土壤动物对森林凋落物分解的影响:机制和模拟

土壤动物是森林生态系统的重要组成部分。本文综述了土壤动物在不同森林生态系统中对凋落物分解过程的贡献大小及影响因素、土壤动物影响凋落物分解的作用机制以及凋落物分解模型的研究进展,以期为更好地理解森林生态系统中土壤动物在地上、地下生态过程中的作用。我们试图建立一个概念模型来模拟土壤动物在凋落物分解过程中的贡献。土壤动物可以通过直接作用于凋落物(包括移动、破碎、取食等),或间接作用于土壤(穿梭、掘穴等影响凋落物分解微环境)和微生物(影响定殖于凋落物中的微生物群落种类、数量和活性)影响凋落物的分解过程。温度和水分条件是影响土壤动物活动的重要因素,普遍认为热带森林中的土壤动物作用要大于亚热带森林、温带森林和高山/亚高山森林。未来该领域的研究应注重如何在凋落物分解模型中体现土壤动物的作用机制以及利用野外实验数据量化土壤动物对凋落物分解过程的贡献等。     

凋落物分解过程中土壤微生物群落的变化

凋落物分解是生态系统碳循环和营养物质循环的关键过程, 受多种因素共同影响。土壤微生物是影响凋落物分解的重要因素, 其群落组成在一定程度上依赖于所处植物群落的特征。因此, 研究分解过程中微生物群落组成的变化及其对植物多样性的响应, 有利于对凋落物分解机制的理解。本文采用分解袋野外原位分解的方法, 对凋落物分解过程中微生物群落的变化及其对所处森林环境中树木的种类和遗传多样性的响应进行了研究。结果表明: (1)凋落物分解183天后, 土壤中微生物群落的多样性降低, 并且森林群落的物种多样性与微生物群落多样性呈负相关关系; (2)凋落物分解前后, 土壤中真菌和细菌群落的磷脂脂肪酸(PLFA)量均有所增加, 说明凋落物分解为微生物生存和繁殖提供了养分; (3)地形因素是影响微生物群落变化最显著的因素, 可解释微生物群落变化的29.55%; 其次是凋落物的基质质量, 可以解释15.39%; 最后是森林群落的多样性, 可以解释8.45%; 这3种因素共同解释率为2.97%。综上所述, 与森林群落的植物多样性相比, 样地的地形因素与凋落物的基质质量对微生物群落的影响更显著。     

降水变化和氮沉降影响森林叶根凋落物分解研究进展

全球环境变化通过改变凋落物质量和产量、土壤生物以及非生物因子调控森林凋落物分解，从而对森林生态系统物质和能量循环产生重要的影响。就森林凋落物分解对当前我国面临降水格局变化和大气氮沉降增加的响应进行了回顾和系统的分析，发现降水格局改变如降水减少可能降低凋落物质量从而减缓凋落物分解，而氮沉降增加通常提高凋落物质量从而促进凋落物分解（间接效应）；降水格局改变通过调节土壤含水量和溶解氧含量进而影响微生物参与的分解过程，或通过改变可溶性组分的淋溶量来影响凋落物分解的物理过程，而氮沉降增加主要通过提高外源氮素的有效性从而促进或抑制微生物参与的分解过程（直接效应）。现有研究大多是基于地上凋落物（例如叶凋落物）来理解和量化森林凋落物分解速率与环境因子之间的关系。但目前对降水格局变化及其与大气氮沉降增加的交互作用如何影响森林地上和地下凋落物分解，以及潜在的微生物学机制仍然缺乏统一和清晰的认识。从土壤性质、凋落物质量、微生物群落结构和功能3个方面构建了环境变化对森林地上和地下凋落物分解的概念框架，并进一步阐述未来研究的重点方向：（1）亟需查明地上和地下凋落物分解的驱动机制；（2）探明降水格局变化和氮添加单因子及两因子交互作用对凋落物分解和养分释放的影响及其生物化学调控机理；（3）阐明微生物群落结构和功能对降水格局变化和氮添加单因子及两因子交互的响应机制。以期为深入探讨全球环境变化对森林凋落物分解的影响，以及环境胁迫下森林土壤"碳库"维持机制的解释提供科学依据。     

