城乡景观中土壤生态系统微塑料的来源、迁移特征及其风险

土壤微塑料污染的持久性、复杂性及其对土壤生态系统的影响受到越来越广泛的关注,但对其来源、迁移过程等仍有许多问题尚未理清。从复合生态系统的角度,通过对城乡景观中土壤微塑料的来源、迁移过程及其风险等相关研究进展进行了系统梳理,分析了城乡不同景观中土壤微塑料的主要来源和特点,讨论了土壤微塑料在城乡景观中的迁移特征及其驱动力,探讨了土壤微塑料在城乡景观中的生态和健康风险。今后需进一步明确城乡景观中土壤微塑料污染的物质流过程与环境归趋特征,加强微塑料对土壤生态系统的作用过程及生态系统服务影响的研究,揭示土壤微塑料对人类健康的直接或间接影响,建立城乡复合生态系统土壤微塑料污染预测模型,以维护土壤生态安全与人居环境健康。     

微塑料污染对浮游生物影响研究进展

微塑料作为一种新型的环境污染物,大量存在于水环境中,给水生生物带来了极大的危害。浮游生物是水生食物链的基础,是水生生态系统物质循环和能量流动的重要环节;同时,浮游生物也是对各种环境污染物最敏感的类群。了解微塑料对浮游生物的影响是评价其生态风险的重要依据。本文介绍了环境中微塑料来源、特征及水生态系统微塑料污染现状,阐述了微塑料对水生生物的直接和间接危害,并重点聚焦于浮游植物和浮游动物,从个体、种群和群落的层次详细总结了微塑料的影响及其作用机制。最后,本文指出当前针对浮游生物微观基因和蛋白质组学,以及宏观种群和群落响应等方面的研究还非常缺乏,为今后开展微塑料危害研究提供参考。     

自由生活的异养鞭毛虫多样性及生态功能

随着对水生态系统结构与功能的深入研究,自由生活的异养鞭毛虫在水生态系统中的作用成为当前生态学领域的热点之一.已有的研究结果表明,异养鞭毛虫物种丰富,摄食方式多样,周转迅速,是微食物环的重要成分,在水生态系统中起着十分重要的作用.异养鞭毛虫物种多样性及生态学方面的系统研究将有助于对水生态系统结构、功能和过程深入了解.综述了异养鞭毛虫多样性、群落结构、摄食生态学以及在氮、磷循环中的作用,分析了其在生态系统中的功能.     

微塑料对稻田土壤温室气体排放和微生物群落的影响

微塑料因在土壤环境中广泛存在及其潜在的生态风险而受到越来越多的关注。微塑料的赋存会改变土壤理化性质,并对土壤微生物群落及其驱动的生物地球化学过程产生影响,而相关研究尚处于起步阶段。可生物降解塑料作为传统塑料的替代品,越来越多地应用于农业活动,并释放到土壤中。然而,可生物降解微塑料对土壤微生物特性产生影响的研究鲜有报道。基于此,本试验以我国三江平原水稻田土壤为研究对象,选取了2种常见的微塑料为试验材料,分别为传统型微塑料聚丙烯(Polypropylene,PP)和可降解微塑料聚乳酸(Polylactic acid,PLA),进行了为期41d的微宇宙培养实验,旨在分析不同浓度与类型的微塑料对土壤可溶性有机碳(Dissolved Organic Carbon,DOC)含量及官能团特征、温室气体排放以及微生物群落结构的差异性影响。结果表明,传统型微塑料PP与可降解微塑料PLA添加均对土壤理化性质与微生物群落产生显著影响。其中,微塑料添加大体上增加了土壤DOC含量,PLA的促进作用较为明显,且增加含量与微塑料添加量呈正相关;PP和PLA均影响土壤DOC分子结构,削弱了土壤团聚化程度并促进了大分子量DOC化合物的生成;微塑料的添加促进土壤CH₄排放,而有效抑制了土壤CO₂排放;微塑料显著改变了土壤细菌和真菌群落的丰富度与多样性。相关分析结果表明,土壤CO₂累计排放量与芳香族化合物结构及疏水性等官能团特征、变形菌门(Proteobacteria)与放线菌门(Actinobacteria)均呈显著正相关关系。以上结果表明,微塑料添加改变了土壤DOC含量及官能团特征与微生物环境,进而影响土壤温室气体排放。本研究为今后微塑料对土壤地球化学和微生物特性的影响研究提供了科学的思路,同时也有助于评估微塑料对土壤生态系统的生态风险。     

