Plant–soil feedback during biological invasions: effect of litter decomposition from an invasive plant (Sphagneticola trilobata) on its native congener (S. calendulacea)

生物入侵过程中的植物-土壤反馈：一种入侵植物的凋落物分解对其本地近缘植物的影响 植物入侵可通过正或负的植物-土壤反馈效应改变土壤的生物和非生物性质,从而影响入侵栖息地的土壤理化性质。许多入侵物种的凋落物分解可增加土壤养分,降低本地植物多样性,并导致进一步的植物入侵。关于入侵植物凋落物在不同土壤类型及深度分解及反馈效应的研究依然很少。本研究旨在明确入侵植物南美蟛蜞菊(Sphagneticola trilobata)凋落物在不同土壤类型和不同土壤深度条件下的分解情 况及其对本地近缘植物蟛蜞菊(S. calendulacea)生理生长的影响。将装有南美蟛蜞菊凋落物的尼龙袋加入到不同深度(即0、2、4 和6 cm)的砂土、营养土和粘土中,经6个月的分解后,回收凋落物袋并计算分解速率,随后在凋落物分解处理后的土壤中种植本地蟛蜞菊,并在生长期结束时测量其生理生态指标。研究结果表明,所有处理土壤类型中,凋落物在土壤深度为2和4 cm处分解后显著增加了土壤养分,而对本 地蟛蜞菊的叶片叶绿素、叶氮含量等生长指标表现为负效应。因此,入侵植物南美蟛蜞菊凋落物分解对土壤养分表现为正的反馈效应,而对本地植物蟛蜞菊的生长表现为负效应。我们的研究结果还表明,入侵植物的凋落物分解对土壤和本地物种的影响还因凋落物分解所在的土壤深度而显著不同。未来的研究应侧重于入侵栖息地中更多本地和入侵物种的植物-土壤反馈效应,以及更多土壤类型和土壤深度的入侵植物凋落物效应。     

Interactions between invasive plants and heavy metal stresses: a review

入侵植物与重金属胁迫的相互作用研究进展 全球变化改变了植物群落的分布格局,包括入侵植物,而人为污染可能降低本地植物对入侵植物的抗性。因此,本文总结了近几十年本地植物、入侵植物和植物-土壤生态系统中重金属生物地球化学行为的研究,以加深我们对入侵植物与环境胁迫因子相互作用的认识。我们的研究结合已有文献报道表明：(i)入侵物种对环境胁迫的影响具有异质性, (ii)影响的大小是多变的, (iii)即使在同一影响类型内,影响类型也具有多向性。然而,入侵植物暴露在重金属环境中表现出更强的自我保护机制,对重金属的生物可利用性和毒性有正向或负向的影响。另一方面,由于入侵植物普遍具有较高的耐受性,加之本地植物暴露于有毒重金属污染时具有“逃逸行为”,重金属胁迫环境更有利于植物的成功入侵。但是,对于入侵植物的重金属等元素组成是否与污染地区的本地植物不同,目前尚无共识。因此,在全球范围内对外来入侵植物与本土植物的植物体内、凋落物和土壤污染物含量进行定量比较是今后研究的一个重要方向。     

一株虾池来源的螺旋拟柱孢藻藻株的分离鉴定及重金属离子Cu~(2+)、Cd~(2+)和Pb~(2+)对其生长的影响

【目的】探讨凡纳滨对虾养殖水体中入侵蓝藻拟柱孢藻的生长生理特性。【方法】从汕头澄海人工对虾养殖池分离纯化藻株,通过形态及其16SrRNA基因鉴定,之后在CT与BG11两种蓝藻通用培养基的基础上优化最佳培养条件,最后分析了不同浓度的3种重金属离子即Cu~(2+)(0–0.8 mg/L)、Cd~(2+)(0–4 mg/L)和Pb~(2+)(0–80 mg/L)对藻株生长的影响。【结果】澄海虾池来源的分离纯化藻株形态呈卷曲螺旋型,16S rRNA基因序列与多株其他来源的拟柱孢藻相似度均达98%以上。实验室培养,藻株最佳生长状态的培养条件是在BG11培养基的基础上调整氮浓度及氮磷比分别为N 62 mg/L,N︰P=9︰1,在此条件下,藻丝生物量可达(0.632±0.170)×107/L,藻丝比平均生长速率最高为(0.063±0.001)/d。本分离藻株活体对重金属Cu~(2+)、Cd~(2+)和Pb~(2+)具有一定的耐受性,其耐受浓度范围分别为0–0.2、0–0.5和1–40 mg/L,其中,Cu~(2+)和Cd~(2+)对藻的生长具有抑制作用,而且此抑制作用随着金属离子剂量的增加及作用时间的延长更加显著,Cu~(2+)和Cd~(2+)对藻体的半数抑制浓度(96 h EC50)分别为0.125和0.551 mg/L;而浓度范围为0–80 mg/L的Pb~(2+)对藻体的生长则表现为低剂量(≤40 mg/L)呈促进,高剂量(≥80 mg/L)则抑制。【结论】从凡纳滨对虾养殖池中分离鉴定出一株形态呈螺旋型的拟柱孢藻,命名为螺旋拟柱孢藻(Cylindrospermopsis raciborskii helix),本藻株活体能够在一定浓度的Cu~(2+)、Cd~(2+)和Pb~(2+)中生长,为螺旋拟柱孢藻活藻生物吸附重金属离子而改善虾池水体环境提供了可能性。     

