地球生物学发展的机遇与挑战*

地球生物学已经引起了人们的广泛关注, 目前面临着机遇与挑战并存的发展局面。得益于现代技术方法的大发展, 地球生物学的研究对象经历了从宏体动植物向微体古生物再向地质微生物和地质病毒的发展, 研究主题从气候环境对生物演化的影响进一步拓展到生物演化如何影响气候环境乃至深地过程, 进而回答生命是如何塑造地球的宜居性这个地球科学的根本性难题。研究对象和研究主题的拓展也提升了地球生物学服务人类社会的能力, 资源能源安全的保障、气候—环境—生物多样性危机的协调应对等都需要地球生物学的支撑。同时, 地球生物学的发展也面临着诸多挑战。它首先需要技术方法的进一步革新来带动认识的创新, 其次需要回答生物演化的驱动力问题, 更需要破解生物演化如何影响深地过程, 包括板块运动、火山活动等地质过程, 只有这样才能全面而正确地评估生物是否改变了宜居地球的演化方向, 以及如何应对当前人类所面临的诸多全球性难题。     

尖峰岭热带天然林不同土层细菌群落多样性和组成的海拔变异规律

土壤微生物群落结构沿海拔梯度的变异是微生物生物地理学分异和群落空间分布的重要内容,然而,热带森林土壤微生物多样性及其群落特征的海拔模式尚不明确。研究海南省尖峰岭自然保护区0—20cm和20—40cm土壤细菌多样性和群落组成沿海拔梯度(400—1410m)的变化及其与环境因子的关系。结果表明：在0—20cm土壤微生物生物量碳、生物量氮和生物量磷随海拔升高(峰顶降低)而增加,20—40cm土壤微生物生物量碳、生物量氮和生物量磷随海拔升高呈先升高后降低趋势;整体上,变形菌门、放线菌门、酸杆菌门、拟杆菌门、厚壁菌门在0—20cm中占优势,丰度总和占该层细菌总量的88.17%;变形菌门、放线菌门、酸杆菌门、厚壁菌门、绿弯菌门在20—40cm中占优势,丰度总和占该层细菌总量的90.82%;随海拔增加,0—20cm细菌多样性线性减少,20—40cm细菌多样性变化不显著;沿海拔梯度,0—20cm细菌群落组成可分为低(409—1018m),中(1018—1357m)和高(1410m)三个海拔聚集群落,20—40cm细菌群落组成随海拔无显著性变化;两土层细菌多样性与土壤pH显著正相关,土壤细菌群落组成在0...     

有机肥施用对红壤原生生物与微生物互作的影响

为明确不同施肥处理对土壤原生生物群落、微生物碳代谢活性的影响,以南方典型旱地红壤为研究对象,基于中国科学院鹰潭红壤生态实验站玉米单作系统有机培肥长期定位试验,选取不施肥(M0)、低量猪粪(M1)、高量猪粪(M2)、高量猪粪+石灰(M3)4个处理,利用高通量测序技术研究不同猪粪处理下红壤原生生物多样性、群落结构的变化,揭示原生生物与微生物互作对土壤微生物碳代谢活性和玉米产量的影响。结果表明：(1)长期施用猪粪处理下,土壤pH、有机质(SOM)、全氮(TN)、全磷(TP)、速效磷(AP)和速效钾(AK)的含量显著提高;(2)与M0处理相比,施肥处理显著提高了原生生物生物量和多样性,并且显著改变了其群落结构,其中土壤TP、pH、AP、TN、SOM和AK是原生生物群落结构变化的重要驱动因子;(3)施肥处理显著提高了土壤细菌和真菌生物量,增加了微生物碳代谢活性(Average well color development, AWCD);(4)土壤pH和AP通过影响原生生物多样性和群落结构,间接提高了微生物碳代谢活性和玉米产量。本研究结果为提升旱地红壤的生物多样性,保障土壤健康和维持生态系统服务功...     