地下水生态系统健康评价指标体系的构建

地下水生态系统是重要的生态系统类型,由于地下水资源不合理的开发利用和污染物排放强度的增大、并长期积累,已导致许多地方产生生态环境劣变,甚至酿成难以弥补的严重后果,地下水生态系统健康问题已经成为许多国家和地区重点关注的环境问题之一.在科学把握地下水生态系统健康的概念和内涵的基础上,从系统结构特征、生态功能、资源功能、系统保护以及社会环境等5个方面选取了29个典型指标构建了地下水生态系统健康指标体系,对关键评价指标的意义进行了具体分析.出于服务于地下水生态系统健康评价的目的,对重要指标的评价标准进行了划分,并探讨了地下水生态系统健康评价的主要方法及发展方向,研究成果在一定程度上可以丰富生态系统健康评价研究理论与方法体系.     

土壤环境下的根际微生物和植物互作关系研究进展

植物根系、土壤、根际微生物以及根际范围内其他因子等组成了根际微生态系统,在根际微生态系统中的不同组分之间存在着广泛的相互作用,其中以根系-土壤-微生物之间的相互作用网络最为复杂,同时也对整个根际系统的稳定和发展有着至关重要的影响.综述了近年来国内外对于土壤环境中根际互作关系研究的进展,探讨了土壤环境对植物和根际微生物群...     

淡水生态系统服务及其评价指标体系的探讨

对淡水生态系统的重要性及生态系统服务的内涵进行了阐述,指出了当前淡水生态系统服务研究的不足;认为淡水生态系统服务的正常发挥离不开一个健康的生态系统,但少有将两者结合的综合研究,而这样的研究又是必要的。水资源应明确包括水量、水质、水能和水生生物四大要素,以此为基础,对淡水生态系统服务及其评价指标体系进行了论述,并简要介绍其评价方法。文章还对国内相关研究的思路及其技术路线进行了探讨。     

我国三大水系环境微塑料污染现状及其表面微生物群落特征的研究进展

微塑料(microplastics,MPs)广泛存在于水生生态系统表层,可为水环境中微生物的富集提供独特的生态位,并对生态系统及人类健康造成潜在威胁。我国是塑料生产及使用大国,正面临着严重的塑料污染问题,我国水系的微塑料污染状况及其表面微生物群落的生态效应受到重点关注。本文总结了我国三大水系(长江、黄河、珠江)微塑料污染现状、微塑料表面微生物群落的分布特征及影响因素,最后对我国水环境中微塑料表面的微生物研究现状和未来发展提出总结与展望。     

微塑料对湖泊生态系统初级生产者的影响

塑料的广泛应用导致大量微塑料进入环境,尤其是水环境,从而产生环境风险。浮游植物等自养生物是湖泊系统的主要初级生产者,是湖泊食物链的关键组成部分,为食物链的上游提供能量和物质基础。同时,浮游植物也是对微塑料响应最敏感的类群。了解湖泊浮游植物等初级生产者对微塑料的响应是探究微塑料对湖泊生态系统功能影响的重要基础。总结了全球湖泊生态系统微塑料的丰度、类型、尺寸、来源等分布特征,系统分析了微塑料暴露对浮游植物等初级生产者细胞结构、基因表达和生长,以及对浮游植物叶绿素a含量、光合活性的影响,并总结了其中的影响机制。总体而言,微塑料会降低初级生产者的叶绿素a含量,剂量越高、尺寸越小,这种抑制作用越强烈;同时,微塑料也会作用于初级生产者,造成细胞膜损伤、DNA损伤,调控其相关功能基因表达,抑制其生长和光合活性等。然而,湖泊生态系统微塑料的实际检出浓度远低于室内暴露实验中的添加剂量,微塑料结构和组分也更为复杂,野外观测结果与室内培养实验之间还不能建立直接的对应关系。因此,未来的相关研究应集中在如何有效联系野外观测结果与室内培养实验结果,进一步聚焦建立可靠的、可应用推广的微塑料浓度与初级生产者之间的剂量-效应关系模型,探究微塑料对湖泊初级生产者的作用机制,为刻画微塑料对湖泊生态系统初级生产者及其功能的作用机制提供科学支撑。     

