最后探讨了当前的研究难点和未来的研究方向,并对如何充分发挥土壤生物在现代农业中的贡献进行了初步的思考。认为:土壤有机质,土壤结构和土壤食物网以及三者的内在联系是可持续农业研究的关键。土壤有机质管理是调控土壤结构、土壤食物网及生态系统生产力的重要支点,但也是可持续农业模式不确定性的重要来源。基于同位素示踪等整体性分析方法,开展典型农田生态系统土壤食物网特征及其生态功能的系统研究,揭示农业模式、土壤食物网特征及生态系统生产力的关键联系,是充分发挥土壤生物在可持续农业中的积极作用的基础。     

土壤中抗生素的环境风险及污染土壤的生物修复技术

抗生素的广泛使用导致其在环境中普遍存在,所引发的抗性基因问题已对全球公共卫生构成重大威胁。土壤是环境中抗生素的重要汇,抗生素暴露会对土壤生物带来危害,甚至会间接对人体健康造成潜在风险,因此需采取有效手段修复抗生素污染的土壤。文中综述了抗生素对土壤植物表型生长指标、土壤动物生理特征及群落分布、微生物群落组成与功能的影响,以及抗生素抗性基因在土壤生物间的传播风险等;总结了利用耐受土壤植物、动物、微生物以及其互作关系修复抗生素污染土壤的潜力与前景,指出了已有土壤中抗生素环境风险和生物修复研究中尚存在的问题,展望了未来的研究方向。     

土壤生物与土壤污染研究前沿与展望

随着社会经济发展,人类生产活动对自然环境产生越来越广泛深刻的影响,土壤污染已成为危及生态系统稳定、农产品质量安全和人体健康的突出环境问题之一。重金属、有机污染化合物、病原菌及抗性基因等各类污染物大量进入土壤后,对土壤生物系统造成毒害作用,影响到土壤生态功能;另一方面,土壤生物如细菌、真菌、土壤动物等在一定程度上能够适应土壤污染,深刻影响着污染物在土壤中的迁移转化过程,在土壤污染修复中具有潜在重要作用。从土壤污染的生态毒理效应、土壤生物对土壤污染的响应与适应机制、污染土壤修复原理与技术等三方面综述了土壤生物与土壤污染相关研究前沿,展望了重点研究方向。     

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。     

跳虫在土壤生态系统中的作用

跳虫是土壤生态系统中分布极广的一类小型至微型节肢动物。它们在土壤物质循环、土壤的发育及其微团聚体的形成、土壤理化特性和土壤生物群落的维护等诸多方面都发挥了重要作用。土壤中跳虫的多样性以及群落结构、物种组成都反映了土壤的质量和污染状况。本文介绍了跳虫在土壤生态系统的作用、生态学应用价值以及研究的现状和展望。     

土壤生物多样性与微量气体(CO2、CH4、N2O)代谢

土壤生物是重要的基因库 ,土壤生物多样性是全球生物多样性的重要组成部分。土壤生物是C、N地球化学过程 (土壤库 )的驱动者 ,调控微量气体代谢。在微量气体代谢中 ,土壤微生物具有直接的作用。真菌、CH4 生成菌、CH4 氧化菌、硝化菌以及反硝化菌等是调控微量气体代谢的关键生态功能类群。由于相对大的体积和强大的酶化学分解作用 ,真菌通常主导枯枝落叶的分解活动。“通气—厌气”界面是微生物群落的活跃区域 ,易发生微量气体代谢。“有机—无机”过渡层、水生植物根际区、土壤动物肠道系统是典型的微量气体代谢界面。土壤动物对微量气体代谢的作用通常为前期的和间接的 ,并且又是重要的。节肢动物 (白蚁 )和环节动物 (蚯蚓 )是分别代谢CH4 和N2 O的两个关键性生态功能类群。在研究土壤生物多样性及其对微量气体代谢的作用方面 ,由于土壤生态系统的复杂性 ,需综合传统微生物实验技术与现代同位素技术和分子生物学技术。我国缺乏研究土壤生物多样性及其对微量气体代谢影响的实质性工作 ,有必要开展这方面的研究。     