尕海湿地草甸土退化过程土壤氮矿化演变特征

氮矿化是生态系统循环的重要环节之一,影响着生态系统功能和氮素生物地球化学循环,因此研究高寒湿地退化过程中土壤氮矿化演变特征,对揭示气候变化和人为活动干扰背景下的湿地土壤氮素循环过程具有重要意义。以尕海湿地4种不同退化梯度(未退化、轻度退化、中度退化、重度退化)土壤为研究对象,采用野外树脂芯原位培养方法,通过对植物生长季不同生长阶段(生长初期、生长盛期、枯萎期)土壤氮素矿化作用研究,分析湿地退化演替过程中土壤氮矿化时空变化特征及其与土壤环境因子和酶活性之间的关系。结果表明：尕海湿地退化对土壤氮矿化过程有显著抑制作用,与未退化(0.143 mg kg^-1 d^-1)相比,轻度退化、中度退化、重度退化的土壤净氮矿化速率分别减小了0.018 mg kg^-1 d^-1、0.025 mg kg^-1 d^-1、0.020 mg kg^-1 d^-1;随着退化程度加剧,土壤净氨化速率逐渐减小或者不变,而净硝化速率却增大。随时间推移,各退化...     

关帝山云杉次生林树木径向生长的空间关联及其影响因子

以关帝山4 hm²云杉次生林样地为研究对象,按照CTFS(Center for Tropical Forest Science)技术规范对样地树木进行连续定位监测。利用2010至2015年间样地主要树种生长量观测数据,结合地形、土壤等环境因子调查及采样测定数据,分析了树木种群径向生长的空间关联性及其随生境的变化,并探讨了树木种群径向生长的影响因素。结果表明,青杄、华北落叶松、红桦、白桦和辽东栎为云杉次生林主要树种,在样地4个生境型(山脊生境、低海拔缓坡生境、高海拔缓坡生境、低洼地陡坡生境)中均有分布且呈现不同的径级结构。标记相关函数分析显示,同一生境型中,5树种径向生长的空间关联性各异;对于同一树种,径向生长的空间自相关性不仅具有尺度依赖性,同时生境型的不同导致树木径向生长的空间关联性发生变化。线性混合效应模型分析显示,初始胸径对树木径向生长的显著正效应在样地各类生境型的所有种群中普遍存在;生物因子对树木径向生长的显著影响只在特定生境型的青杄种群中被检测到,表明树木径向生长受同种邻体影响,但其影响显著性因树种而异;环境因子中,海拔和凹凸度对树木径向生长呈显著负效应...     

基于环境DNA技术的赤水河秋季鱼类多样性分布特征

赤水河是长江上游少有的仍保持自然流态的大型一级支流,是长江鱼类重要的繁衍场和珍稀物种的保护地,摸清其鱼类多样性现状及鱼类群落结构特征对赤水河水生态恢复评估极为重要。于2021年9月对赤水河流域开展了鱼类多样性、分布及其特征调查,全流域共设置52个采样点,采用环境DNA技术采集并研究了赤水河鱼类的组成及其分布。结果显示通过环境DNA方法共调查到鱼类6目18科62属77种,包含16种长江特有鱼类。以鲤形目为主,占总数的87.87%。赤水河鱼类食性以杂食性和肉食性鱼类为主,群落结构上,处于下层水环境鱼类较多;赤水河鱼类优势种为宽鳍鱲(Y=0.205)、西昌华吸鳅(Y=0.085)、麦穗鱼(Y=0.068)、乌苏拟鲿(Y=0.033)、云南光唇鱼(Y=0.027);赤水河上游和下游鱼类群落(P<0.01)和Shannon-Wiener指数差异均显著(P<0.05)。海拔、流速、pH、电导率和温度是影响赤水河鱼类多样性的主要环境因素。为环境DNA技术在赤水河鱼类多样性调查中的应用提供了探索性研究,将有助于赤水河生物多样性的保护。     

川东南古蔺铁索桥剖面志留系石牛栏组上段生物-沉积相特征

川东南古蔺铁索桥剖面志留系兰多维列统沉积时的古地理位置处于滇黔桂古陆之北的陆表海环境。埃隆阶上部石牛栏组从下段薄层泥状灰岩形成之后,相变为上段的生屑-砂屑灰岩夹含少量粉砂质泥岩,展示海水深度变浅的过程。本文基于该剖面露头和灰岩薄片鉴定,专述石牛栏组上段生物-沉积类型并分析浅海环境指标。石牛栏组上段粉砂质泥岩中大化石稀少,而灰岩层中底栖型后生动物壳相化石具有中等多样性,少量出现能鉴定属级的大化石密集层,可识别3种不同水动力强度改造的腕足类介壳滩;该段上部赋存珊瑚-层孔海绵原地格架生长建造的小型点礁,标定了该时期最接近滇黔桂古陆的后生动物造礁群落生态域分布点。石牛栏组上段不同粒度的壳相生屑颗粒与泥状灰岩砂屑构成灰岩的重要组分;海底环境指标,特别是不同水动力强度作用主导了灰岩中颗粒与灰泥含量的差异。     

