我国东北森林土壤动物生态学研究现状与展望

土壤动物在生态系统养分循环和能量流动中起到重要的作用。近年来土壤动物生态学研究已成为当前生态学研究的热点与前沿领域。土壤动物生态学研究在国际上已有60多年的历史, 但在我国真正意义上的土壤动物生态学研究起始于20世纪70年代末东北长白山的研究。本文概述了东北森林土壤动物生态学研究的三个阶段, 并重点从以下方面总结了近10年的研究现状与进展: 土壤动物分布格局及多样性、土壤动物对环境因子的响应、土壤动物在生态系统中的功能作用研究。本文可为进一步拓展东北森林土壤动物生态学研究并为我国其他地区深入开展土壤动物生态学研究提供参考。未来东北森林土壤动物生态学研究应该关注: 土壤动物与微生物交互作用、土壤动物对全球变化的响应、地上与地下生态系统的交互作用以及分子生物学技术在土壤生物研究中的应用。     

农田土壤线虫多样性研究现状及展望

目前土壤生物多样性已成为土壤生态学研究的热点问题之一。土壤生物以不同的方式改变着土壤的物理、化学和生物学特性。在农田生态系统中, 土壤动物是分解作用和养分矿化作用等生态过程的主要调节者。线虫作为土壤中数量最丰富的后生动物, 其生活史和取食类型多样, 在生态系统中发挥着重要作用。本文介绍了农田生态系统中影响线虫多样性的主要因素; 回顾了土壤线虫的物种多样性、营养类群多样性、生活史多样性和功能多样性的研究现状; 并提出了今后农田生态系统线虫多样性研究的重点。建议通过综合土壤线虫的生活史策略和营养类群等信息, 深入了解其生物多样性和土壤生态系统功能, 从而更好地发挥土壤线虫对农田生态系统变化的生物指示作用。     

生态系统碳氮磷元素的生态化学计量学特征

生态系统元素平衡是当前全球变化生态学和生物地球化学循环的研究热点和焦点.在系统介绍生态化学计量学与碳氮磷元素循环研究进展的基础上,重点从土壤C:N:P化学计量比的分布特征、指示作用、对碳固定的影响,以及人类活动对C:N:P比的影响等方面探讨了C:N:P比在养分限制、生物地球化学循环、森林演替与退化等领域中的应用等问题,并展望了生态系统碳氮磷平衡的元素化学计量学未来研究的发展方向.通过对生态化学计量学理论和方法的研究,可以深入认识植物-凋落物-土壤相互作用的养分调控因素,对于揭示碳氮磷元素之间的相互作用及平衡制约关系,为减缓温室效应提供新思路和理论依据,具有重要的现实意义.     

根系分泌物介导下植物-土壤-微生物互作关系研究进展与展望

根系分泌物是植物与土壤进行物质交换和信息传递的重要载体物质, 是植物响应外界胁迫的重要途径, 是构成植物不同根际微生态特征的关键因素, 也是根际对话的主要调控者。根系分泌物对于生物地球化学循环、根际生态过程调控、植物生长发育等均具有重要功能, 尤其是在调控根际微生态系统结构与功能方面发挥着重要作用, 调节着植物-植物、植物-微生物、微生物-微生物间复杂的互作过程。植物化感作用、作物间套作、生物修复、生物入侵等都是现代农业生态学的研究热点, 它们都涉及十分复杂的根际生物学过程。越来越多的研究表明, 不论是同种植物还是不同种植物之间相互作用的正效应或是负效应, 都是由根系分泌物介导下的植物与特异微生物共同作用的结果。近年来, 随着现代生物技术的不断完善, 有关土壤这一“黑箱”的研究方法与技术取得了长足的进步, 尤其是各种宏组学技术(meta-omics technology), 如环境宏基因组学、宏转录组学、宏蛋白组学、宏代谢组学等的问世, 极大地推进了人们对土壤生物世界的认知, 尤其是对植物地下部生物多样性和功能多样性的深层次剖析, 根际生物学特性的研究成果被广泛运用于指导生产实践。深入系统地研究根系分泌物介导下的植物-土壤-微生物的相互作用方式与机理, 对揭示土壤微生态系统功能、定向调控植物根际生物学过程、促进农业生产可持续发展等具有重要的指导意义。该文综述了根系分泌物的概念、组成及功能, 论述了根系分泌物介导下植物与细菌、真菌、土壤动物群之间的密切关系, 总结了探索根际生物学特性的各种研究技术及其优缺点, 并对该领域未来的研究方向进行了展望。     

