微生物对分解底物碳氮磷化学计量的响应和调节机制

微生物分解者的生存和生长策略、群落结构和功能会随着底物化学计量特征而改变, 从而强烈地影响底物的分解速度和元素的周转速率, 进而影响生态系统的功能过程。深入理解微生物生理代谢活动和群落结构与陆地生态系统过程之间的联系及其对全球变化的响应和反馈机理是生态学和全球变化生物学领域值得关注的重大科学命题。该文基于生态化学计量学理论和代谢理论, 首先介绍微生物在陆地生态系统碳氮磷循环中的作用; 然后综述微生物对分解底物化学计量变异性的响应和调节的4种主要机制: (1)调整微生物自身化学计量特征; (2)调整微生物群落结构; (3)产生特定的胞外酶以获取受限制的资源; (4)改变碳氮磷元素利用效率。最后, 通过分析当前研究不足, 提出该领域亟需关注的科学问题有: (1)综合阐明微生物对底物化学计量变化响应的各种机制及其相对重要性; (2)探索全球变化对微生物驱动的碳氮磷循环的影响; (3)探索微生物对底物化学计量变化适应对策的时空变化。     

土壤微生物生物量碳氮磷与土壤酶化学计量对气候变化的响应机制

微生物和土壤酶是陆地生态系统中生物地球化学循环的重要驱动力,深入理解微生物在生态系统中的调节作用以及气候变化过程中微生物量和土壤酶的响应机制是生态学领域关注的重要科学问题.本研究从气候因素角度出发,基于生态化学计量学理论,综述了微生物和土壤酶在陆地生态系统碳氮磷循环中的作用,以及土壤微生物生物量碳氮磷和土壤酶化学计量对气候变化的响应机制,即: 改变微生物代谢速率和酶活性;调整微生物群落结构;调整微生物生物量碳氮磷与土壤酶化学计量特征;改变碳氮磷养分元素利用效率.最后分析当前研究的不足,并提出了该领域亟待解决的科学问题: 综合阐明土壤微生物和土壤酶对气候变化的响应机制;探究土壤微生物和胞外酶养分耦合机理;深入探究土壤微生物量和土壤酶化学计量特征对气候变化的适应对策.     

Global change and ecosystems research progress and prospect

全球变化与生态系统研究是一个宏观与微观相互交叉、多学科相互渗透的前沿科学领域, 重点研究生态系统结构和功能对全球变化的响应及反馈作用, 其目标是实现人类对生态系统服务的可持续利用。《植物生态学报》的《全球变化与生态系统》专辑在对国内外全球变化研究进行历史回顾和综合分析的基础上, 总结了全球变化与生态系统研究的阶段性重大进展及存在的主要问题, 并对全球变化研究的前沿方向进行展望和建议。根据研究内容和对象, 该专辑系统地综述了不同全球变化因子, 包括CO₂和O₃浓度升高、气候变暖、降水格局改变、氮沉降增加、土地利用变化等对陆地植物生理生态、群落结构及生态系统功能等的影响以及全球变化对海洋生态系统的影响; 探讨生态系统关键过程以及生物多样性的变化; 在明确全球变化生态效应的基础上, 阐明这些影响对气候和环境变化的反馈机制, 为构筑全球变化的适应对策提供生态学理论基础。     

Changes of the relationships between soil and microbes in carbon,nitrogen and phosphorus stoichiometry during ecosystem succession