土壤生物多样性的研究概况与发展趋势

本文概括性地介绍了土壤生物类群的多样性及其在生态系统中的作用; 同时简要地回顾和比较了国内外在土壤生物学方面的研究动态, 分析了土壤生物学今后的发展趋势。鉴于土壤生物在生态系统中的重要性以及我国在土壤生物学研究方面的不足, 《生物多样性》本期刊登了一系列有关土壤生物的文章, 目的是为了使国内科学家对土壤生物多样性在生态系统中的作用有更好的认识, 并希望能够唤起更多的年轻学者加入到土壤生物学研究的行列, 以推动土壤生物学在我国的迅速发展并将土壤生物学的研究成果应用于国民经济的发展中。     

土壤质量与土壤质量指标及其评价

土壤作为一种重要的自然资源可以为人类生产食物和纤维,并维持地球生态系统.土壤也是植物生长的媒介、水、热和化合物的源、水分的过滤器和废物分解的生物介质.土壤与水、气和植物互作并抑制环境的波动.土壤可以调节很多控制水气质量和促进植物生长的生态过程.土壤质量概念的引入使我们更全面地理解土壤,也有助于合理地使用和分配劳力、能源、财政和其它投入.土壤质量也提供了一个通用的概念使得专业人员、生产者和公众明白土壤的重要性.此外,它也是一个评价管理措施和土地利用变化对土壤影响的评价工具.土壤质量由土壤的物理、化学和生物性质组成,MDS已被科学家们提出用于土壤质量评价.国际上比较常用的评价方法主要有多变量指标克立格法、土壤质量动力学方法、土壤质量综合评分法和土壤相对质量法.人类对土地不和谐地利用和管理可以导致全球生物地球化学循环发生改变和加快土壤性质变化的速度,当前世界各地土壤退化相当严重,已日益威胁到人类赖以生存的土地资源.在探讨相关概念的基础上综述了近年来土地利用变化对土壤理化质量和生物质量的影响进展,以引起国内外学者对土地利用变化对土壤质量影响研究的重视,从而为探讨土地利用对土壤质量影响的机理和规律以及退化土地的恢复和区域土地资源管理以及土地的持续利提供理论依据.土壤质量未来的研究应该集中在土壤质量指标与评价方法;土壤质量变化的发生条件、过程、影响因素及其作用机理与时空规律性;尺度问题的研究;土壤质量保持与提高的途径及其关键技术研究.     

Assessment of the Efficiency of a Metal Phytoextraction Process with Biological Indicators of Soil Health

The ultimate goal of any soil remediation process should be not only to remove the contaminant(s) from the polluted site but to restore soil health as well. In consequence, reliable indicators of soil health are needed if we are to properly evaluate the efficiency of a soil remediation process. The aim of the current work was to determine the effect of metal phytoextraction, through the utilization of the Zn hyperaccumulator T. caerulescens, on biological parameters of soil health, on the assumption that biological indicators of soil health might be valid monitoring tools to assess the efficiency of a metal phytoextraction process. To this end, a short-term microcosm phytoextraction study was carried out, with two heavy metal polluted soils collected from an abandoned mine, to determine the effect of metal phytoextraction on soil biological parameters. Higher values of biomass C, basal respiration, substrate induced respiration, and β-glucosidase activity were observed in the presence of T. caerulescens plants, as compared to unplanted pots. Our data confirm the great capacity of T. caerulescens to phytoextract Zn from polluted soils and, interestingly, suggest that metal phytoextraction has indeed a beneficial effect on soil biological activity. It was concluded that the revegetation of these metal polluted soils with T. caerulescens could help activate their biochemical and microbial functionality.     

Farmer-oriented assessment of soil quality using field, laboratory, and VNIR spectroscopy methods

Soil quality and health are terms describing similar concepts, but the latter appeals to farmers and crop consultants as part of a holistic approach to soil management. We regard soil health as the integration and optimization of the physical, biological and chemical aspects of soils for improved productivity in an economic and sustainable manner. This paper describes the process used for the selection of soil quality/health indicators that comprise the new Cornell Soil Health Test. Over 1,500 samples collected from controlled research experiments and commercial farms were initially analyzed for 39 potential soil quality indicators. Four physical and four biological indicators were selected based on sensitivity to management, relevance to functional soil processes, ease and cost of sampling, and cost of analysis. Seven chemical indicators were also selected as they are part of the standard soil nutrient test. Soil health test reports were developed to allow for an overall assessment, as well as the identification of specific soil constraints. The new soil health test is being offered on a for-fee basis starting in 2007. In addition, visible near infrared reflectance spectroscopy was evaluated as a possible tool for low-cost soil health assessment. From preliminary analyses, the methodology shows promise for some but not all of the soil quality indicators. In conclusion, an inexpensive soil health test was developed for integrative assessment of the physical, biological, and chemical aspects of soils, thereby facilitating better soil management.     