湖泊的水生态模型

由于城市化进程的不断加快,大量的污染物排放到湖泊中,打破了湖泊的生态平衡.湖泊的水生态模型不仅能够研究湖泊的富营养化现象,而且还可以模拟工业毒物等污染物对湖泊生态系统的影响,是湖泊管理的有力工具.本文从分析湖泊的污染现状以及污染趋势出发,介绍了湖泊水生态模型的研究现状,并根据模型的模拟对象和空间模拟能力对湖泊水生态模型进行了分类.在此基础上介绍了AQUATOX、PAMOLARE、CAEDYM、WASP、OOMAS等比较成熟的模拟湖泊生态系统的模型软件,阐述了它们的产生、发展、主要特点以及应用,总结了当今湖泊水生态模型在模拟过程中遇到的问题,并对水生态模型的发展趋势进行了展望.本文为湖泊水生态模型的选择提供了建议.     

海洋微塑料污染的生态效应研究进展

海洋微塑料污染已成为全球性环境问题。微塑料粒径小,易与海洋生物发生相互作用,可通过多种途径进入海洋生物体内,并在其组织和器官中蓄积和转移,对机体产生毒害。微塑料可沿食物链进行传递,威胁海洋生态系统的健康与稳定。因此,海洋生物与微塑料的相互作用以及海洋微塑料污染的生态效应成为当前研究的热点。综述微塑料的生物附着、生物摄入、对海洋生物的毒性效应及其与化学污染物的复合毒性效应研究的基础上,提出未来微塑料生态效应研究应重点关注我国海洋环境中微塑料的污染现状及生物摄入状况、微塑料的生物效应及其毒理学机制研究、微塑料与其他污染物的复合效应、以及微塑料在海洋生态系统中的作用及其生物地球化学行为等。     

河岸带土壤反硝化作用研究进展

反硝化作用是水生态系统脱氮和控制水体富营养化的重要过程,是氮循环的关键环节.该作用对去除陆地和水生生态系统中的硝酸盐、亚硝酸盐并将其以无反应氮气的形式重新输送到大气这一过程起着至关重要的作用.文章综述了土壤反硝化过程的关键微生物及其作用机制、土壤反硝化作用的主要影响因素及其作用规律以及反硝化作用的研究方法方面的研究进展...     

大洋性头足类胃和肠道中的微塑料——以秘鲁外海茎柔鱼为例

海洋动物摄入微塑料已得到广泛证实,但对于大洋性头足类动物仍存在较大空白.茎柔鱼是头足类商业捕捞中产量最高的物种,在东太平洋生态系统占主导地位.本研究以秘鲁外海茎柔鱼成体为对象,定量分析胃和肠道内微塑料的丰度与组成,并探究微塑料在组织和性别间的潜在差异.结果 表明:茎柔鱼雌、雄个体相同组织内存在相似的微塑料丰度与组成.组...     

粤港澳大湾区水生态修复及展望

水是生态系统物质循环和能量流动的重要纽带,水生态系统修复在区域生态系统修复中起到关键作用。粤港澳大湾区剧烈人类活动对江河湖库生态系统造成破坏和干扰,江河湖库污染严重,水生物减少,导致流域水生态服务功能退化甚至丧失;从生态修复科学内涵出发,判断湾区水生态系统健康状况已处于非生物控制跃迁阈值之下;针对该形势,从工程建设、水环境治理、空间规划和管理机制四个方面,梳理湾区近期开展的与水生态修复相关的水生态文明建设、水污染防治行动计划、水生态空间划定和推进河长制等工作,并对其中用到的技术、指标和制度进行条理;然后以茅洲河流域综合治理和广东万里碧道作为水生态修复的点、面代表,从水生态修复的整体目标、采用的技术措施、效果评价的指标体系和管理制度方法等方面分析当前的工作现状;总结湾区现状水生态修复工作,认为湾区水生态系统的非生物修复阶段基本结束;基于生态系统修复理论结合湾区江河湖库生态系统特点,提出适合湾区的水生态修复框架,讨论水生态系统修复面临的问题和未来工作的展望,为大湾区水生态修复提供直接依据。     

