喀斯特洞穴小型土壤节肢动物多样性

研究洞穴土壤节肢动物,有助于了解土壤节肢动物对特殊环境的响应,对于深入认识喀斯特生态过程具有重要意义。以喀斯特洞穴生态系统小型土壤节肢动物为研究对象,采用主成分分析、重复测量方差分析、相关性分析和冗余分析等方法探讨了小型土壤节肢动物与环境因子的相互作用关系。调查共获得小型土壤节肢动物2399个,隶属7纲15目121科。其中,自然林优势类群为等节跳科(Isotomidae),洞穴优势类群为奥甲螨科(Oppiidae)。PCA分析显示,洞穴与自然林小型土壤节肢动物群落组成差异明显。洞穴小型土壤节肢动物类群数、密度和Shannon-Wiener指数(H′)显著低于自然林(P<0.05),自然林小型土壤节肢动物类群数、密度和Shannon-Wiener指数(H′)季节差异显著(P<0.05),洞穴类群数、密度和Shannon-Wiener指数(H′)季节差异不明显。相关性分析结果表明,小型土壤节肢动物类群数和Shannon-Wiener指数(H′)与pH值、全磷和光照强度显著相关(P<0.05),密度与pH值、全磷、有机质和光照强度显著相关(P<0.05)。RDA分析表...     

不同治沙措施对荒漠绿洲过渡带植物群落与土壤因子的影响

沙漠化是河西走廊荒漠绿洲过渡带土地退化的主要原因,科学合理的治沙措施能够有效控制风沙侵害,有助于植被-土壤系统的重建与恢复。多年来,治沙措施的研究主要集中在不同时间梯度下某种给定措施对植物群落及土壤的影响方面,对于同一时间段内不同类型措施产生的生态惠益尚缺乏足够认识。鉴于此,以流动沙地丘间地为对照,选取围栏封育+麦草沙障(Ge+Ws)、麦草沙障+人工梭梭(Ws+H)和尼龙沙障+人工梭梭(Nn+H)3种不同的治沙措施区为研究对象,通过群落学调查与土壤因子测定,研究了不同治沙措施影响下植物群落数量特征和土壤因子的变化规律与相互关系,并对各措施的生态效益进行了评价。结果表明：(1)植被方面,3种治沙措施影响下草本层和灌木层群落数量特征均呈增加趋势,其中Ge+Ws草本层恢复效果较佳,Ws+H和Nn+H灌木层恢复程度更明显;土壤方面,伴随植物群落的恢复,3种治沙措施均能大幅改善土壤全碳、全氮、有机质等主要养分,但同时对土壤水分带来负面效应,Ge+Ws、Ws+H及Nn+H的表层土壤含水量依次减少了37.99%、 31.37%和35.94%。(2)结构方程模型显示,治沙措施通过直接影响灌木和草本群落...     

近20年来京津冀地区土壤风蚀扬尘颗粒物排放变化

京津冀地区是我国大气污染严重区域,土壤扬尘颗粒物排放变化研究对于改善京津冀地区空气质量具有重要意义。收集2000-2019年京津冀地区气候、土壤、植被覆盖数据,分析近20年来京津冀地区土壤扬尘颗粒物排放变化,揭示其变化的影响因素。结果显示2000-2019年京津冀地区土壤扬尘源总悬浮颗粒物（TSP）排放系数均值为1.79 t km^-2 a^-1,其中PM10占8.99%,PM2.5占0.25%。近20年土壤扬尘源TSP排放系数具有下降趋势,PM10和PM2.5排放系数变化过程与TSP一致。上述变化主要受气候因子变化影响,其次受植被覆盖度影响。分析发现近20年来京津冀地区土壤扬尘源TSP排放系数变化主要受年降水量影响。沧州市、天津市和石家庄市土壤扬尘源TSP、PM10和PM2.5排放系数均值较高,张家口市、保定市和沧州市土壤扬尘源TSP排放量占京津冀地区总量的19.18%、12.98%和11.63%。耕地土壤扬尘排放量最大占京津冀地区总量的59.83%,是抑制土壤扬尘源颗粒物排放的重点关注对象,其次为草地占15.66%。2019年邢台市土壤扬尘源PM10排放占观测值比例最高为12.66%,石家庄市和天津市占比也较高分别为11.09%和10.30%,沧州市和邯郸市占比分别为8.63%和8.02%。上述地区环境管理部门均应关注土壤扬尘源颗粒物排放对空气质量的影响。     