山地土壤微生物分布格局研究进展

土壤微生物在调控生物地球化学循环和维持生态系统功能方面起着重要作用。研究土壤微生物多样性分布格局具有重要生态学意义。本文概述了山地土壤微生物多样性分布格局的研究进展,讨论了土壤微生物多样性与影响因素的关系,并对以后的研究提出了展望。     

Advances and perspective in research on plant-soil-microbe interactions mediated by root exudates

根系分泌物是植物与土壤进行物质交换和信息传递的重要载体物质, 是植物响应外界胁迫的重要途径, 是构成植物不同根际微生态特征的关键因素, 也是根际对话的主要调控者。根系分泌物对于生物地球化学循环、根际生态过程调控、植物生长发育等均具有重要功能, 尤其是在调控根际微生态系统结构与功能方面发挥着重要作用, 调节着植物-植物、植物-微生物、微生物-微生物间复杂的互作过程。植物化感作用、作物间套作、生物修复、生物入侵等都是现代农业生态学的研究热点, 它们都涉及十分复杂的根际生物学过程。越来越多的研究表明, 不论是同种植物还是不同种植物之间相互作用的正效应或是负效应, 都是由根系分泌物介导下的植物与特异微生物共同作用的结果。近年来, 随着现代生物技术的不断完善, 有关土壤这一“黑箱”的研究方法与技术取得了长足的进步, 尤其是各种宏组学技术(meta-omics technology), 如环境宏基因组学、宏转录组学、宏蛋白组学、宏代谢组学等的问世, 极大地推进了人们对土壤生物世界的认知, 尤其是对植物地下部生物多样性和功能多样性的深层次剖析, 根际生物学特性的研究成果被广泛运用于指导生产实践。深入系统地研究根系分泌物介导下的植物-土壤-微生物的相互作用方式与机理, 对揭示土壤微生态系统功能、定向调控植物根际生物学过程、促进农业生产可持续发展等具有重要的指导意义。该文综述了根系分泌物的概念、组成及功能, 论述了根系分泌物介导下植物与细菌、真菌、土壤动物群之间的密切关系, 总结了探索根际生物学特性的各种研究技术及其优缺点, 并对该领域未来的研究方向进行了展望。     

基于BIOLOG技术分析氮沉降和降水对土壤微生物功能多样性的影响

土壤微生物是有机物分解和养分循环的主要介质,因此在维持土壤的功能多样性和持续性方面发挥着关键作用。气候变化驱动因素会影响土壤微生物的生理活动,引起其群落结构和功能多样性的改变,并对生物地球化学循环和气候―生态系统反馈产生连锁效应,其中氮沉降和降水是全球气候变化的研究热点。土壤氮(N)的有效性有可能通过改变微生物的群落组成以调节微生物对降水变化的响应,但目前关于N沉降和降水及其交互作用对土壤微生物群落功能多样性的影响机制仍不清楚。为了准确预测未来气候条件下生态系统的功能状况,需要更好地了解土壤微生物对环境变化的响应。基于BIOLOG技术综述了氮沉降和降水变化及其交互作用对土壤微生物功能多样性影响的相关研究进展,可以为进一步研究全球气候变化背景下地下生态学的发展提供参考。另外,分析阐述了当前工作中存在的一些主要瓶颈,并对未来的研究热点进行了探讨和展望。     

养分输入方式对森林生态系统土壤养分循环的影响研究进展

土壤养分循环对森林生态系统稳定性维持、树种选择及更新、可持续经营具有重要意义,掌握养分输入来源及过程可指导森林生态系统物质循环与能量流动分析及生态功能评估。凋落物、根系周转、根系分泌物是森林土壤养分的主要来源,是土壤养分循环的重要组成部分。本文分析了3种主要养分输入方式及其影响因素,总结了凋落物组成及理化性质、生物因子、环境因子等对凋落物分解及土壤养分循环的影响;综述了细根底物性质、树种组成、土壤生物、环境因子变化对细根周转及土壤养分循环的影响;探讨了根系分泌物对土壤养分循环过程的作用,基于此,提出了该领域亟需深入研究的重要方向,以期为相关研究及森林生态系统养分管理提供参考。     