土壤生态系统微生物多样性-稳定性关系的思考

自20世纪50年代以来,生物多样性与生态系统稳定性的关系一直是生态学中重点讨论的理论问题之一.在当今人类活动对自然生态系统产生重大影响的情况下,全面理解生态系统多样性与稳定性的关系,有助于我们更好地应对环境变化和生物多样性丧失等生态问题.在陆地生态系统中,关注重点多集中在地上植物生态系统;而对地下生态系统,尤其是对微生物多样性与系统稳定性关系的研究尚重视不够.事实上,土壤微生物作为生命元素循环的驱动者,主导和参与地下生态系统中一系列重要生态过程,对土壤能否正常有序地执行各项生态功能至关重要.对土壤微生物多样性的研究,能使我们明确土壤中微生物对各种环境条件(包括自然和人为因素)变化的响应机制,更好地维持土壤生态系统的稳定性及其生态服务功能.本文在介绍土壤微生物多样性概念、研究方法、地下生态系统稳定性的基础上,重点讨论了土壤微生物多样性对土壤生态系统稳定性的影响,对多样性-稳定性关系在土壤微生物生态学中的应用进行了较为深入和全面的思考.作者提出,土壤微生物系统是一个动态变化的自组织系统,通过遗传来维持其组成和结构的相对稳定性,通过变异而适应外界干扰,共同构成土壤微生物系统的抵抗力(resistance)和恢复力(resilience),维护土壤生态系统的稳定性.今后土壤微生物多样性-稳定性关系的研究,需要注重地上与地下生态系统的结合与统一,借鉴宏观生态学理论来构建微生物生态学的理论框架,建立微生物多样性-稳定性关系的机理模型,从定性描述向定量表征方向发展.     

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。     

淡水生态系统对全球变化的响应:研究进展与展望

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。     

淡水生态系统水溶性有机碳对全球变化的响应研究进展

淡水生态系统水溶性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)是全球碳循环的重要组成部分,也是淡水生态系统异养生物物质和能量来源,其对全球变化的响应很大程度上影响着全球碳汇的大小和淡水生态系统结构和功能。过去对陆地生态系统碳循环的研究较多,而有关淡水生态系统碳循环,特别是淡水生态系统DOC在全球碳循环中的作用及其对气候变化的响应研究相对缺乏。本文综述了近年全球变化对淡水生态系统DOC的影响,以及淡水生态系统DOC对全球变化的反馈。指出了全球变化各因子对淡水生态系统DOC的影响存在交互作用,各因子的影响程度也会随时间、空间而变化。淡水生态系统DOC对全球变的反馈程度也存在时空变异,但该方面的研究十分有限,反馈机制不十分清楚。基于目前研究,本文提出今后值得深入研究的三个方面,即:(1)扩展研究区域和范围,了解DOC在不同区域淡水生态系统中的动态变化特征;(2)加强全球变化对淡水生态系统DOC的组成和结构特征影响的研究;(3)深入研究淡水生态系统DOC对全球变化的反馈程度和机制。     

水分条件变化对土壤微生物的影响及其响应机制研究进展

土壤微生物在维持陆地生态系统服务中扮演着重要的角色.土壤水分条件是影响微生物活性与生态系统功能的重要因素之一,全球气候变化所引起的极端干旱与降雨必将加速土壤水分的剧烈变化.由于不同土壤微生物对干旱胁迫的耐受性不同及其对水分变化的响应差异,使得土壤水分条件变化直接改变了土壤微生物活性与群落结构,进而对微生物介导的关键过程与土壤生态系统功能造成深刻的影响.因此,全面深入地理解水分条件变化下土壤微生物群落的结构变化特征与响应机制具有重要意义.本文在总结土壤水分条件变化对土壤微生物活性(土壤呼吸与酶活性)和微生物群落结构的影响的基础上,进一步阐述了土壤微生物对干旱胁迫与水分条件变化的响应机制和生态学策略,包括: 1)积累胞内溶质、产生胞外聚合物、进入休眠状态等应对干旱胁迫的细胞生理策略;2)微生物之间、微生物与植物之间相关抗逆性基因的转移及土壤微生物群落的功能冗余等应对水分变化的微生物机制.研究水分条件变化下土壤微生物群落结构及生态系统功能之间的内在联系,不仅有助于进一步剖析微生物介导的土壤生态过程,而且能够为今后陆地生态系统对气候变化的响应研究和模型预测提供理论依据.     

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.