火烧强度对中亚热带人工造林初期土壤呼吸的影响

在热带和亚热带森林中,火烧是一种清理采伐迹地的有效管理措施。尽管许多研究表明,火烧刺激了土壤的碳排放,但对亚热带火强度对土壤呼吸的影响还缺乏了解。在中亚热带米槠常绿阔叶次生林采伐迹地上,设置高火烧强度（HF）、低火烧强度（LF）炼山造林处理,利用LI-8100对造林初期（2012年3月-2012年12月）土壤呼吸进行测定,同时监测观测期土壤温度、含水量以及降雨量等气象因子,分析不同火烧强度对中亚热带造林初期土壤呼吸及排放量的影响,同时探讨影响土壤呼吸变化的主要因素。结果表明：（1）观测期间不同火烧强度对土壤呼吸的影响呈现出明显的时间变化特征：与对照（CT）相比,土壤呼吸在火烧后2个月以内显著增加（P<0.05）,HF和LF分别增加76.3%和55.3%;在火烧后2-5个月内三种处理间没有显著差异（P>0.05）;但之后,火烧处理土壤呼吸显著低于CT （P<0.05）,HF和LF分别降低40%和32.6%;在观测期间火烧处理没有导致土壤CO₂累计排放量的增加。（2）火烧处理下,仅HF处理中土壤呼吸与土壤温度显著相关（P<0.05）,但拟合决定系数较低。（3）单次降水事件会导致火烧处理下土壤呼吸的增加,而对照无明显增加;但连续性降水事件中,降雨早期促进土壤呼吸,而后期呈现出抑制作用。     

中分辨率遥感像元尺度生物土壤结皮覆盖与植被及土壤间的交互关系

生物土壤结皮（Biological soil crust,BSC）作为干旱、半干旱地区健康生态系统的重要组成部分,具有固碳、固氮、降低土壤水分蒸发、减少土壤径流等多种生态功能,这些功能与BSC的发展阶段及覆盖度密切相关,使其在维系荒漠自然生态系统的稳定性中扮演重要角色。因此,结合遥感数据尺度定量研究影响BSC分布的环境因素是评估沙区生态系统稳定性并以此为依据进行沙化土地治理的重要基础性研究。影响BSC覆盖度的环境因子较为复杂,现有研究方法存在两方面局限,其一是多为小尺度定性分析,其二是多侧重于孤立地分析BSC与环境因子间的单向关系。利用结构方程模型（Structural Equation Modeling,SEM）中的非递归路径分析（Nonrecursive Path Analysis,NPA）对遥感30 m分辨率像元尺度BSC覆盖度、植被覆盖度、土壤pH值、盐度、有机质与粒度进行路径分析,旨在使用综合性方法从整体上阐明大尺度BSC分布与植被、土壤间的交互关系。结果表明：（1）在毛乌素沙地,BSC覆盖度受各环境因子综合影响,无法用单一变量说明。BSC覆盖度与植被覆盖度、土壤有机质、平均粒径和细颗粒占比呈极显著正相关（P<0.01）,与粗颗粒占比呈极显著负相关（P<0.01）。（2） BSC覆盖度与植被覆盖度通过有机质相互影响,BSC覆盖度对植被覆盖度有较大的正向直接影响,路径系数（Path Coefficient,PC）=0.43（P>0.05）,植被覆盖度对BSC覆盖度有交大的负向影响（PC=－0.22;P>0.05）。（3）土壤平均粒径和细颗粒占比均正向影响BSC的覆盖度,其中,平均粒径对BSC覆盖度的总体影响较大（PC=0.67;总效果值=0.590）,细颗粒占比对BSC覆盖度的间接影响较大（间接效果值=0.052）。（4）盐度对BSC覆盖度呈显著负向直接影响（PC=－0.41;P<0.05;总效果值=－0.398）,pH值对BSC覆盖度有极小的正向影响（总效果值=0.072）。上述研究结果可为遥感探测BSC、制定有效的荒漠生态系统保护与修复政策措施提供科学依据。     

宁夏河东沙地生物土壤结皮对土壤性质及入渗过程的影响

为了揭示沙漠化治理过程中生物土壤结皮覆盖对土壤入渗过程的影响规律,以宁夏河东沙地人工沙漠治理区4种典型地表覆盖类型：裸沙(BS)、藻类结皮(AC)、藓类结皮(MC)、草本-藓类结皮(H-MC)为研究对象,基于野外双环入渗试验与室内模拟,分析了3种生物土壤结皮覆盖下土壤性质的变化与土壤入渗特征。结果表明：(1)与BS相比,3种结皮覆盖下表层土壤砂粒含量减少2.0%-5.1%,粉粒含量增加3.6%-5.8%,有机质含量增加了5-6倍,AC和MC覆盖下土壤总孔隙度与饱和含水量降低,而H-MC与之相反;(2)平均入渗速率表现为BS>H-MC>AC>MC,1h累计入渗量表现为H-MC>BS>AC>MC,与BS相比,AC、MC和H-MC的初渗速率依次减少了14.3%、37.2%、11.8%,AC、MC的稳渗速率分别降低了14.4%和18.3%,H-MC的稳渗速率增加了4.5%;(3)三种模型中,Kostiakov模型最适用于模拟生物土壤结皮覆盖下土壤水分入渗过程。综上,研究区内不同发育程度生物土壤结皮改变了下层土壤的性质以及土壤的入渗特征,MC与AC阻碍水分入渗,H-MC促进水分入渗。     

