群落生态学中的植物-土壤反馈研究

植物-土壤反馈是指植物改变了其生长环境中土壤的生物和非生物属性,改变后的土壤进而影响植物适合度的过程。植物-土壤反馈的一个根本前提是:植物在根际周围产生由专化病原菌和共生菌构成的特异性微生物群落,专化微生物对宿主植物种群有很大的影响,对非宿主植物没有或者有微弱影响。自从20世纪90年代被明确提出后,植物-土壤反馈被广泛用于揭示不同尺度的生态学过程,诸如演替、竞争、生物入侵、全球变化对生态系统的影响等。近年来,植物-土壤反馈与群落生态学主要研究领域之间的整合取得了实质性进展。该文主要关注的是土壤微生物介导的植物-土壤反馈及其对植物物种共存、群落结构和生态系统功能的影响。土壤微生物不仅可以产生稳定化力量促进物种共存,也可以改变均一化力量或者种间适合度差异,从而影响植物种间共存。在群落生态学中通常假设稀有种受土壤负反馈的影响更弱,从而预测植物局域丰富度与土壤反馈强度具有负相关关系。然而实验证据却揭示了不同的模式,加强对植物与土壤病原菌之间的进化动态的关注是调和这些不一致模式的关键。土壤微生物也是驱动植物群落演替的关键因子。土壤微生物通过稀释效应影响植物多样性-群落生产力关系。专化土壤病原菌或...     

植物——土壤反馈研究进展

该文综述了植物—土壤反馈研究的定义、途经、方法和国内外的研究现状以及存在的问题。植物—土壤反馈是指植物改变根际土壤的生物和非生物特征,同时被改变的也能提高或降低该植物的生长,形成正的或负的反馈,从而影响植物群落组成及植物间相互作用。植物—土壤反馈研究对于理解植物群落演替、生态系统多样性与生产力形成与维持机制,认识生态系统对气候变化和生物入侵等全球生态事件的响应具有重要的理论意义。外来物种快速生长和繁殖及其可能的负反馈可能会导致本地种被竞争排除,未来气候变化可能导致物种组成发生变化及生物多样性丢失,但资源互补和植物—土壤反馈效应则可能使植物群落具有较高的生产力和多样性。因此,未来植物—土壤反馈关系应该加强以下几方面研究:(1)开展不同生态系统植物—土壤反馈关系的比较研究;(2)植物—土壤及土壤—植物等群落水平的反馈研究;(3)特别是要加强分子和基因工具在植物土壤—反馈关系中的应用,揭示植物—土壤反馈关系的分子机理。     

植物根孔在土壤生态系统中的功能

综合论述了植物根孔的概念,在土壤中的形成、分布以及生态功能。指出植物根孔是土壤大孔隙研究中的重要部分,是一个由植物根系、土壤、土壤微生物、水、空气等组成的“多介质界面”,众多的土壤生物过程在此发生,它在土壤水分、溶质传输以及环境污染物的迁移和转化等过程中具有重要意义。特别是在湿地生态系统中,发达的地下根孔系统为利用人工湿地系统净化污水、处理污泥等工程提供良好的污染物吸附转化界面以及“微生物消化池”     

喜旱莲子草原产地和入侵地种群的植物-土壤反馈差异

植物-土壤反馈是植物通过生长改变根际土壤环境,从而影响后续植物生长发育的生态学过程。入侵植物从原产地扩散到入侵地后,可能会经历植物本身的适应性进化而对土壤环境产生不同影响,从而使负向植物-土壤反馈降低,甚至转为正反馈。以往对入侵植物的植物-土壤反馈研究多集中于比较其与本地种、其他入侵种之间的差异,而较少关注入侵植物的入侵地种群和原产地种群在入侵地的差异。本研究采用同质园实验比较了喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)入侵地(中国)和原产地(阿根廷)种群是否存在对入侵地土壤的植物-土壤反馈差异以及如何通过土壤微生物群落来影响反馈结果。结果表明:(1)喜旱莲子草入侵地种群的反馈表现为正,原产地种群表现为中性。(2)入侵地种群显著增加了土壤的细菌和真菌群落多样性,原产地种群与对照土壤无显著差异。这些结果表明,喜旱莲子草入侵地种群在扩散过程中,对土壤微生物群落的调节作用发生了改变,从而产生正向的植物-土壤反馈效应。     