艾比湖湿地芦苇根际土壤氨氧化古菌的多样性和群落结构

【目的】旨在揭示耐盐植物芦苇根际与非根际土壤AOA群落结构间的差异,为深入研究盐生植物根际土壤微生物与耐盐性之间的关系提供理论基础。【方法】应用高通量测序技术以氨单加氧酶基因(amoA)为分子标记,对新疆艾比湖湿地荒漠生态系统不同季节(春、夏、秋)芦苇根际与非根际土壤氨氧化古菌(AOA)的多样性和群落结构进行研究。【结果】结果表明,不同季节芦苇根际土壤AOA多样性和丰富度存在差异,相比非根际土壤,夏季和秋季芦苇根际土壤AOA多样性较低丰富度较高,春季多样性较高丰富度较低。芦苇根际土壤中AOA的多样性为春季夏季秋季。AOA群落组成分析表明,土壤样品中AOA群落主要集中在泉古菌门(Crenarchaeota)和奇古菌门(Thaumarchaeota),其中泉古菌门为主要优势菌门。RDA分析表明,含水量(SM)、有机质(SOM)、总氮(TN)和pH是影响芦苇根际土壤AOA群落多样性和丰富度的主要环境因子。【结论】不同季节芦苇根际土壤AOA多样性及丰富度存在差异,相比非根际土壤,芦苇根际土壤AOA更丰富。     

植物重金属胁迫耐受机制

重金属是一类会对植物产生毒害作用的污染物,植物在长期进化过程中演变出耐受重金属胁迫的相关机制。以植物重金属耐受性为基础,对近几年来国内外植物响应重金属胁迫的耐受机制研究作一简要综述。主要概述了重金属对植物的胁迫影响及植物抗氧化系统,脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白等渗透调节物质和不同类型基因家族等方面对植物耐受重金属胁迫机制的研究进展。以期为提高植物耐重金属胁迫能力及研究植物修复重金属污染土壤的应用奠定一定的基础。     

养分管理对农田土壤微生物量的影响

土壤微生物与土壤质量、健康、植物的生产力和农业的可持续发展密切相关。任何对土壤中微生物的扰动都可能影响土壤的长期生产力,并可能产生严重后果。大量研究结果表明,肥料类型、施肥处理年限长短、施肥水平高低及施肥措施都会造成土壤成分的变化,进而影响土壤中微生物的生长以及繁殖。简要介绍了微生物量的几种测定方法,综述了各种养分管理措施对农田生态系统中土壤微生物量的影响,从而了解土壤微生物因人类对土壤的利用而发生的变化,以期为农业的可持续发展和生态环境的保护提供理论依据。     

种植年限对寿光设施大棚土壤生态环境的影响

为探讨不同种植年限对设施大棚土壤生态环境的影响,研究了不同种植年限的大棚土壤物理性状、化学性状以及微生物区系的差异变化,并对种植年限与土壤理化性状和微生物数量之间的相关性进行了统计分析。结果表明,随种植年限增加,土壤容重和pH值均明显下降,而土壤孔隙度、土壤EC值和土壤盐分含量则显著升高,有机质含量也呈增长的趋势;土壤全氮和全磷量均持续升高,土壤全钾、硝态氮和速效钾均先升高后降低;随着设施大棚种植年限的增长,细菌数量先上升后下降,放线菌数量先迅速升高后保持相对稳定,只有真菌数量呈持续增加的趋势。这说明由于大量的有机无机肥料投入,种植年限不同的设施大棚土壤均出现一定酸化现象,养分失衡,微生态平衡遭到破坏,盐分含量显著升高,存在明显的环境风险。应提倡合理科学施肥,以保证设施大棚土壤的生态环境安全。     