微生物水泥相关酶的研究进展

微生物诱导碳酸钙沉积(microbial induced calcium carbonate precipitation,MICP)是微生物通过新陈代谢在其周围微环境中形成碳酸钙沉积的一种自然现象,根据其原理目前研发出了“微生物水泥”。因其具有绿色环保、经济高效的特点,已成为生物、土木、环境等领域的研究热点。文中就与微生物水泥密切相关的关键酶——脲酶、碳酸酐酶的研究进展进行了系统综述,主要包括两种酶的基因、蛋白结构、调控机制、工程菌的构建以及脲酶与碳酸酐酶在MICP过程中的协同关系等,并对MICP未来的发展作出展望。在现有研究基础上,借助生物信息学、合成生物学等前沿技术,开发能适应广泛环境、高性能的生物水泥,这将开启MICP研究的一个新阶段。     

Soil multitrophic network complexity enhances the link between biodiversity and multifunctionality in agricultural systems

Belowground biodiversity supports multiple ecosystem functions and services that humans rely on. However, there is a dearth of studies exploring the determinants of the biodiversity–ecosystem function (BEF) relationships, particularly in intensely managed agricultural ecosystems. Here, we reported significant and positive relationships between soil biodiversity of multiple organism groups and multiple ecosystem functions in 228 agricultural fields, relating to crop yield, nutrient provisioning, element cycling, and pathogen control. The relationships were influenced by the types of organisms that soil phylotypes with larger sizes or at higher trophic levels, for example, invertebrates or protist predators, appeared to exhibit weaker or no BEF relationships when compared to those with smaller sizes or at lower trophic levels, for example, archaea, bacteria, fungi, and protist phototrophs. Particularly, we highlighted the role of soil network complexity, reflected by co-occurrence patterns among multitrophic-level organisms, in enhancing the link between soil biodiversity and ecosystem functions. Our results represent a significant advance in forecasting the impacts of belowground multitrophic organisms on ecosystem functions in agricultural systems, and suggest that soil multitrophic network complexity should be considered a key factor in enhancing ecosystem productivity and sustainability under land-use intensification.     

韭菜化感物质草莓酸对香蕉枯萎病菌的影响

香蕉枯萎病主要由尖孢镰刀菌 4 号生理小种(Fusarium oxysporum f. sp. cubense,Foc4)引起的一种土传病害,严重威胁香蕉产业的可持续发展。为寻求一种经济有效且环保的防治措施,以韭菜化感物质的衍生物草莓酸(strawberry acid,SA)为材料,通过平板和盆栽实验,研究了SA对Foc4的菌丝生长、香蕉枯萎病病情指数、土壤微生物数量、土壤酶活性的影响。结果表明:(1)随着SA浓度的增加,Foc4的菌落生长直径显著减小,第5天时菌落直径在SA浓度为300、450 μL·L^-1时比150 μL·L^-1分别减小了49.15%、70.89%; 液体培养条件下SA浓度为600 μL·L^-1时Foc4的分生孢子数量显著低于对照处理(相差 470 多倍); pH为5时SA对Foc4的抑制效果显著比pH为7和9时好。(2)随实验处理时间的延长,添加 SA后香蕉幼苗的病情指数显著低于对照。(3)土壤细菌、真菌数量和微生物总量在SA为600 μL·L^-1时均为最高; Foc4数量随SA浓度升高而降低,在1 200 μL·L^-1时显著降低。(4)各土壤酶在浓度(300～600 μL·L^-1)SA处理时活性较高; 1 200 μL·L^-1时显著降低,过氧化氢酶和多酚氧化酶较对照分别降低了41.88%、54.82%。(5)相关性分析得出,土壤微生物总量与细菌、真菌数量极显著正相关; 土壤真菌与放线菌显著负相关; 土壤细菌、真菌和放线菌数量均与蔗糖酶、多酚氧化酶显著正相关; 蔗糖酶与脲酶、过氧化氢酶与多酚氧化酶均显著正相关。综上认为,添加SA浓度为600 μL·L^-1能较好地抑制Foc4的菌丝生长且能提高其抑制率,病情指数明显降低,有利于改善香蕉的生长环境。该研究结果为有效利用SA防治香蕉枯萎病提供了科学依据。