高山森林凋落物分解过程中的微生物生物量动态

凋落物分解过程中的微生物生物量动态对于深入了解森林凋落物分解机理具有重要意义。为了解高山森林典型树种凋落物分解过程中的微生物生物量特征,采用凋落物分解袋法,研究了土壤冻结期(3月)、融冻期(4月-5月)、生长季节(5-10月)和冻结初期(11月)红桦(Betula albosinensi)、岷江冷杉(Abies faxoniana)和粗枝云杉(Picea asperata)凋落物分解过程的微生物生物量C(MBC)、微生物生物量N(MBN)和微生物生物量P(MBP)动态。四个关键时期,凋落物的MBC、MBN以生长季节最高,但非生长季节的三个关键时期也检测出较高的MBC、MBN。在融冻期结束后,三类凋落物分解过程中MBC和MBN均出现爆发性增长。然而,MBP在生长季节中期(8月)、完全冻结期(3月)和冻结初期(11月)均相对较低,但在融冻期和生长季节后期(9月)相对较高。另外,红桦凋落物的MBC、MBN和MBP含量均高于岷江冷杉和粗枝云杉凋落物(除4月粗枝云杉凋落物MBP异常升高外)。这些结果为更加清晰地认识高寒森林凋落物分解过程及机理,以及进一步理解陆地生态系统结构和功能提供了一定基础数据。     

森林生态系统凋落物的生产与分解

系统地综述了森林凋落物的生产量及其对凋落物生产的影响因素、凋落物的分解过程及影响凋落物分解的气候因素、凋落物性质、微生物因素、动物因素等。此外,总结目前关于森林凋落物的研究方法。凋落物分解受多种因素影响,其中温度和湿度是影响凋落物分解的主要气候因子。不同植物凋落物的分解速率还受到其自身化学组成的影响,凋落物中的C/N比越高、N含量越低或木质素含量越高,凋落物分解越缓慢。对寒带至热带凋落物的分解速率比较发现,各气候带凋落物的分解速率高低顺序为热带亚热带温带寒带,热带森林凋落物年平均分解速率为30%~90%,几乎为温带森林的3倍,分解速率存在明显气候地带性。     

森林生态系统凋落物多样性对分解过程和土壤微生物特性影响研究进展

凋落物的分解过程是森林生态系统养分循环的关键环节, 也是林分内植被层可利用养分的重要来源。一般来说, 在自然生态系统中, 地上植被的种类越丰富, 其凋落物的多样性也越高, 多样化的凋落物在混合分解过程中存在的相互作用关系也更为复杂, 对其自身的分解过程、分解生境以及分解者群体也会产生重要影响。文章以凋落物的多样性为着眼点, 综述了凋落物的多样性对其分解过程以及对分解过程中最重要的分解者-土壤微生物特性所产生的影响, 重点阐述了凋落物多样性对分解过程中土壤微生物的生物量、群落结构、多样性以及分解活性的影响, 并对其可能的原因和潜在的机理进行了分析。综述结果表明, 较高的凋落物多样性总体上能够加速凋落物的分解, 提高分解过程中土壤微生物的生物量、多样性及分解活性。在此基础上, 对今后凋落物多样性在分解过程中的效应研究进行了展望, 为人工林可持续经营的混交林营造以及林下植被的科学管理提供理论依据。     

森林凋落物动态及其对全球变暖的响应

综述了森林凋落物研究的进展,森林凋落物动态的研究随研究方法的改进而不断深化。制约凋落物分解速率的因素有内在因素即凋落物自身的化学物理性质和外在因素即凋落物分解过程发生的外部环境条件,如参与分解的异养微生物和土壤动物群落的种类、数量、活性（生物类因素）和气候、土壤、大气成分等（非生物类因素）。讨论了全球变暖可能引起的凋落物量和凋落物分解的变化。气温上升可能引发植被分布、物候特征和制约凋落物分解因素的改变,影响森林凋落物动态,最终影响森林生态系统物质循环的功能。     

森林凋落物研究进展

对森林凋落物的概念、研究方法及主要研究内容作了阐述,特别就凋落物收集面积和分解袋孔径大小、凋落量时空动态和凋落物分解速率等问题进行了综合分析。目前森林凋落物研究的重要结论有：海拔和纬度因子是通过对光、温、水等生态因子的再分配来影响凋落量,其中主导气候因子是年均温。凋落物的分解与化学组成和环境因子有关,C／N和N含量在凋落物分解过程中起着重要作用。土壤水分是影响凋落物分解主要环境因子之一;土壤微生物对凋落物的影响,前期是通过真菌破碎凋落物表层使内居性动物得以侵入凋落物内部,后期则以细菌降解有机物为主。凋落量、凋落物分解的影响因子,以及凋落物的生态作用等内容应是凋落物研究的重要方向。     