贡嘎山冰川退缩区植物-土壤反馈与植物间相互作用

植物-土壤反馈是揭示陆地生物群落动态变化的关键环节,为理解植物间相互作用及植被群落变化过程奠定基础。本研究以贡嘎山冰川退缩区原生演替早(5~10年)、中(30~40年)和晚期(80~100年)3个阶段典型土壤以及各阶段优势植物为对象,采用盆栽控制试验,比较优势植物在不同土壤条件下的生物量,并量化植物间相互作用以及植物-土壤反馈的方向与强度,为探究贡嘎山冰川退缩区植被群落演替规律提供依据。结果表明:(1)植物-土壤反馈作用显著影响植物在本土中的生物量,早期沙棘(Hippophae rhamnoides)在本土中生长最差,沙棘的植物-土壤反馈系数为负值;演替中期冬瓜杨(Populus purdomii)的反馈系数趋于零;晚期峨眉冷杉(Abies fabri)在本土中生长最好,峨眉冷杉的反馈系数为正值。(2)混种时,早期沙棘与演替中、晚期植物间相互作用指数为负值;中期冬瓜杨、川滇柳(Salix rehderiana)与演替早、晚期植物的相互作用指数接近于零,晚期植物峨眉冷杉、麦吊云杉(Picea brachytyla)与演替早、中期植物相互作用指数为正值。从植物-土壤反馈的方向来看,贡嘎山植被演替从早期负反馈,中期中性反馈,过渡到晚期正反馈。此外,演替早期沙棘促进演替中晚期植物生长,演替中期冬瓜杨、川滇柳对演替早晚期植物无显著影响,晚期峨眉冷杉、麦吊云杉更利于与演替早中期植物相互竞争。结果显示,植物-土壤反馈与植物间相互作用共同驱动了贡嘎山冰川退缩区植被快速演替,直至顶极群落。     

细根与根系总质量比的相似性导致了共存的本土植物和入侵植物之间植物-土壤反馈的对比

三维土壤异质性对种子萌发影响的实验研究 土壤生物通过植物-土壤的反馈作用调控植物间相互作用和外来植物入侵。因此,探明植物-土壤反馈作用种间差异的形成原因,对于预测土壤生物在植物入侵过程中的作用具有重要价值。近期的研究发现,植物性状可以用于预测植物-土壤反馈作用。同时,研究发现植物入侵也与植物的一些性状相关联,暗示植物-土壤反馈作用通过植物性状与外来植物入侵之间存在关联,但尚缺乏实验证明。鉴于此,本研究选取了3对近缘入侵和本土植物为对象,比较了其植物-土壤反馈作用,探讨了植物-土壤反馈作用与植物根部性状的关联性。首先,通过种植实验植物3个月,驯化采自于田间的土壤。之后,将实验植物种植于对照和灭菌处理的同种或近缘(同科或同属)种驯化过的土壤中,评价同种或近缘种根际土壤生物对植物生长的净反馈作用(与灭菌土比较),并比较了两类土壤生物对植物的反馈作用。总体而言,同种或近缘种根际土壤生物对入侵与本土植物的净反馈作用无显著差异,两类土壤生物对入侵和本土植物的反馈作用亦无显著差异。土壤反馈作用的强度和种植于对照土壤中植物细根生物量比存在正相关关系,且入侵与本土植物细根生物量比无显著差异。这一发现表明：相似的细根生物量比可能是导致入侵与本土植物间土壤反馈作用无差异的一个重要原因。为提升人们对土壤生物在植物入侵过程中 作用的认识,亟需选取更多入侵与本土植物(尤其是亲缘关系较远的物种)开展实验研究,进一步探明植物性状、土壤反馈作用和外来植物入侵之间的关联性。     

植物功能性状对生态系统服务影响研究进展

全面认识和理解生态系统服务的形成机制是维持其持续供给的前提。植物功能性状直接参与多种生态系统过程, 影响生态系统服务供给, 探讨植物功能性状与生态系统服务的关系是揭示生态系统服务形成机制的重要途径。该文采用系统的文献综述方法, 分析了植物功能性状与生态系统服务关系的研究特点, 总结了影响不同生态系统服务的主要植物功能性状, 阐述了可能的影响途径。结果表明: 植物功能性状与生态系统服务关系研究以草地和森林等自然生态系统为主; 大部分研究集中在生态系统供给服务和支持服务, 包括生物量、净初级生产力、土壤肥力等; 根据植物功能性状对不同生态系统服务的影响程度, 植物功能性状可以聚类为土壤保持服务相关性状、水分循环相关性状、多功能相关性状、产品提供服务与养分循环相关性状以及授粉与生物控制服务相关性状; 并阐述了植物功能性状指标影响不同的生态系统服务途径。围绕植物功能性状对生态系统服务的影响, 今后尚需进一步探讨生态系统多功能性、植物功能性状相关性、气候变化和人类活动不确定性、时空尺度差异等因素对二者关系的影响。     