河滨湿地不同植物群落根系分布特征与土壤理化性状的关系——以黄河中游荥阳段为例

在黄河中游郑州荥阳段,选择了5种河滨湿地植物群落进行根系和土壤性状特征研究,以期阐明不同植物群落的根系分布规律与土壤性状的关系,为河滨湿地植物群落组成以及土壤质量恢复提供科学参考。结果表明(1)在0—40 cm土层,根生物量密度与根长密度的平均值均表现为：芦苇群落(Phragmites australis)和芦苇-狗牙根(Cynodon dactylon)群落均大于芦苇-拂子茅(Calamagrostis epigeios)-狗牙根群落、拂子茅-狗牙根群落、拂子茅-狗牙根-水莎草(Juncellus serotinus)群落。拂子茅-狗牙根、芦苇-拂子茅-狗牙根、拂子茅-水莎草-狗牙根三种植物群落类型下根生物量密度、根长密度在0—20 cm表层土壤较大,芦苇群落和芦苇-狗牙根群落的根生物量密度、根长密度在10—40 cm的土层较大。(2)黄河河滨湿地芦苇群落、芦苇-狗牙根群落的土壤以粉粒为主,拂子茅-狗牙根群落、芦苇-拂子茅-狗牙根群落、拂子茅-狗牙根-水莎草群落的土壤主要以砂粒为主。在0—40 cm土层,芦苇群落、芦苇-狗牙根群落的土壤含水率、土壤有机质、有效氮和有效磷含量均显著高于...     

湖南八大公山国家级自然保护区兽类和鸟类多样性及活动节律调查

调查自然保护地内的生物多样性现状,对了解当地野生动物种群动态和分布,并制订有效保护对策非常重要。由于地形复杂、植被浓密且缺乏系统调查,云贵高原东北边缘武陵山区的兽类和鸟类多样性数据较为缺乏。2017年3月—2018年12月,对位于武陵山区的湖南八大公山国家级自然保护区的地栖兽类和鸟类多样性现状、群落组成和行为节律进行了红外相机调查,以补充该区域鸟兽多样性本底资料。调查期内共监测了60个相机位点,累计18 525个相机日,拍摄到2 865张独立有效照片,包括8目25科37属,共15种兽类和35种鸟类,其中褐胁雀鹛(Schoeniparus dubius)、褐头鸫(Turdus feae)和白眉鹀(Emberiza tristrami)为保护区鸟类新记录种,相对多度指数较高的动物类群为啮齿目、鲸偶蹄目、食肉目、鸡形目和雀形目。对8种分布广泛、多度指数较高物种日活动节律分析发现：(1)红腿长吻松鼠(Dremomys pyrrhomerus)和花面狸(Paguma larvata)分别为典型的昼行性和夜行性动物,且与其他地区种群的日活动节律高度相似;(2)毛冠鹿(Elaphodus cepha...     

环境DNA在两栖动物监测中的应用研究进展

两栖动物是我国受威胁程度最高的动物类群,加强两栖动物资源调查和多样性监测,是开展两栖动物保护和濒危物种拯救行动的关键性基础工作。传统的两栖动物监测主要以形态学和声学为基础,耗时费力,且难以发现一些隐蔽性较强的稀有物种。基于环境DNA(environmental DNA, eDNA)的调查方法以其快速、灵敏、高效、无创等独特优势,为两栖动物多样性监测及保护提供了新的工具。综述了eDNA在两栖动物多样性监测、外来入侵和珍稀濒危物种调查、物种丰度或生物量估测等研究领域的应用进展,分析了两栖动物eDNA产生、扩散、迁移和降解的动态变化特征及其关键影响因子,探讨了eDNA应用于两栖动物监测研究的局限性并提出了优化建议,同时对未来的研究方向进行了展望,以充分挖掘eDNA在两栖动物监测中的应用潜力,为两栖动物多样性保护和管理提供新的思路。