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。     

4种蚯蚓肠道微生物对砷毒性的响应差异研究

蚯蚓肠道是微生物多样性的一个潜在存储库。砷对蚯蚓肠道微生物群落的影响已被证实,但砷在不同蚯蚓肠道菌群中生物转化的差异仍不清楚。为了进一步阐述土壤中广泛存在的低浓度砷(浓度为5,15,25 mg/kg)对不同种类蚯蚓肠道微生物影响的差异,将4种典型蚯蚓暴露于砷污染土壤后,测定其肠道微生物组成变化,并分析砷对不同蚯蚓肠道内砷富集、形态和砷生物转化基因的影响。结果显示,所有蚯蚓组织内均存在明显的砷富集,其富集系数由高到低依次为:安德爱胜蚓(1.93)>加州腔蚓(0.80)>通俗腔蚓(0.78)>湖北远盲蚓(0.52),蚯蚓组织和肠道内砷形态主要以无机砷为主,其中As(III)含量比例> 80%,部分蚯蚓组织内还发现少量有机砷。4种蚯蚓肠道微生物群落在门水平上主要以变形菌、厚壁菌和放线菌为主,并与周围土壤细菌群落组成存在显著差异。同时,在土壤和肠道内共检测到17个砷转化基因,其中蚯蚓肠道内As(V)还原和砷转运相关基因相对丰度较高,而砷(去)甲基化基因丰度较低。此外,低浓度砷污染对蚯蚓生长无显著影响,却能引起蚯蚓肠道微生物群落的紊乱。蚯蚓种类和砷污染是引起蚯蚓肠道微生物...     

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。     

中国两个气候过渡区森林土壤线虫群落的比较研究

为比较不同气候过渡区地带性森林土壤线虫群落结构和多样性,以南亚热带向中亚热带气候过渡区的石门台常绿阔叶林和北亚热带向暖温带气候过渡区的鸡公山落叶阔叶林为样地,探讨不同气候区土壤微食物网能流方式的差异。结果表明,石门台土壤线虫群落属数(S)、生物量(Biomass)、多样性指数(H')、丰富度指数(SR)、成熟度指数(MI)和结构指数(SI)在表层土壤(0~10 cm)均显著高于鸡公山。石门台的土壤线虫通路指数(NCR)均值高于0.5,而鸡公山的NCR均值小于0.5,说明前者土壤食物网可能偏向于细菌能流通道,而后者偏向于真菌能流通道,这也与食细菌线虫、食真菌线虫生物量的计算结果一致。可见线虫群落结构确实存在明显的南北差异,并较好地指示了土壤能流和养分循环状况。     

森林生态系统健康评估Ⅱ.案例实践

结合样地调查和他人对阔叶红松林生态系统相关指标的研究资料数据,利用健康距离(HD)评估法和上文建立的阔叶红松林生态系统健康评估指标体系框架,对不同人为干扰影响的长白山阔叶红松林生态系统进行系统健康的评估实践.结果按顺序依次为20%强度择伐林0.21<50%强度择伐林0.44<白桦中成林0.67<白桦中幼林0.72<红松人工林0.74<人工落叶松林0.77.     

香根草属与狼尾草属植物对土壤线虫营养类群的影响?

对广州华南植物园香根草属泰国香根草(Vetiveria nemoralis)、普通香根草(V.zizanoides)的2个品种Sunshine和Karnataka以及狼尾草属象草(Pennisetum purpureum)、皇草(P.purpureum×P.thyphoides)和杂交狼尾草(P.americanum×P.purpureum)的地下土壤线虫各食性类群在根区和非根区的分布特征进行了对比研究,结果表明:线虫主要集中在0-15 cm的浅层土壤中,在不同生境下食细菌和植物寄生性线虫占优势,两类线虫的比例在香根草属植物生境下为87.7%-97.6%,狼尾草属植物生境下为88.5%-94.0%,而食真菌、捕食性和杂食性线虫数量则很少,其相应的比例分别为2.4%-12.3%和6.0%-11.5%。两属植物根区的线虫数量显著高于非根区,但不同营养类群的线虫在根区和非根区的分布有较大差异。香根草属植物和杂交狼尾草非根区植物寄生性线虫的比例高于根区,而食细菌线虫的比例低于根区;但象草和皇草非根区植物寄生性线虫的比例低于根区,而食细菌线虫的比例高于根区。除皇草外,两属植物非根区食真菌线虫的比例一般高于根区。在所选的植物中,Karnataka和杂交狼尾草在土壤改良和土壤生物学效应方面有更好的潜力。     

土壤动物多样性的地理分布及其生态功能研究进展

土壤动物多样性地理分布及其生态功能研究已成为地学和生态学等领域共同关注的科学前沿。本文在介绍相关研究最新进展的基础上, 讨论已有研究的局限性或不确定性, 展望未来研究的重点方向。近10年来, 代表性土壤动物类群的全球分布研究取得突破性进展; 国内土壤动物研究的尺度和采样区域也有明显拓展, 尤其在蚯蚓和线虫相关研究上取得了系列成果。结果表明, 土壤动物多样性随纬度的变化模式主要有两种, 即在低纬度的热带最高或在中纬度的温带最高; 而土壤动物多度与多样性可能同步变化、无明显关系、截然不同甚至相反; 降水、植物生产力和土壤有机质是土壤动物分布格局的关键驱动力, 但它们的影响力因土壤动物类群不同而异。土壤动物具有改善土壤物理结构、促进养分循环和有机碳稳定、提高作物健康水平等多重功能; 土壤动物的多功能性评估方兴未艾, 但仍面临诸多挑战。简单分析土壤动物随经纬度等的变化规律存在较大局限性, 考虑在基于地质-生态历史及“经纬度-海拔-离海岸距离”等构建的多维时空框架内, 探究土壤动物分布特征及其驱动力。土壤动物分布格局对其潜在的生态功能有关键影响, 但是目前对土壤动物分布格局的预测和模拟仍主要依靠经验模型; 代谢生态学等理论在土壤动物群落研究中的应用值得关注。探究分类多样性的冗余机制, 突出功能多样性, 可以将生物多样性与生态功能更好地联系起来; 同时, 需要在特定条件和时空下, 从整个土壤食物网及其与植物的联系中理解土壤动物多样性与多功能性的联系。建议未来关注两个研究方向: (1)量化人类活动和气候变化给土壤动物多样性和生态功能带来的巨大不确定性; (2)完善土壤动物群落特征预测的理论框架和开展土壤动物群落的精准调控, 综合评价其多功能性, 进而将土壤动物与人类福祉更紧密地联系起来。     