Soil health in agricultural systems

Soil health is presented as an integrative property that reflects the capacity of soil to respond to agricultural intervention, so that it continues to support both the agricultural production and the provision of other ecosystem services. The major challenge within sustainable soil management is to conserve ecosystem service delivery while optimizing agricultural yields. It is proposed that soil health is dependent on the maintenance of four major functions: carbon transformations; nutrient cycles; soil structure maintenance; and the regulation of pests and diseases. Each of these functions is manifested as an aggregate of a variety of biological processes provided by a diversity of interacting soil organisms under the influence of the abiotic soil environment. Analysis of current models of the soil community under the impact of agricultural interventions (particularly those entailing substitution of biological processes with fossil fuel-derived energy or inputs) confirms the highly integrative pattern of interactions within each of these functions and leads to the conclusion that measurement of individual groups of organisms, processes or soil properties does not suffice to indicate the state of the soil health. A further conclusion is that quantifying the flow of energy and carbon between functions is an essential but non-trivial task for the assessment and management of soil health.     

城市化对土壤动物群落结构和多样性的影响

城市化进程加快带来的环境挑战正威胁着地球上的生物多样性。土壤动物是生物多样性的重要组成部分, 对维持土壤健康及城市生态系统稳定性具有重要意义。近年来, 城市土壤动物群落结构和多样性的研究已经取得了一定进展, 但是仍缺乏系统的总结和综述。基于此, 本文梳理归纳了国内外已有的相关文献, 总结了城市化影响土壤动物的主要途径, 并阐述了城市中不同体型大小的优势土壤动物类群对城市化的响应。本文建议未来应利用分子生物学手段深入解析城市土壤动物多样性, 明晰城市土壤食物网的结构与功能, 关注土壤动物群落的保护与恢复, 揭示城市土壤动物肠道微生物组特征, 并挖掘城市土壤动物抑制人类致病菌的潜力, 以期为城市生物多样性保护、生态系统稳定和人类健康维持提供相关科学依据。     

The soil quality concept as a framework to assess management practices in vulnerable agroecosystems: A case study in Mediterranean vineyards

Land management aiming to sustain ecosystem services is an important issue, especially in biodiversity hot spots such as found in Mediterranean areas. In Mediterranean areas, viticulture is an important land use. Vineyards are frequently found on inherently poor soils and are submitted to intensive management practices, which threaten soil functioning and associated ecosystem services. To encourage winegrowers and stakeholders to be reflective and adapt their vineyard practices, we evaluated the effects of three soil management practices (inter row plant cover duration, weeding and fertilization strategies) on soil functioning in 146 commercial plots distributed in Southern France, by a complementary set of biological and physico-chemical indicators. We used the concept of soil dynamic quality to evaluate some soil management practices on soil functioning. The influence of inherent soil properties derived from pedogenesis on soil dynamic indicator response was accounted for by considering the response of soil indicators for three soil groups differing in their stoniness and Ca carbonate content. The three soil management practices systematically influenced some nematode-based indicators, whereas other indicators were ascribable to a specific soil type or practice. We demonstrated that the potential of soil management practices to enhance soil functioning is restricted by soil type. In particular for calcareous soils, the soil functioning is very stable limiting effects of soil management practices. The presence of a cover crop, even temporary, in the inter row, is the only practice which benefits soil functioning whatever the soil type whereas organic fertilization and chemical weeding exhibit contrasting results on soil functioning.     

