禾草内生真菌对其它微生物的影响研究进展

禾草内生真菌在宿主植物的茎叶等地上组织中普遍存在,不仅能够提高禾草对生物与非生物逆境的抗性,而且能够对周围环境中的不同微生物类群产生影响。主要总结了禾草Neotyphodium/Epichlo内生真菌对病原真菌、丛枝菌根真菌和土壤微生物的影响及其作用机理。发现禾草内生真菌普遍存在对病原真菌的抑制作用,而对丛枝菌根真菌存在不对称的竞争作用,且因种类而异。禾草内生真菌对土壤微生物群落的作用则会随着土壤类型和时间等外界因素发生变化。禾草内生真菌对不同类群微生物的影响机制主要包括:通过生态位竞争、抑菌物质分泌、诱导抗病性等对病原真菌造成影响;通过根系化学物质释放、营养元素调节、侵染条件差异等对丛枝菌根真菌造成影响;通过根际沉积物和凋落物等对土壤微生物群落造成影响。禾草内生真菌产生的生物碱能提高宿主植物对包括昆虫在内草食动物采食的抗性,影响病原菌的侵入、定殖和扩展;根组织分泌物中包含次生代谢产物能够抑制菌根真菌、土传病原真菌及其它土壤微生物的侵染与群落组成;也可能通过次生代谢物影响禾草的其它抗性。因此,禾草内生真菌在植物-微生物系统中的作用应该给予更多的关注和深入研究。     

放线菌Act12与腐植酸钾配施对丹参生长及其根域微生态的影响

探讨生防放线菌菌剂与腐植酸钾配施对丹参生长及其根域微生态的影响。以常规移栽处理为对照,研究小区试验中放线菌菌剂与腐植酸钾不同配施比例下对丹参生长、产量及抗根结线虫侵染的影响;并采用稀释平皿涂抹法测定丹参根区土壤、根表土壤、根外土壤及根系中细菌(B)、真菌(F)与放线菌(A)的数量,同时对优势细菌、真菌和放线菌进行了分子生物学鉴定,研究放线菌菌剂与腐植酸钾配施处理下丹参根域微生态变化。研究结果表明:1配施能增强菌剂对丹参的促生效果。菌剂与腐植酸钾配施T20处理丹参出苗率较对照提高8.7%,收获时的死亡率较对照减少39.0%;茎叶鲜质量、根鲜质量、单株根鲜质量、根干质量以及单株根干质量分别较对照增加6.1%、28.6%、11.1%、36.3%以及9.0%。2可以调整丹参植株根域土壤微生态平衡,降低有害微生物数量,增加有益微生物数量,改善微生物区系。在丹参根表土壤中,菌剂与腐植酸钾配施处理B/A值较对照降低78.4%,A/F值较对照增加95.0%。在丹参根系内,菌剂与腐植酸钾配施处理细菌数量较对照增加195.0%,未检测到真菌和放线菌存在。3在放线菌处理丹参根区、根表土壤中,有6株优势菌可能对丹参生长及抗病有益:3株优势细菌分别为硝基愈疮木胶节杆菌(Arthrobacter nitroguajacolicus)、放射型根瘤菌(Rhizobium radiobacter)和弗雷德里克斯堡假单胞菌(Pseudomonas frederiksbergensis);3株优势放线菌分别为淀粉酶产色链霉菌(Streptomyces diastatochromogenes)、砖红链霉菌(S.lateritius)和卡伍尔链霉菌(S.cavourensis)。有2株优势菌疑为有害微生物:优势细菌为耐寒短杆菌(Brevibacterium frigoritolerans),优势放线菌为肿痂链霉菌(S.turgidiscabies)。这2种菌对其他作物的有害作用已有报道。4对丹参根结线虫侵染有强烈抑制作用,可使田间根结线虫侵染率降低49.3%。生防放线菌与腐植酸钾配施处理后能明显促进丹参生长,提高丹参产量及抗病虫能力,调节丹参根域微生态平衡。     

土壤动物多样性及其生态功能

土壤无脊椎动物生物量通常小于土壤生物总生物量的10%,但它们种类丰富,取食行为及生活史策略多种多样,且土壤动物之间,土壤动物与微生物之间存在着复杂的相互作用关系。土壤动物的生态功能主要通过取食作用(trophic effect)和非取食作用(non-trophic effect)来实现。原生动物数量大、周转快,故原生动物本身的代谢活动(即取食作用)对碳氮矿化的贡献可以接近甚至超过细菌的贡献;然而大多数中小型土壤动物的本身代谢过程对碳氮矿化的贡献远低于土壤微生物,但它们可以通过取食作用来调节微生物进而影响碳氮的矿化。大型节肢动物中的蜘蛛和地表甲虫等捕食者经常活跃于地表,它们常常会通过级联效应对土壤生态系统产生重要的影响。蚯蚓、白蚁等大型土壤动物除可以通过取食作用以外,还可以通过非取食作用调控土壤微生物,进而显著影响土壤碳氮过程。土壤动物取食行为的多样性和复杂的非营养关系的存在造就了多维度的土壤食物网,给土壤动物的生态功能研究带来了巨大的挑战。介绍了土壤动物的多样性及主要的生态功能,并对研究的热点和前沿问题进行了探讨,以期引起关于土壤动物多样性及其生态功能的深入思考。     