AimsThe carbon (C), nitrogen (N) and phosphorus (P) stoichiometry (C:N:P) of soil profoundly influences the growth, community structure, biomass C:N:P stoichiometry, and metabolism in microbes. However, the relationships between soil and microbes in the C:N:P stoichiometry and their temporal dynamics during ecosystem succession are poorly understood. The aim of this study was to determine the temporal patterns of soil and microbial C:N:P stoichiometry and their relationships during ecosystem succession.MethodsAn extensive literature search was conducted and data were compiled for 19 age sequences of successional ecosystems, including 13 forest ecosystems and 6 grassland ecosystems, from 18 studies published up to May 2016. Meta-analyses were performed to examine the sequential changes in 18 variables that were associated with soil and microbial C, N and P contents and the stoichiometry. Important findings (1) There was no consistent temporal pattern in soil C:N along the successional stages, whereas the soil C:P and N:P increased with succession; the slopes of the linear relationships between soil C:N:P stoichiometry and successional age were negatively correlated with the initial content of the soil organic C within given chronosequence. (2) There was no consistent temporal pattern in microbial C:N:P stoichiometry along the successional stages. (3) The fraction of microbial biomass C in soil organic C (qMBC), the fraction of microbial biomass N in soil total N, and the fraction of microbial biomass P in soil total P all increased significantly with succession, in consistency with the theory of succession that ecosystem biomass per unit resource increases with succession. (4) The qMBC decreased with increases in the values of soil C:N, C:P, or N:P, as well as the stoichiometric imbalances in C:N, C:P, and N:P between soil and microbes (i.e., ratios of soil C:N, C:P, and N:P to microbial biomass C:N, C:P, and N:P, respectively). The C:N, C:P, and N:P stoichiometric imbalances explained 37%-57% variations in the qMBC, about 7-17 times more than that explainable by the successional age, illustrating the importance of soil-microbial C:N:P stoichiometry in shaping the successional dynamics in qMBC. In summary, our study highlights the importance of the theories of ecosystem succession and stoichiometry in soil microbial studies, and suggests that appropriately applying macro-ecological theories in microbial studies may improve our understanding on microbial ecological processes.     

Effects of fine root decomposition on bacterial community structure of four dominated tree species in Mount Taishan,China

为了理解细菌群落结构和多样性对森林生态系统细根凋落物分解的影响, 该研究以泰山4种主要优势造林树种刺槐(Robinia pseudoacacia)、麻栎(Quercus acutissima)、油松(Pinus tabulaeformis)和赤松(Pinus densiflora)为研究对象, 采用凋落物分解袋法及Illumina Miseq测序平台对细菌16S rDNA V4-V5区扩增产物进行双端测序, 分析了4种树种细根分解对细菌群落结构及多样性的影响。结果表明: (1) 4种植物细根分解速率差异显著, 阔叶树种分解速率显著高于针叶树种, 表现为刺槐>麻栎>油松>赤松。(2) 4个树种细菌序列操作分类单元(OTU)、观测到的物种数、Ace指数和系统发育多样性之间差异显著, 且阔叶树种刺槐和麻栎显著低于针叶树种赤松和油松。4种细根分解的细菌群落结构存在极显著差异。细根初始碳(C)含量、木质素:氮(N)和C:N对细菌群落结构的影响较大。(3)细菌群落相对丰度在5%以上的优势类群是变形菌门、放线菌门、拟杆菌门、酸杆菌门, 且变形菌门、酸杆菌门在4个树种之间差异显著, 特别是阔叶树种变形菌门显著高于针叶树种。在纲水平上, α-变形菌纲、β-变形菌纲、γ-变形菌纲、不明放线菌纲、鞘脂杆菌纲为主要的优势纲, 其中α-变形菌纲、不明放线菌纲在4个树种之间差异显著。(4) Pearson相关性分析表明, 细菌优势门和纲相对丰度受到凋落物初始化学性质的影响, 特别是变形菌门和α-变形菌纲; 变形菌门和α-变形菌纲相对丰度与细根分解速率显著正相关。冗余分析结果也显示, 细根初始N、磷(P)含量和木质素含量对细菌群落结构的影响较大。研究结果有助于理解细菌群落结构和多样性对森林生态系统细根凋落物分解的影响。     

New perspectives on forest soil carbon and nitrogen cycling processes: Roles of arbuscular mycorrhizal versus ectomycorrhizal tree species