北京城区人工构筑物对比邻绿地土壤温度和含水量的影响

选取城市中分布最广的两类人工构筑物——沥青和混凝土为研究对象,采用构筑物-绿地梯度样带法,观测这2类典型城市构筑物对比邻绿地土壤温度和含水量的影响,分析不同构筑物的质地、面积、形态等构筑物特征对土壤水、热分布的影响强度及范围。研究显示:1)夏、秋季在构筑物-绿地梯度样带上,绿地土壤温度在比邻构筑物端(a点)处最高,并且白天中午、傍晚时段a点温度显著高于梯度上其他观测点和对照点;2)绿地土壤含水量在比邻构筑物端(a点)处最低,而且土壤含水量变化在梯度样带上从a点至远离构筑物端的对照点变化具有不确定性,可能受城区土壤蒸散、人工灌溉、土壤地下生物量等不确定因素的影响。3)梯度样带上土壤温度(T)和水分(W)与离a点距离(D)均呈现幂函数定量关系,即沥青样地T=0.7708(579.4957-0.9984D)0.5843,W=0.1970(0.0505+0.1347D)0.2262;混凝土样地T=0.7615(583.7027-1.0986D)0.5746,W=0.2224(-0.6019+0.3473D)0.0595。4)在构筑物-绿地梯度样带上,土壤温度和含水量受构筑物影响幅度大概在0—100 cm之间,而且随构筑物质地及分布格局、城市气象以及绿地构成、结构、人工管理方式等因素的影响而变化。     

中国东部南北样带典型针叶林土壤酶活性分布格局

选取中国东部南北样带不同气候区(寒温带、温带和亚热带)的针叶林作为研究对象,分析了多酚氧化酶、过氧化物酶、几丁质酶以及β-葡萄糖苷酶活性的变化。结果表明,土壤溶解性有机碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)含量从北到南依次减小,寒温带显著高于亚热带;土壤p H值在3个气候区差异显著,温带最高,亚热带最低。分解木质素的多酚氧化酶和过氧化物酶活性不存在显著性差异;而与氮循环密切相关的几丁质酶活性表现为温带显著高于寒温带和亚热带;与碳循环密切的β-葡萄糖苷酶活性在温带最高,并显著高于亚热带地区。逐步回归分析表明,土壤MBN与p H值影响土壤几丁质酶活性,而土壤β-葡萄糖苷酶活性主要受p H的控制。研究认为,在中国东部南北样带针叶林中,土壤几丁质酶和β-葡萄糖苷酶活性存在显著性差异,而p H与MBN可能是影响土壤酶活性的主要因素。     

内生真菌对花生残茬腐解及土壤酚酸含量的影响

土壤中花生残茬是导致连作障碍的原因之一。为了探讨施加内生真菌Phomopsis liquidambari(B3)对加速花生残茬腐解、改善连作花生土壤环境、缓解花生连作障碍的作用及其可能机理,通过向土壤中添加花生(Archis hypogaea)残体,利用盆栽试验探讨了施加B3对花生残茬腐解率、土壤部分酚酸物质和酶活性的影响。结果表明:与CK相比,在萌发期和苗期,添加B3处理显著加快残茬腐解,提高纤维素木质素降解率,增加土壤中对羟基苯甲酸、香草酸和香豆酸的含量;在花生整个生育期,施加B3显著调节了土壤中漆酶、锰过氧化物酶(Manganese peroxidase,Mn P)、木质素过氧化物酶(Lignin peroxidase,Li P)和多酚氧化酶(Polyphenol oxidase,PPO)活性的动态变化,这种变化有利于花生残茬快速腐解和酚酸类化感物质的及时转化。开花期之后施加B3处理土壤酚酸含量显著降低,花生荚果增产19.9%。实时定量PCR结果表明内生真菌B3在土壤中30 d内可以被检测,并对复杂多样的酚酸类物质具有广谱高效的降解能力。由此说明,施加内生真菌B3可以显著加快连作土壤中花生残茬腐解,进而通过减少土壤酚酸含量来缓解由残茬腐解引起的连作障碍。