病毒及其生态功能

病毒被认为是地球上数量最多的生物类群。在海洋生态系统中,研究人员确认了病毒巨大的数量和遗传多样性以及对很多原核生物和部分真核生物死亡率的重要贡献;建立起病毒影响生物地球化学循环的概念模型;也开始研究病毒及其生态系统功能对全球变化的响应和反馈作用。然而,人们对于土壤病毒生态学的研究严重滞后,甚至对于土壤病毒的多度和分布、环境影响因子等基本信息的了解都很有限。土壤蕴含巨量的可溶性和不可溶性有机物,土壤病毒应该会对土壤微生物的死亡率有重要贡献,并因此对土壤碳循环产生深远影响,因而将土壤病毒纳入到已有的生态系统生态学模型中将促进我们对土壤碳循环的理解。     

我国土壤动物群落生态学研究综述

总结了我国土壤动物群落生态学研究的特点,即区域分布集中于中国东部、研究的生态系统类型广泛、研究角度多种多样与应用研究发展迅速。并从土壤动物群落与环境关系、土壤动物群落的组成和多样性、土壤动物群落结构、土壤动物群落功能、土壤动物群落演替与受干扰生态系统的土壤动物群落6个方面综述其最新研究成果。在此基础上指出我国土壤动物群落生态学中有待开拓的研究领域是基础研究、特色区域和生态系统的研究、土地覆盖/土地利用对土壤动物的影响研究、土壤动物多样性及其保护研究、土壤动物在土壤生态系统和陆地生态系统物质循环和能量流动中的作用研究、全球变化响应研究与土壤动物应用研究。     

树种多样性对土壤微生物群落结构和元素生物地球化学循环的影响研究进展

森林是陆地生态系统的重要组成部分,其巨大的生产力和生态服务功能对人类的生存和发展至关重要。森林树种多样性增加能够显著提高森林生产力,关于树种多样性如何影响地下生物多样性及生态功能逐渐受到国内外学者的广泛关注。从土壤微生物及其介导的元素生物地球化学循环这一视角出发,综述了树种多样性对土壤细菌和真菌多样性、群落结构及功能的影响,提出需要进一步深入研究的方向。总体来说,树种多样性有利于增加土壤细菌生物量和多样性,是预测病原性真菌和菌根真菌多样性及群落结构的重要生物因子。树种多样性能增加土壤有机碳储量,增强森林土壤的甲烷氧化能力,并提高土壤磷周转速率及有效磷含量。关于树种多样性对森林土壤氮循环的影响需考虑多样性假说和质量比假说的相对贡献。今后应加强树种多样性对多个营养级之间相互作用的研究;关注树种多样性对生态系统多功能的影响;加强学科交叉,引入微生物种群动态模型和气候模型等模型预测方法,研究树种多样性对全球气候变化的应对机制,以期促进地上植物多样性与地下生态系统功能关系的研究,增强森林生态系统应对未来全球环境变化的能力。     

Diversity and Ecology of Viruses in Hyperarid Desert Soils

In recent years, remarkable progress has been made in the field of virus environmental ecology. In marine ecosystems, for example, viruses are now thought to play pivotal roles in the biogeochemical cycling of nutrients and to be mediators of microbial evolution through horizontal gene transfer. The diversity and ecology of viruses in soils are poorly understood, but evidence supports the view that the diversity and ecology of viruses in soils differ substantially from those in aquatic systems. Desert biomes cover ∼33% of global land masses, and yet the diversity and roles of viruses in these dominant ecosystems remain poorly understood. There is evidence that hot hyperarid desert soils are characterized by high levels of bacterial lysogens and low extracellular virus counts. In contrast, cold desert soils contain high extracellular virus titers. We suggest that the prevalence of microbial biofilms in hyperarid soils, combined with extreme thermal regimens, exerts strong selection pressures on both temperate and virulent viruses. Many desert soil virus sequences show low values of identity to virus genomes in public databases, suggesting the existence of distinct and as-yet-uncharacterized soil phylogenetic lineages (e.g., cyanophages). We strongly advocate for amplification-free metavirome analyses while encouraging the classical isolation of phages from dominant and culturable microbial isolates in order to populate sequence databases. This review provides an overview of recent advances in the study of viruses in hyperarid soils and of the factors that contribute to viral abundance and diversity in hot and cold deserts and offers technical recommendations for future studies.     