Nearly all tree species develop symbiotic relationships with either arbuscular mycorrhizal (AM) or ectomycorrhizal (EM) fungi to acquire nutrients from soils, and hence influence soil carbon (C) and nitrogen (N) cycles in terrestrial ecosystems. It is crucial to understand the differences in soil C and N cycles between AM and EM forests and the underlying mechanisms. In this review, we first compared the differences in the soil C and N cycles between AM and EM forests, and synthesized the underlying mechanisms from perspectives of the inputs, stabilization, and outputs of soil C and N in forest ecosystems. We also compared the responses of soil C and N cycles between AM and EM forests to global changes. In this field, one major research priority is comparing the structure and function (including the soil C and N cycles) between AM and EM forest ecosystems to provide theoretical basis and solid data for improving forest productivity and ecosystem services. The second research focus is deepening the understanding of the effects of interactions between aboveground litter and belowground mycorrhiza and free-living microbes on soil C and N cycles to reveal the potential underlying mechanisms in forests with different mycorrhizal symbioses. Third, the research methodology and new techniques need refining and applying to explicitly focus on scaling up the fine-scale measurements to better expound and predict the C and N cycles in forest ecosystems. Finally, more studies on the stability of soil organic matter among different mycorrhizal forests are needed to precisely assess responses of the structure and function of forest ecosystems to global changes.     

Microbial carbon use efficiency in different ecosystems: A meta-analysis based on a biogeochemical equilibrium model

Soil microbial carbon use efficiency (CUE) is a crucial parameter that can be used to evaluate the partitioning of soil carbon (C) between microbial growth and respiration. However, general patterns of microbial CUE among terrestrial ecosystems (e.g., farmland, grassland, and forest) remain controversial. To address this knowledge gap, data from 41 study sites (n = 197 soil samples) including 58 farmlands, 95 forests, and 44 grasslands were collected and analyzed to estimate microbial CUEs using a biogeochemical equilibrium model. We also evaluated the metabolic limitations of microbial growth using an enzyme vector model and the drivers of CUE across different ecosystems. The CUEs obtained from soils of farmland, forest, and grassland ecosystems were significantly different with means of 0.39, 0.33, and 0.42, respectively, illustrating that grassland soils exhibited higher microbial C sequestration potentials (p < .05). Microbial metabolic limitations were also distinct in these ecosystems, and carbon limitation was dominant exhibiting strong negative effects on CUE. Exoenzyme stoichiometry played a greater role in impacting CUE values than soil elemental stoichiometry within each ecosystem. Specifically, soil exoenzymatic ratios of C:phosphorus (P) acquisition activities (EEA_C:P) and the exoenzymatic ratio of C:nitrogen (N) acquisition activities (EEA_C:N) imparted strong negative effects on soil microbial CUE in grassland and forest ecosystems, respectively. But in farmland soils, EEA_C:P exhibited greater positive effects, showing that resource constraints could regulate microbial resource allocation with discriminating patterns across terrestrial ecosystems. Furthermore, mean annual temperature (MAT) rather than mean annual precipitation (MAP) was a critical climate factor affecting CUE, and soil pH as a major factor remained positive to drive the changes in microbial CUE within ecosystems. This research illustrates a conceptual framework of microbial CUEs in terrestrial ecosystems and provides the theoretical evidence to improve soil microbial C sequestration capacity in response to global change.     

Effects of desertification on the C:N:P stoichiometry of soil,microbes, and extracellular enzymes in a desert grassland

为探讨荒漠草地沙漠化对“土壤-微生物-胞外酶”系统生态化学计量的影响机理, 该研究采用空间序列代替时间演替的方法, 研究了宁夏盐池荒漠草地沙漠化过程中土壤、土壤微生物及土壤胞外酶碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量的变异特征。结果表明: (1)随着荒漠草地沙漠化的不断加剧, 土壤C、N、P含量和土壤C:P、N:P均呈降低趋势, 而土壤C:N逐渐增加。(2)荒漠草地沙漠化过程中, 土壤微生物生物量C (MBC):微生物生物量P (MBP)、微生物生物量N (MBN):MBP和土壤β-葡萄糖苷酶(BG):N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)逐渐降低, 而土壤BG:磷酸酶(AP)和NAG:AP基本表现为增加趋势。(3)随着荒漠草地沙漠化程度的加剧, 土壤微生物C利用效率CUE_C:N和CUE_C:P与土壤微生物N利用效率NUE_N:C和土壤微生物P利用效率PUE_P:C的变化趋势相反。(4)荒漠草地土壤、土壤微生物生物量和土壤胞外酶C:N化学计量(C:N, MBC:MBN, BG:NAG)与土壤、土壤微生物生物量和土壤胞外酶N:P化学计量(N:P, MBN:MBP, NAG:AP)显著负相关, 而土壤和胞外酶C:N化学计量(C:N, BG:NAG)与土壤和胞外酶C:P化学计量(C:P, BG:AP)显著正相关。土壤N:P与土壤MBN:MBP显著正相关, 而与土壤NAG:AP显著负相关。分析表明, 荒漠草地沙漠化过程中土壤微生物生物量及胞外酶活性随着土壤养分的变化而发生变化; 微生物-胞外酶C:N:P生态化学计量与土壤养分存在协变关系, 为理解荒漠草地土壤-微生物系统C、N、P循环机制提供理论依据。     