我国农田生态系统土壤动物生态学研究进展

综述了我国近30年来农田生态系统土壤动物生态学研究进展,概述了我国农田土壤动物的群落多样性及其地理分布,总结了农田生态系统中土壤动物对不同耕作方式、施肥和喷洒农药等农业措施、不同土地利用方式以及工业污染的响应,并就土壤动物对农田生态系统健康状况的指示作用等研究的相关进展进行了讨论.通过与国外相关领域的研究进行比较,指出目前研究中存在的问题,提出农田生态系统未来研究的一些热点问题及展望.     

植物-土壤反馈与草地群落演替:菌根真菌和土壤病原菌的调控作用

由植物引起的根际土壤生物或非生物环境的改变能够反馈影响群落中不同植物的生长,直接改变共存植物的相对竞争关系,推动群落结构的动态变化。作为土壤生物群落的重要组成部分,土壤微生物在植物-土壤反馈关系中起到重要的调控作用,对解释植物群落的演替进程和方向有着重要的意义。在草地植物群落演替的早期阶段和外来物种入侵的过程中,宿主植物对丛枝菌根真菌（AMF）的依赖性较低,受本地病原菌的影响较小,一般不存在负反馈。在演替后期,植物对AMF更具依赖性,而积累的病原菌则产生较强的负反馈效应,从而促进群落物种共存和植物多样性,提高草地生产力和稳定性。研究微生物-植物反馈机制不仅有助于完善草地退化与恢复理论,还对退化草地恢复治理的实践有着指导意义。未来关于根际微生物-植物反馈在草地群落演替中的作用应该加强以下几方面的研究：（1）在实验方法上,开展专性微生物-植物反馈研究;（2）在测定指标上,进一步量化不同微生物在反馈关系中的功能差异;（3）在研究对象上,加强土壤微生物在植物群落水平的反馈研究;（4）在应用上,明晰植物-土壤反馈在退化草地恢复过程中的作用,指导草地管理实践。     

植物功能性状与森林生态系统服务的关系研究综述

植物功能性状途径是揭示生物多样性与生态系统服务关系的重要视角,尽管植物功能性状与生态系统服务的关系在单一地点的研究取得突出进展,但对于植物功能性状与生态系统服务的关系仍缺乏整体认识。以森林生态系统为对象,通过系统文献检索及筛选,收集了216篇文献,应用整合分析和二分网络分析等方法,探讨了植物功能性状对森林生态系统服务及其权衡与协同关系的影响。结果表明：植物叶片功能性状关注最多,占研究性状数量的48%,生态系统服务中关注最多是生物量、土壤肥力、病虫害控制和固碳服务;81.1%的植物功能性状与生态系统服务关系组表现为稳定的正向或负向关系,而关联植物功能性状多的生态系统服务（生物量、固碳服务、土壤水分、土壤肥力和病虫害控制）往往与植物功能性状表现为不稳定关系;森林生态系统中存在6组"植物功能性状-生态系统服务簇（简称"性状-服务簇"）：水循环相关的性状-服务簇、土壤保持相关的性状-服务簇、物质生产相关的性状-服务簇、灾害控制相关的性状-服务簇、养分循环相关的性状-服务簇和授粉相关的性状-服务簇,揭示了各性状-服务簇内生态系统服务的权衡或协同关系以及与各性状-服务簇关系密切的植物功能性状。该研究从总体上阐明了植物功能性状与森林生态系统服务关系的研究重点和进展、揭示了植物功能性状对森林生态系统服务影响效应的方向和强度,可为深化森林生态系统服务形成机制认识以及协调生态系统服务权衡关系提供科学依据。     