滨海湿地生态系统土壤微生物及其影响因素研究综述

土壤微生物是滨海湿地生态系统中不可或缺的关键组分,在土壤发育、物质循环和污染物净化等诸多土壤生态过程中发挥着重要作用,对滨海湿地生态系统的维持与健康具有重大影响。系统梳理了滨海湿地土壤微生物群落结构特征和多样性,综述了土壤理化性质、植被状况、水文因素、生物入侵、全球变化、湿地开垦、石油污染等因素对滨海湿地土壤微生物的影响。在此基础上,对今后的研究重点提出了4个方面的展望:(1)加强全球变化多因子交互作用下滨海湿地土壤微生物的响应机制;(2)强化滨海湿地土壤微生物与环境因子的互作机理;(3)深化滨海湿地水动力条件对土壤微生物的影响机制;(4)开展土壤微生物与滨海湿地生态系统物质循环综合研究。研究以期为滨海湿地生态系统的保护和修复提供参考。     

熏蒸剂溴甲烷对农田土壤微生物的影响

土壤微生物是反应土壤健康状况最敏感的生物学指标,溴甲烷残留不仅消耗臭氧层,影响生态平衡,还会造成土壤质量恶化和微生物群落结构的变化。为明确溴甲烷对农田土壤微生物群落结构及生态过程的影响,以兰州市红古区连续两年种植草莓的土壤为研究对象,测定熏蒸剂溴甲烷处理后土壤微生物量碳、基础呼吸、诱导呼吸和微生物代谢熵等相关指标,并运用磷脂脂肪酸法(PLFA)测定不同类群微生物的变化。结果表明:经溴甲烷熏蒸处理至培养结束(第90天)时土壤微生物基础呼吸和诱导呼吸分别下降0.6%和16.2%,并且与对照皆差异显著(P 0.05);微生物量碳培养结束时与对照差异显著(P 0.05),且减少5.6%;总体上微生物基础呼吸、诱导呼吸和微生物量碳都呈现先下降后逐渐恢复的趋势;微生物代谢熵(q CO_2)第15天后都高于对照,但随培养时间延长,处理组和对照组的差值逐渐降低,到培养期结束仍未恢复,相差5.1%。溴甲烷对土壤细菌(B)、真菌(F)和革兰氏阴性菌(GN)、革兰氏阳性菌(GP)都存在抑制作用; B、F含量分别较对照下降0.64%—8.72%、0.03%—5.61%;到培养期结束时,GP的量下降0.26%,GN下降10.42%,GN对溴甲烷的敏感性强于GP,且GN的变化具有滞后性;溴甲烷处理降低了B/F和GN/GP,但对GN/GP影响比对B/F的更为显著,土壤微生物压力指数增加。综上,说明施用溴甲烷使农田土壤微生物受到了长期的、持续的外源压力胁迫,溴甲烷在对有害微生物杀死的同时,也对有益微生物造成极大的伤害,不利于土壤优良性状的保持,使土壤中微生物丰富度和多样性下降。因此,实际应用中应充分考虑溴甲烷对土壤微生物带来的负面影响。     

土壤健康的内涵及生态指示与研究展望

土壤健康是农产品安全和人类健康的基础,是一个赋有21世纪新世代气息的新概念.健康土壤学的发展,预示了土壤科学进入了一个新世代.论述了土壤健康这一新概念的内涵;阐明了土壤健康与人类疾病、农产品安全之间存在着密切的相关关系;从土壤动物、微生物、植物和土壤酶生态指示的角度,指出了土壤健康指标应该具有灵敏度高、使用范围广、分析测量方法切实可行等生态特点;综述了国内外土壤健康生态指示的研究现状与发展动态;认为除了继续深入现阶段有关土壤健康的研究外,还应从土壤健康的水力学特征与水生生态过程的角度展开研究,使土壤健康评价系统更完善.     

覆土栽培食用菌的微生物病害防控

微生物病害问题会造成覆土栽培食用菌的产量和质量严重下降。防控微生物病害一直是食用菌研究和产业发展关注的热点,但常规的防控措施均存在局限性,尚难以在生产实践中有效地防控病害。本文列举了近年来常规的生物和非生物方法在覆土栽培食用菌微生物病害防控中的应用,对其特点进行了总结,并综述了近年来覆土栽培食用菌土壤微生物群落多样性研究的进展。基于此,提出了应用合成土壤微生物组来防控食用菌微生物病害的新策略,对构建和应用合成土壤微生物组面临的挑战和前景进行展望。这将有助于有效地防控覆土栽培食用菌的微生物病害和维系土壤健康。