Microbial community dynamics alleviate stoichiometric constraints during litter decay

Under the current paradigm, organic matter decomposition and nutrient cycling rates are a function of the imbalance between substrate and microbial biomass stoichiometry. Challenging this view, we demonstrate that in an individual‐based model, microbial community dynamics alter relative C and N limitation during litter decomposition, leading to a system behaviour not predictable from stoichiometric theory alone. Rather, the dynamics of interacting functional groups lead to an adaptation at the community level, which accelerates nitrogen recycling in litter with high initial C : N ratios and thus alleviates microbial N limitation. This mechanism allows microbial decomposers to overcome large imbalances between resource and biomass stoichiometry without the need to decrease carbon use efficiency (CUE), which is in contrast to predictions of traditional stoichiometric mass balance equations. We conclude that identifying and implementing microbial community‐driven mechanisms in biogeochemical models are necessary for accurately predicting terrestrial C fluxes in response to changing environmental conditions.     

陆地生物圈模型的发展与应用

陆地生物圈与大气圈和水圈之间能量、水和碳氮等元素的交换和循环对整个地球系统产生了深刻的影响。陆地生物圈模型(TBM)是研究陆地生态系统如何响应和反馈全球变化的重要方法和工具。通过对从生态系统到区域和全球陆地生物圈不同空间尺度的植被动态、生物地球物理和生物地球化学循环过程、水循环和水文过程、自然干扰和人类活动等过程时间动态的模拟, 陆地生物圈模型被广泛地应用于评估和归因过去陆地生物圈的时空变化和预测陆地生物圈对未来全球变化的响应和反馈。该文简要回顾了陆地生物圈模型的发展, 总结了模型对陆地生态系统主要过程的刻画和模型在生态系统生态学的应用, 并对未来陆地生物圈模型的发展和应用进行了展望。     

Temporal changes of vegetation water use efficiency and its influencing factors in Northern China

水分利用效率(WUE)既是衡量植被生长适应性的重要指标, 也是连接生态系统水碳循环的纽带。认识不同类型植被WUE的时间变化特征及驱动机制有助于增进对生态系统水碳循环过程的理解。已有研究表明, 在不同时间尺度下, WUE呈现不同的时间变化特征, 但现有研究多是集中在单一的时间尺度下开展的, 对不同植被类型在不同时间尺度下的动态变化及影响因子分析开展得较少。该研究选用中国北方地区9个定位观测台站的通量与气象数据, 分析了WUE的日内变化和季节变化特征, 并在0.5 h、1 d、8 d以及月尺度下, 分别分析了气温(T_a)、相对湿度(RH)、饱和水汽压差(VPD)以及光合有效辐射(PAR)等非生物因子对WUE的影响。同时, 该研究也分析了植被叶面积指数(LAI)和降水(P)对WUE的影响。研究发现: (1) WUE的日变化呈现不对称的“U”型特征, 日出时的WUE普遍高于日落时。荒漠地区WUE的季节变化呈“U”型, 而其他站点呈现单峰型。不同站点WUE的季节变化可以分为总初级生产力(GPP)主导型和蒸发散(ET)主导型, 并随着时间尺度的扩大, GPP或ET的主导作用逐渐增强。(2)在较短的时间尺度(0.5 h、1 d)上, T_a、RH、VPD和PAR是影响WUE变化的主要因子, 但随着时间尺度的扩大, T_a和RH成为影响WUE变化的主要因子, 并且与WUE的相关关系受GPP或ET对WUE主导作用的影响, 随着时间尺度增大, T_a和RH与WUE的线性关系更加显著。(3) WUE大体上随LAI的增加而增加, 但当LAI超过一定值时, 在长白山、海北和张掖站, WUE对LAI的敏感性降低。降水与WUE的关系在研究区域内并不显著。(4)不同植被类型的WUE由大到小依次为森林、农田、草地、湿地和荒漠。     