土壤动物肠道微生物多样性研究进展

随着分子生物学技术方法的快速发展,动物肠道微生物已成为医学、动物生理学与微生物生态学等研究领域热点。土壤动物种类繁多,分布广泛,其作为陆地生态系统重要组分,是驱动生态系统功能的关键因子。土壤动物体内的微生物由于与宿主长期共存,在与宿主协同进化中形成了丰富多样的群落结构,能够影响土壤动物本身的健康,进而介导土壤动物生态功能的实现。近些年,土壤动物肠道微生物工作方兴未艾,日渐得到重视。总结了四个部分内容：1)首先总结了土壤动物肠道微生物多样性领域的研究现状,该领域年发文量逐年增长,且近十年增长快速。土壤模式生物肠道微生物多样性研究较多且更为深入。土壤动物肠道微生物多样性组成与驱动机制、共存机制及群落构建的理论研究是该领域前沿;2)进而展示了土壤动物肠道微生物多样性组成和研究方法,土壤动物肠道菌群组成以变形菌门、厚壁菌门、放线菌门和拟杆菌门为主。早期工作基于传统分离培养,近年来新一代测序技术推动了该领域发展;3)接着关注了土壤动物肠道微生物的生态学功能,总体上体现在肠道微生物能帮助宿主分解食物基质、参与营养利用、影响寿命和繁殖及提高宿主免疫能力,且其能够影响土壤动物的气体排放及介导其对生态系...     

全球变化背景下内蒙古草原土壤微生物多样性维持机制研究进展

全球变化对人类环境的影响是近几十年世界广泛关注的热点之一。内蒙古草原不仅是我国重要的牲畜和饲料生产基地, 而且有着不可替代的生态系统功能。土壤微生物是地球上多样性最高的生物类群, 在驱动碳氮循环等多种生态系统过程中发挥着至关重要的作用。由于研究技术的限制和群落结构复杂等原因, 土壤微生物生态学研究还处于描述性阶段, 理论研究还很缺乏。鉴于此, 利用分子生物学技术尤其是新一代测序技术, 从理论层面上系统地研究全球变化背景下我国北方草地微生物多样性的维持机制具有重要意义。本文在比较各种环境变化对土壤微生物群落的相对影响的基础上, 分析全球变化对微生物多样性影响的物理化学和生态学机制, 并对未来内蒙古草原微生物多样性的重点研究领域进行了展望, 包括: (1)加强全球变化多因素综合研究; (2)加强微生物多样性维持的生态学机制的研究; (3)加强地上与地下多样性关联机制的研究; (4)加强全球大尺度多生态系统的整合研究。     

土壤病毒生态学研究方法

病毒是地球上最丰富的生物实体,每克土壤中可包含数以亿计的病毒,它不仅影响土壤中其它微生物的群落组成、土壤元素的生物地球化学循环,还会影响土壤微生物的物种进化,甚至影响植物、动物和人体健康。目前人们对土壤中病毒的种类及丰度、分布特征以及功能引起的生态环境效应还知之甚少。在概述病毒生态学研究方法的基础上,对土壤病毒的提取、纯化、定量及分子生态学方法等基本流程进行了比较分析,以期建立一套快速简便、高效稳定的适用于土壤病毒研究的方法,并用于研究土壤病毒的多样性及分布特征,探讨病毒在环境中的生存和传播机制,为土壤病毒的防控及开发利用提供支撑。     

Plants actively control nitrogen cycling: uncorking the microbial bottleneck

Ecologists have tried to link plant species composition and ecosystem properties since the inception of the ecosystem concept in ecology. Many have observed that biological communities could feed back to, and not simply result from, soil properties. But which group of organisms, plants or microorganisms, drive those feedback systems? Recent research asserts that soil microorganisms preclude plant species feedback to soil nitrogen (N) transformations due to strong microbial control of soil N cycling. It has been well documented that litter properties influence soil N cycling. In this review, we stress that under many circumstances plant species exert a major influence over soil N cycling rates via unique N attainment strategies, thus influencing soil N availability and their own fitness. We offer two testable mechanisms by which plants impart active control on the N cycle and thereby allow for plant-litter-soil-plant feedback. Finally, we describe the characteristics of plants and ecosystems that are most likely to exhibit feedback.     