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。     

磷肥输入对稻田土壤剖面胶体磷含量的影响

磷肥管理与土壤磷素赋存息息相关,选取杭嘉湖地区典型稻田定位实验,研究磷肥输入下稻田土壤剖面胶体磷含量的变化,分析不同施肥管理下胶体磷在土壤中的分布规律。结果表明,(1)胶体磷是磷素在土壤中赋存的重要形式,能够占到土壤胶体溶液(1μm)总磷的85%以上,土壤全磷的0.1%—2%;(2)磷肥施用增加了土壤胶体磷含量,特别是在有机肥处理下0—5 cm土壤胶体磷含量达到了8.0 mg/kg;(3)随着土壤深度的增加,胶体磷含量减少,有机肥输入下对深层土壤胶体磷含量的影响较无机肥明显;(4)水稻收割后表层土壤胶体磷含量与油菜收割后相比减少明显,0—5 cm土壤胶体磷含量减少了90%左右,但有机肥施用下胶体磷含量减少较小;(5)水稻收割后30—60 cm土壤胶体磷含量有所增加,可能与胶体磷发生的纵向迁移有关。了解磷肥输入对稻田土壤剖面胶体磷含量的影响,为研究土壤磷素赋存形态及迁移变化提供科学依据,对有效评估胶体磷的环境风险起到指导作用。     

温带针阔混交林土壤碳氮气体通量的主控因子与耦合关系

中高纬度森林地区由于气候条件变化剧烈,土壤温室气体排放量的估算存在很大的不确定性,并且不同碳氮气体通量的主控因子与耦合关系尚不明确。以长白山温带针阔混交林为研究对象,采用静态箱-气相色谱法连续4a(2005—2009年)测定土壤二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)净交换通量以及温度、水分等相关环境因子。研究结果表明:温带针阔混交林土壤整体上表现为CO2和N2O的排放源和CH4的吸收汇。土壤CH4、CO2和N2O通量的年均值分别为-1.3 kg CH4hm-2a-1、15102.2 kg CO2hm-2a-1和6.13 kg N2O hm-2a-1。土壤CO2通量呈现明显的季节性规律,主要受土壤温度的影响,水分次之;土壤CH4通量的季节变化不明显,与土壤水分显著正相关;土壤N2O通量季节变化与土壤CO2通量相似,与土壤水分、温度显著正相关。土壤CO2通量和CH4通量不存在任何类型的耦合关系,与N2O通量也不存在耦合关系;土壤CH4和N2O通量之间表现为消长型耦合关系。这项研究显示温带针阔混交林土壤碳氮气体通量主要受环境因子驱动,不同气体通量产生与消耗之间存在复杂的耦合关系,下一步研究需要深入探讨环境变化对其耦合关系的影响以及内在的生物驱动机制。     

半干旱黄土丘陵区纯林土壤腐殖质异化特征及与其他性质的关系

纯林长期生长或多代连栽必然会导致土壤腐殖质含量和构成发生异化,探究这种异化特征及其与土壤其他性质的关系可以为纯林管理或混交改造提供科学依据。通过对半干旱黄土丘陵区南泥湾林场8种典型纯林土壤腐殖质及其他性质进行系统检测,结果表明:(1)侧柏林土壤腐殖质含量最高(34.61 g/kg),腐殖化程度和稳定性一般;白榆和白桦林土壤的腐殖质含量中等(19.69—23.58 g/kg)、腐殖化程度和稳定性最佳;茶条槭和小叶杨林土壤的腐殖质含量(20.59—22.53 g/kg)和构成均为中等水平;油松、沙棘和刺槐林土壤的腐殖质质量较低(11.77—13.81 g/kg),且腐殖化程度较低,稳定性相对最差;(2)与胡敏酸含量存在显著相互促进作用(P0.05)的土壤性质为CEC、N、微生物量和蛋白酶活性(相关系数0.769—0.926,下同),存在显著相互抑制作用的为有效Cu(-0.793);与富啡酸存在显著相互促进作用的为N、CEC、微生物量、蔗糖酶和磷酸酶活性(0.836—0.955),存在显著相互抑制作用的为有效Cu(-0.822);与胡敏素存在显著相互促进作用的为N、CEC、微生物量、磷酸酶活性和有效Zn(0.766—0.951),存在显著相互抑制作用的为脱氢酶活性(-0.784)。(3)腐殖质构成与其他性质的相关性均不显著(P0.05),其中相对有利于提高胡敏酸/腐殖酸含量之比的土壤性质为蛋白酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性,而不利的是脱氢酶活性;相对有利于提高胡敏酸/富啡酸含量之比的为速效K、CEC和脲酶活性,而不利的是脱氢酶活性。(4)总体而言土壤腐殖质含量较之腐殖质构成与其他性质之间具有更大的相关性;向土壤增施N肥可以促进腐殖质的形成,增加K肥则有利于腐殖质构成的改善,而通过混交改造或增加林下植被是促进纯林土壤腐殖质化过程和解决土壤退化的根本措施。     