干湿交替下草地生态系统土壤呼吸变化的微生物响应机制研究进展

草地是陆地生态系统中最重要、分布最广的生态系统类型之一,对全球碳循环和气候调节有着重要的作用和效应.我国拥有极为丰富的草地资源,是巨大的陆地碳储存库,也是全球碳循环重要组成部分.干湿交替是土壤中普遍发生的自然现象,这种现象的发生可能会加速土壤的碳矿化过程、激增土壤呼吸以及影响微生物的活性和群落结构等.在全球变化日趋显著的背景下,降雨量、降雨强度以及降雨频率的变化将会加速土壤干湿交替进程,进而带来微生物活性、群落结构以及土壤呼吸的变化,并对全球碳循环过程产生重要影响.本文综述了近十年来国内外的相关文献,对干湿交替条件下,土壤释放CO₂消耗碳源、土壤呼吸随时间的动态变化趋势以及土壤呼吸与微生物量、微生物活性和微生物群落结构之间的关系进行了分析和总结,以期为更好地理解干湿交替过程中草地生态系统土壤呼吸的微生物学响应机制,更准确地预测和评估未来的全球陆地生态系统的碳收支与气候变化提供一定的理论基础.     

海拔梯度变化对中亚热带黄山松土壤微生物生物量和群落结构的影响

全球变暖对陆地生态系统造成一系列生态问题,使这些问题将随着全球平均气温的升高而进一步加剧。海拔梯度变化是研究气候变暖对陆地生态系统影响的一种重要手段。目前为止利用海拔梯度对微生物影响的研究尚未定论,其主要原因是忽略了植被类型的影响。因此,以中亚热带戴云山的3个海拔(1300、1450、1600 m)的黄山松(Pinus taiwanensis)林为研究对象,探究沿海拔梯度的变化,森林土壤微生物生物量和微生物群落结构的响应变化。结果表明:土壤碳氮磷养分(SOC、TN、TP)、微生物生物量氮(MBN)、微生物生物量磷(MBP)和丛枝菌根真菌(AMF)、革兰氏阴性菌(GN)、真菌(Fungi)、总磷脂脂肪酸(T_(PLFA)),细菌∶真菌(F∶B)均随海拔升高显著下降,而革兰氏阳性菌∶革兰氏阴性菌(GP∶GN)随海拔升高呈相反的趋势。冗余分析(RDA)表明,温度(T)和可溶性有机氮(DON)是影响微生物群落结构的最重要的环境因子。研究表明:与1600 m海拔相比,1300 m海拔温度较高,土壤有机质矿化作用较强,土壤速效养分及微生物生物量随之增加,从而提高(Fungi)、细菌(Bacteria)等。因此,未来气候变暖将通过改变土壤碳氮磷养分来影响本区域微生物群落组成结构。这对进一步深入了解气候变化对山地生态系统土壤养分循环过程具有重要意义。     