植物克隆整合生态效应及潜在应用

克隆植物因特殊的克隆整合和空间拓展特性,在异质生境下展示出较高的生态适应性及适合度,这是其广泛存在于各类生态系统的一个重要原因。目前对克隆整合在个体或种群水平的生态学效应已有较深认识,而对群落及生态系统的影响及作用机制则明显关注不足。前期研究表明,克隆整合对土壤理化性质、根际微生物及个体竞争力均有显著影响,从而有利于克隆植物的成功入侵、生境修复及植被重建等。对群落及生态系统水平的克隆整合生态学效应的研究进行归纳和总结,分析了克隆整合对植物群落结构和生产力、根际微生物和土壤动物、生态系统碳固持、养分循环等的影响;阐释了克隆整合及空间拓展特性对退化生态系统的修复及作用机制,并指出今后克隆整合的研究应同时考虑微观(根际过程)和宏观(群落及生态系统)层次的效应以及短期与长期的效应。可将克隆整合与植物-土壤反馈等其他生态过程相联系,综合探究克隆整合的生态学意义。     

土壤微食物网结构与生态功能

土壤微食物网是碎屑食物网中与土壤生态过程密切相关的一部分,通过取食资源基质直接或间接地参与养分循环过程,影响陆地生态系统功能.本文从土壤微食物网的组成、结构和生态功能等方面综述了近年来土壤微食物网的研究进展.通过对土壤微食物网的能量通道及营养级联效应的介绍,阐述了土壤微食物网在碳(C)、氮(N)转化、凋落物分解和植物生长等方面的重要作用.针对目前的研究现状,提出未来土壤生态学研究应与高通量测序及稳定同位素技术相结合;通过构建模型进一步加强对土壤食物网结构和功能的研究,从而深入揭示地下生态过程及其对地上植物生长的反馈作用机理.     

气候变化下旱区农业生态系统的可持续性

农业生产是将自然资源不断转化为农产品的过程.简单的说就是将阳光、空气、水和土壤等无机资源转化为可以供人类消费的有机产物.农业生态系统必须对全球气候变化、市场竞争、自然环境的恶化、经济等政策法规和人民的需求等因素做出灵活的应对策略,同时还要保证自然生态系统的稳定性.在发展中国家,有超过20 亿的人口每天收入低于2 美元,他们收入中绝大部分都用于解决温饱.这些人大部分生活在干旱、半干旱地区,并以农业生产作为生活的主要来源.由于这些地区水资源匮乏、土壤贫瘠,粮食安全问题一直是该地区人类生存的关键.中澳两国都把干旱、半干旱地区的农牧业发展作为研究的重点.两国的专家都致力于恢复和维护干旱半干旱地区脆弱的农业生态系统.气候变化正在使农业生态系统可持续发展面临严峻挑战.因此,迫切需要农学,生态学,环境学,社会经济学等多学科的共同发展和融合解决这一问题.     

Soil health in agricultural systems

Soil health is presented as an integrative property that reflects the capacity of soil to respond to agricultural intervention, so that it continues to support both the agricultural production and the provision of other ecosystem services. The major challenge within sustainable soil management is to conserve ecosystem service delivery while optimizing agricultural yields. It is proposed that soil health is dependent on the maintenance of four major functions: carbon transformations; nutrient cycles; soil structure maintenance; and the regulation of pests and diseases. Each of these functions is manifested as an aggregate of a variety of biological processes provided by a diversity of interacting soil organisms under the influence of the abiotic soil environment. Analysis of current models of the soil community under the impact of agricultural interventions (particularly those entailing substitution of biological processes with fossil fuel-derived energy or inputs) confirms the highly integrative pattern of interactions within each of these functions and leads to the conclusion that measurement of individual groups of organisms, processes or soil properties does not suffice to indicate the state of the soil health. A further conclusion is that quantifying the flow of energy and carbon between functions is an essential but non-trivial task for the assessment and management of soil health.     

自然生态空间格局构建与规划理论研究

广义的生态空间是指具有自然属性,以提供生态系统服务为主导功能的空间,包括自然生态空间、城镇生态空间和农业生态空间。自然生态空间是指与城镇空间、农业空间并列的,分布在城镇空间与农业空间之外的国土空间,在分布上具有完整性和连续性。探讨了自然生态空间的定义、内涵以及自然生态空间格局构建的理论和技术要点,提出以重要生态功能维护格局、人居环境屏障格局和生物多样性保护格局为主体,构建自然生态空间格局体系的思路。自然生态空间格局构建的最终目的是对国土空间开发行为进行管控,理顺保护与发展的关系,最终达到保护重要生态空间及促进区域可持续发展的目的。在落实生态文明战略、维护国家生态安全的背景下,构建自然生态空间格局对于优化国土空间开发格局,指导生态保护与建设具有重要意义。     