土壤线虫群落对森林凋落物分解主场效应的作用

以大连西郊国家森林公园作为样地,以黑松和辽东栎两种叶凋落物作为分解基质,采用两种不同网孔的凋落物袋法,从土壤线虫群落组成、凋落物分解速率、凋落物养分释放、土壤线虫群落多样性及其与凋落物理化指标的相关性等几个方面来探究森林凋落物分解的主场效应及土壤线虫群落的作用。结果表明:研究期间共鉴定出4570条土壤线虫,隶属于35个属。0.1mm网袋中共鉴定4407条线虫,远高于0.02mm网袋的163条;而0.02mm网袋控制了土壤线虫参与凋落物分解,可视为仅由微生物参与分解过程。凋落物在主场与客场分解损失率差值(Ph-Pa、Qh-Qa)、元素残留率差值(Pa-Ph、Qa-Qh)总体呈增加趋势,说明土壤线虫对主场凋落物分解作用明显。凋落物质量损失和C、N释放量表现为0.1mm网袋0.02mm网袋,主场客场,主场与客场存在一定差异,表明土壤线虫促进了凋落物分解,且对主场凋落物分解贡献较大。主场线虫数量和种类较多,调控着微生物的群落结构及活动,进而加速了凋落物分解和养分释放,同时主场效应又决定着凋落物的分解速率和养分释放。研究结果可为今后森林凋落物分解的相关研究中主场效应、客场效应以及土壤生物驱动效应研究提供参考。     

核磁共振技术在森林凋落物分解研究中的应用

凋落物分解是连接森林生态系统地上和地下部分的关键过程,影响着森林生态系统的养分循环,对全球碳(C)循环和森林生态系统生产力具有重要的调控作用。特别是,在当前全球气候变化的背景下,研究森林凋落物不同有机C组分的分解动态对于了解土壤有机质的形成、稳定性及其对气候变化的反馈效应至关重要。核磁共振技术(NMR)具有无损和非侵入等特点,是研究有机化合物结构的有效手段,已在凋落物分解研究中得到广泛应用。本文概述了NMR技术应用于森林凋落物分解过程的最新研究进展,包括森林凋落物有机C基团的NMR特征,凋落物分解过程中不同C基团的变化特征及其机理、凋落物分解过程的NMR评价指标等,并分析了NMR技术在凋落物分解研究中存在的问题和未来研究方向。NMR技术将有助于了解凋落物有机C基团的分解特征及其对土壤有机质形成和稳定的影响机理。     

Selection with two alleles and complete dominance

For a plant selection model with frequency-independent viabilities, fertilities and selfing rates, it is shown that apart from global fixation, for certain parameter combinations a protected polymorphism and facultative fixation (either allele may become fixed according to initial frequencies) may both occur. Facultative fixation requires different selling rates for the dominant and recessive type. Protection of the polymorphism requires resource allocation for male and female function. In this connection the problem of purely genetically caused population extinction is discussed.
For general frequency dependence and regular segregation, the chances for establishment of a completely recessive gene are compared to those of a completely dominant gene. It is proven that the process of establishment of the recessive gene, despite a fitness advantage, may be considerably endangered by drift effects if random mating prevails. The recessive gene may reach the same effectivity in establishment as a dominant gene, only if the recessive homozygote mates exclusively with its own type during the period of establishment.     

杆状病毒出芽病毒粒子膜融合蛋白的研究进展

杆状病毒是一类感染节肢动物的病原微生物,其基因组为双链环状DNA,大小为80～180kb.     

Inception of the Modern Public Health System in China and Perspectives for Effective Control of Emerging Infectious Diseases: In Commemoration of the 140th Anniversary of the Birth of the Plague Fighter Dr. Wu Lien-Teh

In this article, we systematically review Dr. Wu Lien-Teh's academic achievements and outstanding contributions in the prevention and control of the plague epidemic in northeast China and introduce the development of the earliest public health epidemic prevention system in China in order to commemorate the 140th anniversary of Dr. Wu Lien-Teh's birth. We hope that this article will provide insights into the effective prevention and control of emerging infectious diseases as well as the current worldwide pandemic of COVID-19, facilitating the improvement and development of public health systems in China and around the globe.