氮添加对荒漠草原植物群落组成与微生物生物量生态化学计量特征的影响

大气氮(N)沉降增加加速了土壤N循环, 引起微生物生物量碳(C):N:磷(P)生态化学计量关系失衡、植物种丧失和生态系统服务功能降低等问题。开展N添加下植物群落组成与微生物生物量生态化学计量特征关系的研究, 可为深入了解N沉降增加引起植物多样性降低的机理提供新思路。该文以宁夏荒漠草原为研究对象, 探讨了N添加下植物生物量和群落多样性的变化趋势, 分析了微生物生物量C:N:P生态化学计量特征独立及其与其他土壤因子共同对植物群落组成的影响。结果表明: N添加下猪毛菜(Salsola collina)生物量呈显著增加趋势, 牛枝子(Lespedeza potaninii)生物量呈逐渐降低趋势, 其他植物种生物量亦呈降低趋势但未达到显著水平; 沿N添加梯度, Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数和Patrick丰富度指数均呈先略有增加后逐渐降低的趋势; N添加提高了微生物生物量N含量和N:P, 降低了微生物生物量C:N; 植物群落组成与微生物生物量N含量、微生物生物量C:N、微生物生物量N:P、土壤NO₃ ^--N浓度、土壤NH₄ ⁺-N浓度以及土壤全P含量有较强的相关关系; 微生物生物量C:N:P生态化学计量特征对植物种群生物量和群落多样性变化的独立解释力较弱, 但却与其他土壤因子共同解释了较大变差, 意味着N添加下微生物生物量C:N:P生态化学计量特征对植物群落组成的影响与其他土壤因子高度相关。     

Response and adaptation of terrestrial ecosystem processes to climate warming

陆地生态系统包含一系列时空连续、尺度多元且互相联系的生态学过程。由于大部分生态学过程都受到温度调控, 因此气候变暖会对全球陆地生态系统产生深远的影响。近年来, 全球变化生态学的基本科学问题之一是陆地生态系统的关键过程如何响应与适应全球气候变暖。围绕该问题, 该文梳理了近年来的研究进展, 重点关注植物生理生态过程、物候期、群落动态、生产力及其分配、凋落物与土壤有机质分解、养分循环等过程对温度升高的响应与适应机理。通过定量分析近20年来发表于主流期刊的相关论文, 展望了该领域的前沿方向, 包括物种性状对生态系统过程的预测能力, 生物地球化学循环的耦合过程, 极端高温与低温事件的响应与适应机理, 不对称气候变暖的影响机理和基于过程的生态系统模拟预测等。基于这些研究进展, 该文建议进一步研究陆地生态系统如何适应气候变暖, 更多关注我国的特色生态系统类型, 并整合实验、观测或模型等研究手段开展跨尺度的合作研究。     

陆地生态系统植被氮磷化学计量研究进展

因化学功能的耦合和元素的不可替代性, 植物对N、P的需求和利用存在严格的比例。植物N、P化学计量在不同功能群、生长地区、生长季、器官之间以及环境梯度下存在明显的变化规律。多数研究从N、P浓度、N:P及N、P间异速指数等角度分析了植物化学计量变化规律, 并探讨其在全球范围内的具体数值。为增进对植物响应全球变化的理解, 该文综述了N、P化学计量的影响因素及其机理的最新研究进展, 并指出未来拟重点研究的方向。     

森林土壤有机碳分解对模拟增温的响应

由化石燃料燃烧和土地利用变化引起的全球气候变暖是地球上最严重的人为干扰之一,对陆地生态系统结构和功能产生重要的影响。土壤有机碳（SOC）是陆地生态系统最大的碳库,其微小变化都会影响全球碳平衡和气候变化。近30年来,国内外学者在不同森林生态系统相继开展了野外模拟增温对SOC分解的影响及其调控机制研究。基于在全球建立的26个野外模拟气候变暖实验平台,系统分析增温对森林生态系统SOC分解的影响格局和潜在机制,发现增温通常促进森林SOC的分解,对气候变暖产生正反馈作用。然而,因增温方式和持续时间、土壤微生物群落结构和功能的多样性、SOC结构和组成的复杂性、植物-土壤-微生物之间相互作用以及森林类型等不同而存在差异,导致人们对森林SOC分解响应气候变暖的程度及时空格局变化缺乏统一的认识,且各类生物和非生物因子的相对贡献尚不清楚。基于已有研究,从土壤微生物群落结构和功能、有机碳组分以及植物-土壤-微生物互作3个方面构建了气候变暖影响SOC分解的概念框架,并进一步阐述了今后的重点研究方向,以期深入理解森林生态系统碳-气候反馈效应,为制定森林生态系统管理措施和实现"碳中和"提供科学依据。1）加强模拟增温对不同森林生态系统（特别是热带亚热带森林生态系统） SOC分解的长期观测研究,查明SOC分解的时空动态特征;2）加强土壤微生物功能群与SOC分解之间关系的研究,揭示SOC分解对增温响应的微生物学机制;3）形成统一的SOC组分研究方法,揭示不同碳组分对增温的响应特征和机制;4）加强森林生态系统植物-土壤-微生物间相互作用对模拟增温的响应及其对SOC分解调控的研究;5）加强模拟增温与其他全球变化因子（例如降水格局变化、土地利用变化、大气氮沉降）对SOC分解的交互作用,为更好评估未来全球变化背景下森林土壤碳动态及碳汇功能的维持提供理论基础。     