景感生态学在流域生态系统保护与修复实践中的应用——以大凌河流域北票段为例

生态系统保护与修复已成为我国生态文明建设的一项核心内容,自2016年以来,在全国24个省（自治区、直辖市）已开展了25个山水林田湖草生态保护修复工程试点工程。以大凌河流域北票段为研究区,探讨了景感生态学理论在山水林田湖草生态系统保护与修复实践中的应用。基于景感生态学理论,构建大凌河流域北票段生态系统保护与修复综合治理框架,以保持、改善和提升生态系统服务,实现可持续发展为目标,构建了"一中心、二重点、五要素、六工程"的生态系统保护与修复景感空间体系,并基于此将大凌河流域北票段生态系统保护与修复分为5个重要治理区域,形成"一带四区"的生态安全格局,提出了应用景感生态学理论,构建区域居民的共同行为规范,引导并实现人类对自然生态系统的有利影响,进一步提升生态系统保护与修复效果的对策建议。通过大凌河流域北票段的分析案例,以景感营造的理念开展区域生态系统保护与修复顶层设计,为促进区域可持续发展提供思路和途径。     

生态系统工程师：理论与应用

生物通过非同化--异化过程影响环境的事实普遍存在,生态学家对此也开展了大量的研究,但缺乏相应理论框架的指导,使得这些工作的潜在价值未能得到充分的体现.学者Clive G.Jones等提出的"生态系统工程师"概念,概括了此类生态学现象的一般特征,为认识生物对环境的影响提供了一种新的理论框架.介绍了生态系统工程师概念及相关的理论体系,包括3个术语、2类生态系统工程师、5种生态系统工程概念模型以及工程效应的测定方法.同时,论述了该概念在入侵生态学、保护生物学、恢复生态学等领域的应用前景.最后,讨论了未来的研究方向.可以预料,生态系统工程师概念及相关理论的不断发展将有助于对生态学本质的认识,并为生态系统管理提供新的思路.     

Linking biodiversity and ecosystems: towards a unifying ecological theory

Community ecology and ecosystem ecology provide two perspectives on complex ecological systems that have largely complementary strengths and weaknesses. Merging the two perspectives is necessary both to ensure continued scientific progress and to provide society with the scientific means to face growing environmental challenges. Recent research on biodiversity and ecosystem functioning has contributed to this goal in several ways. By addressing a new question of high relevance for both science and society, by challenging existing paradigms, by tightly linking theory and experiments, by building scientific consensus beyond differences in opinion, by integrating fragmented disciplines and research fields, by connecting itself to other disciplines and management issues, it has helped transform ecology not only in content, but also in form. Creating a genuine evolutionary ecosystem ecology that links the evolution of species traits at the individual level, the dynamics of species interactions, and the overall functioning of ecosystems would give new impetus to this much-needed process of unification across ecological disciplines. Recent community evolution models are a promising step in that direction.     

新型生态系统理论及其争议综述

澳大利亚Richard J Hobbs教授等近年提出的新型生态系统(Novel Ecosystems)理论认为,由于人类作用,地球生态系统经历了前所未有的变化,很多生态系统已经越过不可逆转的阈值,不可能恢复到原有状态,形成了新的生态系统,其生物要素、非生物要素和系统功能等都发生了显著改变;人类应该面对现实,必须反思传统生态保护和生态恢复的行为、政策和思维;应该致力新型生态系统的特征、属性和演替规律的研究,在管理、规划、政策、组织和技术等方面的创新。新型生态系统理论引起了很大争议。质疑者认为,由于自然作用力和人类的持续扰动,地球生态系统一直在不断变化,所以一直都是"新"的,根本没必要贴上"新型"标签;该理论基本概念模糊,理论模型不精确,缺乏严密的逻辑推理,还很不成熟;该理论无助于生态保护和生态恢复的实践,会扰乱人们的思想,没有实践价值。不过,支持者和质疑者都承认地球上很多生态系统的确遭到严重破坏,已经发生深刻演替,极有必要对这类系统的非线性机制、系统阈值、恢复力、新范式,以及破坏后的所有特征等开展研究,应该理性选择合适的修复方法,理性分析人工干预的程度及其成功的可能性,科学制定行动方案和优选标准。跟踪国际前沿,开展新型生态系统理论研究有助于丰富我国恢复生态学理论以及创新工程实践。