浙江天童太白山不同群落植物构型比较

植物构型是植株构件在空间上的分配方式,反映了植物对环境的响应策略。通过对浙江天童太白山海拔差异很小的栲树(Castanopsis fargesii)、小叶青冈(Cyclobalanopsis gracilis)和云山青冈(Cyclobalanopsis sessilifolia)群落类型中所有植株的树高、树冠厚度、树冠面积、叶片聚集度、枝下高和距地45 cm基径等植物构型性状,以及树冠曝光指数、土壤含水率、空气温湿度、土壤p H值和风速6个环境因子的测定,分别分析乔灌木层植物构型性状及性状关系在3个群落间的变化规律。结果表明:(1)从栲树到小叶青冈至云山青冈群落,灌木层的树高、树冠厚度、枝下高和距地45 cm基径增加,叶片聚集度减小;乔木层的树高、树冠厚度、树冠面积、枝下高和距地45 cm基径均减小,叶片聚集度增大;(2)3个群落灌木层构型性状间显著相关(P0.001),而乔木层只在中低海拔群落存在相关性;(3)从栲树到小叶青冈至云山青冈群落,乔灌木层的冠层曝光指数显著增加(P0.05);(4)多元逐步回归表明,树冠曝光指数对灌木层构型性状变异的贡献最大,而风速、土壤含水率和p H值对乔木构型性状的变异起主导作用。综上得知,天童太白山乔灌木植物在不同群落间存在构型分异,植物对光资源的竞争是引起灌木构型在不同群落间变化的主要驱动因子,而对乔木植物,其构型变化更多受到风速和土壤含水量的影响。     

外来植物火炬树(Rhus typhina L.)入侵对不同林型土壤性质的影响

生物入侵在世界范围内广泛发生,严重威胁当地生物多样性和生态系统稳定性。植物与土壤之间的相互作用在决定植物的竞争力以及分布格局中起着重要作用,是影响外来植物入侵力和生态系统可入侵性的一个重要方面。目前,有关研究已成为植被生态学与入侵生态学的研究热点。引自北美的外来植物火炬树(Rhus typhina L.)已成为我国北方主要的入侵木本植物之一。比较了火炬树单优林型、火炬树+刺槐(Robinia pseudoacacia L.)混交林、火炬树+麻栎(Quercus acutissima Carruth.)混交林、火炬树+银白杨(Populus alba L.)混交林4种不同林型的土壤微生物群落结构、土壤酶活性和土壤养分含量特征。结果表明:火炬树单优林土壤细菌、放线菌数量明显高于各混交林型,而真菌数量无显著差异;土壤酶活性方面,火炬树单优林脲酶、过氧化氢酶活性高,土壤磷酸酶活性低;火炬树的入侵显著提高了土壤全碳、全氮、全磷和硝态氮含量,同时明显降低了土壤铵态氮含量。硝态氮含量的增高可能与火炬树入侵造成土壤微生物群落组成变化、土壤硝化速率高有关;而火炬树入侵降低了土壤铵态氮含量,说明该物种可能更易于吸收利用铵态氮。以上研究结果表明,火炬树可以改变土壤生态系统的微生物群落组成和土壤酶活性并影响土壤相关营养元素循环,从而可能使其在与当地植物的竞争中获得优势,为自身的入侵创造有利条件。     

川西亚高山-高山森林土壤养分动态及其对季节性冻融的响应

为深入了解川西亚高山-高山森林冬季生态学过程,于2008年11月—2009年10月,在土壤冻结初期、冻结期和融化期及植被生长季节,研究了不同海拔(3582 m、3298 m和3023 m)岷江冷杉林土壤养分动态及其对季节性冻融的响应。3个海拔森林土壤冬季具有较高养分含量,且随土壤冻融过程不断变化。土壤有机层可溶性碳和氮、铵态氮、硝态氮含量在冻结初期显著增加后快速降低,并随融化过程迅速增加后再次降低,而土壤可溶性碳和氮、硝态氮含量在冻结期变化不明显,铵态氮显著增加。矿质土壤层可溶性碳和氮、铵态氮含量也在冻结初期显著增加后降低,而土壤可溶性氮、铵态氮和硝态氮在冻结期显著增加,并在融化期经历一个明显的含量高峰。海拔和土层的交互作用显著影响土壤可溶性碳和硝态氮含量,土壤养分含量与土壤温度的相关性随海拔差异而不同。这表明季节性冻融期是土壤生态过程的重要时期,土壤冻融格局显著影响川西亚高山-高山森林土壤养分动态。