试论土壤线虫多样性在生态系统中的作用

土壤线虫的物种多样性和功能群丰富,不同功能群的土壤线虫取食习惯也不一样,而土壤线虫取食习惯的多样性以及它们自身的一些属性决定了它们在土壤中与其他生物之间关系的复杂性。土壤中不同生物之间的相互作用决定了土壤食物网的复杂性,进而影响着土壤生态系统功能。然而,有关土壤线虫的多样性与土壤生态系统功能之间的关系的研究还很不足。要全面了解土壤线虫在生态系统中的作用,研究工作必须:(1)结合室内模拟和野外控制实验;(2)结合物种多样性调查和不同功能群的功能分析。     

西土寒宪蚓和三叉苦植物对大叶相思人工林土壤CO_2通量的短期效应

西土寒宪蚓(Ocnerodrilus occidentalis)为广东人工林和撂荒地内广泛分布的外来种蚯蚓,因其对水热、pH值及土壤有机质等的变化不敏感,其分布范围有逐渐扩大的趋势。研究西土寒宪蚓对人工林碳循环的影响过程,可以为如何减少外来蚯蚓影响下的人工林土壤碳排放提供思路。在广东鹤山大叶相思(Acacia auriculaeformis)人工林内设置外来蚯蚓和乡土植物野外控制实验,利用静态箱-气相色谱法对土壤CO2通量进行15天的原位测定。结果发现,单独添加西土寒宪蚓及单独种植三叉苦(Evodia lepta),对土壤CO2通量的效应都不明显。植物物理过程(如遮阴作用等)、植物生物过程(如根际化学物质分泌过程等)及植物在未添加蚯蚓样方和添加蚯蚓样方中对土壤CO2通量的效应分别为–32.1%、40.9%、8.8%和–7.2%、30.7%、23.5%。植物的物理过程抑制了土壤CO2排放,但提高了蚯蚓对土壤CO2排放的促进作用(提高了39.3%)。植物的生物过程促进了土壤CO2排放,但减弱了蚯蚓对土壤CO2排放的促进作用(降低了23.5%)。试验期间蚯蚓对多数土壤理化性质的影响并不明显,但是蚯蚓的存在有增强土壤细菌活性的趋势,而且使土壤CO2通量与土壤理化性质的相关性更加密切了;同时,蚯蚓的存在也使土壤CO2通量与土壤水热因子的关系发生了变化。可见,森林土壤CO2通量不仅与水热条件有关,还受地上和地下生物过程的调控。如果只关注森林土壤CO2通量的大小,而忽略影响土壤CO2产生及释放的生物学过程,将无法找到减少森林土壤CO2排放的有效途径。减缓人工林中土壤碳的排放,必须综合考虑植物物理过程、植物生物过程以及蚯蚓对土壤CO2排放过程的独立效应和交互效应。     

基于土壤线虫群落分析的油页岩废渣地不同植被类型恢复过程中的土壤食物网能流状况

土壤健康与生态系统功能是当前生态学研究的重要课题。土壤线虫是评价生态系统健康状况的指示生物,特别是用于评价土壤污染和恢复的过程。对广东茂名油页岩废渣场人工实施不同生态恢复改造状况下的土壤线虫属的重要值及土壤线虫反映的土壤食物网能量通道进行了分析,以通过污染地土壤食物网内的能量流动状况反映种植不同植物物种相同时间后的土壤养分与健康状况。结果表明在废渣场种植不同植物物种约8年后,乌墨林和大叶相思林下土壤线虫类群数(属)分别为54和45,重要值最高的是食细菌的棱咽属(Prismatolaimus)和拟丽突属(Acrobeloides);而红荷林和荒草地的线虫类群数分别为41和38,重要值最高的是杂食性的真矛线属(Eudorylaimus);废渣地线虫属的数量最少,仅为34个,重要值最高的是食真菌的丝尾垫刃属(Filenchus)和滑刃属(Aphelenchoides)。食物网能流分析表明:细菌能流通道比重最高的是大叶相思林和乌墨林,而真菌能流通道比重最高的是废渣地,红荷林和荒草地居中,各样地植物能流通道比重都比较小,仅为2%—10%之间。总体来讲,在有植被覆盖的生态系统,养分周转更快,特别是乌墨和大叶相思林,而无植被的废渣地,土壤养分周转速率倾向于更慢的真菌能流通道,这表明在养分条件比较差的情况下,真菌通道的食物网可能会起更大的作用。研究还说明了在油页岩废弃地恢复过程中,植物资源的输入不仅仅刺激植物能流通道,同时也会刺激细菌和真菌能流通道,植被是土壤线虫群落发展的主要驱动力。