Soil microbial diversity: Methodological strategy, spatial overview and functional interest

Since the development of industrialization, urbanization and agriculture, soils have been subjected to numerous variations in environmental conditions, which have resulted in modifications of the taxonomic diversity and functioning of the indigenous microbial communities. As a consequence, the functional significance of these losses/modifications of biodiversity, in terms of the capacity of ecosystems to maintain the functions and services on which humanity depends, is now of pivotal importance. In this context, one of the main challenges in soil microbial ecology is to better understand and predict the processes that drive soil microbial diversity and the link between diversity and ecosystem process. This review describes past, present and ongoing conceptual and methodological strategies employed to better assess and understand the distribution and evolution of soil microbial diversity with the aim of increasing our capacity to translate such diversity into soil biological functioning and, more widely, into ecosystem services.     

Tree species identity determines wood decomposition via microclimatic effects

Empirical evidence suggests that the rich set of ecosystem functions and nature's contributions to people provided by forests depends on tree diversity. Biodiversity–ecosystem functioning research revealed that not only species richness per se but also other facets of tree diversity, such as tree identity, have to be considered to understand the underlying mechanisms. One important ecosystem function in forests is the decomposition of deadwood that plays a vital role in carbon and nutrient cycling and is assumed to be determined by above‐ and belowground interactions. However, the actual influence of tree diversity on wood decay in forests remains inconclusive. Recent studies suggest an important role of microclimate and advocate a systematical consideration of small‐scale environmental conditions. We studied the influence of tree species richness, tree species identity, and microclimatic conditions on wood decomposition in a 12‐year‐old tree diversity experiment in Germany, containing six native species within a tree species richness gradient. We assessed wood mass loss, soil microbial properties, and soil surface temperature in high temporal resolution. Our study shows a significant influence of tree species identity on all three variables. The presence of Scots pine strongly increased wood mass loss, while the presence of Norway spruce decreased it. This could be attributed to structural differences in the litter layer that were modifying the capability of plots to hold the soil surface temperature at night, consequently leading to enhanced decomposition rates in plots with higher nighttime surface temperatures. Therefore, our study confirmed the critical role of microclimate for wood decomposition in forests and showed that soil microbial properties alone were not sufficient to predict wood decay. We conclude that tree diversity effects on ecosystem functions may include different biodiversity facets, such as tree identity, tree traits, and functional and structural diversity, in influencing the abiotic and biotic soil properties.     

土壤生物与土壤污染研究前沿与展望

随着社会经济发展,人类生产活动对自然环境产生越来越广泛深刻的影响,土壤污染已成为危及生态系统稳定、农产品质量安全和人体健康的突出环境问题之一。重金属、有机污染化合物、病原菌及抗性基因等各类污染物大量进入土壤后,对土壤生物系统造成毒害作用,影响到土壤生态功能;另一方面,土壤生物如细菌、真菌、土壤动物等在一定程度上能够适应土壤污染,深刻影响着污染物在土壤中的迁移转化过程,在土壤污染修复中具有潜在重要作用。从土壤污染的生态毒理效应、土壤生物对土壤污染的响应与适应机制、污染土壤修复原理与技术等三方面综述了土壤生物与土壤污染相关研究前沿,展望了重点研究方向。     

土壤微生物多样性影响因素及研究方法的现状与展望

土壤微生物是土壤生态系统的重要组成部分, 在土壤有机物质分解和养分释放、能量转移等生物地化循环中起着重要作用。随着人们对生物多样性重要性认识的不断深入及研究方法的不断改进, 土壤微生物多样性, 尤其是功能多样性的研究工作逐渐受到生态学家的重视。本文从土壤微生物多样性的影响因素以及研究方法等方面阐述了目前国内外土壤微生物多样性的研究现状, 并对其未来研究方向进行了展望。