水分再分配对土壤-植物系统养分循环的生态意义

水分再分配(hydraulic redistribution, HR)作为一个普遍存在的生物物理过程, 在缓解植物干旱胁迫、调节植物种间关系和群落组成、影响生态系统水碳平衡等方面具有重要的生态意义。近年来, 同位素标记示踪技术的应用促进了HR的深入研究, 该文综述了HR对土壤-植被系统养分循环的影响。HR能改善干燥土层的水分状况, 防止根系栓塞, 促进细根存活与生长, 提高微生物活性, 从而促进植物对表层土壤养分(尤其是氮)的吸收; HR还通过水分下传作用促进植物对深层土壤中磷和金属离子的吸收。HR促进土壤养分库的上下交换与流动, 调节植物与土壤的氮磷比, 因此其影响可能具有全球意义。在全球变化(如氮沉降)背景下, 有必要深入探索HR在生物地球化学循环过程中的影响和作用, 并将其纳入生态系统模型中。     

Responses of freshwater ecosystems to global change: research progress and outlook

全球变化已经通过提高水温、改变降水格局和水流状况、促进物种入侵、增加极端事件, 对不同的淡水生态系统造成严重的威胁。该文将全球变化背景下淡水生态学的主要研究内容归纳为: (1)全球变化各要素对个体、种群、群落及至生态系统水平的影响; (2)全球变化过程中生态系统生物地球化学循环的改变; (3)淡水生态系统对全球变化的适应对策。最近10-15年淡水生态系统与全球变化研究快速发展, 取得的重要突破有: (1)阐明淡水生态系统结构与功能对全球气候变化尤其是水温升高的响应过程与机制; (2)揭示淡水生态系统(湿地、湖泊、河流等)是全球碳循环的重要组成部分, 在全球变化因素的影响下呈现有机碳埋藏减少和矿化速率提高。今后的研究中, 需要进一步加强对淡水生态系统全要素的系统观测与整合; 开展以“河流”为介质耦合多系统的碳输运和转化过程研究; 强化基础理论研究揭示淡水生态系统对全球变化的适应机制。     

全球变暖背景下土壤微生物呼吸的热适应性:证据、机理和争议

土壤微生物呼吸的热适应性被认为是决定陆地生态系统对全球变暖反馈作用的潜在重要机制,可能显著改变未来的气候变化趋势,然而学术界对于这一机制是否真实存在尚有分歧。阐述了土壤微生物呼吸的热适应性概念,从证据、机理和争议3方面对已有研究进展进行了综述和分析。土壤微生物呼吸的热适应性是微生物在群落尺度上对温度变化的适应性,具有坚实的生物学与生态学理论基础,研究者们运用各类指标已在许多实验中证实土壤微生物物种及群落的呼吸过程能够在高温环境产生适应性变化。土壤微生物呼吸的热适应性机理涉及生物膜结构变化、酶活性变化、微生物碳分配比例变化和微生物群落结构变化等方面。关于土壤微生物呼吸热适应性的争议可能是由研究方法、微生物物种及环境条件的差异引起的。根据对已有研究的分析,认为土壤微生物呼吸的热适应性是真实存在的,未来的研究可进一步探索土壤微生物呼吸的热适应性机理,深入研究环境和全球变化对土壤微生物呼吸的热适应性影响,定量评估土壤微生物呼吸的热适应性对陆地生态系统反馈过程的影响。