土壤线虫对气候变化的响应研究进展

全球变化对陆地生态系统功能具有重要而深远的影响。陆地生态系统地下部分具有重要的生态功能,其组成及结构对气候变化的响应将进一步减缓或加剧全球化进程。土壤线虫在各类生态系统中分布十分广泛,是地下食物网的重要组分,在维持土壤生物多样性及营养物质循环过程中发挥重要作用,其组成及结构对不同气候变化驱动因子的响应机制与模式不尽相同。增温及降水格局变化主要是通过改变线虫生境而直接影响其种群密度与结构,两者通常表现为正效应且作用效果随处理时间的延长而增强。CO2与大气氮沉降主要是通过影响地上植被,凋落物质量,土壤理化性质等间接过程影响土壤线虫。同时,不同的全球变化因子之间存在着复杂的交互作用,深入理解这些因子之间交互作用对线虫群落的影响模式与机制对于探讨未来气候变化情景下生态统生物多样性及养分循环过程具有重要的理论指导意义。     

土壤生物对地上生物的反馈作用及其机制

长期以来对陆地生态系统的研究主要集中于地上部分。由于测度上的困难, 人们对地下部分(belowground)的认识还处于相当模糊的状态。当今的生态学家已经越来越强烈地认识到, 地上生态系统与地下生态系统存在着不可分割的相互联系。100多年来的研究表明, 作为地下生态系统最活跃部分的土壤生物, 是联结地上部分与地下部分物质循环和能量流动的纽带, 对地上部分的结构、功能及过程起着重要的反馈调控作用。土壤生物受资源的时空异质性、营养的可获得性以及非生物因素的选择性所驱动, 通过直接作用于根系, 或通过改变养分的矿化速率及其在土壤中的空间分布, 改变植物根际的激素状况以及土壤环境等间接作用方式, 对地上生物产生正、负反馈作用。因此, 从土壤生物和地上生物的相互作用过程、土壤生物功能群及土壤食物网等角度分析土壤生物反馈作用的时空尺度、生物组织形式、方式、模型、驱动因素及其机制, 能为理解地下生态学过程、维持生态系统稳定性以及制定生物多样性保护策略提供参考, 并有助于理解全球变化下陆地生态系统结构及功能的动态和响应过程。     

地下生态系统对生态恢复的影响

生态系统破坏与退化的加剧使生态恢复成为全球性的挑战课题,近年来生态恢复的研究已逐渐由地上向地下部分转移,地下部分对生态系统退化所起的作用、机理和过程已倍受关注。本文通过探讨恢复生态学的关键概念,从土壤、地下水循环、生物系统3个方面探讨了地下生态系统对生态恢复的作用机理和反馈机制。针对目前的研究现状,指出地下生态系统研究中存在的问题,并提出今后需要深入研究的几个方向:1)生态系统退化程度的诊断及其标准;2)基于诊断标准,针对不同退化生态系统类型选定恢复的目标植物群落,如何改善土壤性质,确定土壤性质的改善程度;确定地下水位及土壤含水量的阈值;如何有效选择、引入和接种土壤生物;3)生态系统地上和地下部分整合及恢复过程中监测指标的确定。     

植物功能性状对土壤保持的影响研究述评

植被对土壤保持具有重要的影响,但是从植物功能性状的角度总结评述植被对土壤保持影响的研究并不多见。总结评述了植物地上功能性状、地下功能性状对土壤保持功能的影响以及植物地上、地下功能性状的关系,认为:(1)植被地上部分功能性状对土壤保持的作用主要体现在对溅蚀、面蚀的影响及间接改变土壤理化性质等方面,其功能性状指标主要包括叶面积、叶长、叶宽、枝数、植被高度等;(2)植被地下部分功能性状对土壤保持的作用主要体现在固持土壤、提高土壤抗剪切强度、提高土壤抗侵蚀能力、增强土壤渗透性,植物根系固持土壤与根系抗拉能力密切相关,植物根系土壤的物理和水文性质,与细根比例、根长密度、根表面积等性状密切相关;(3)可以通过植物地上部分功能性状间接反映地下部分功能性状,但是现有研究多为定性认识;(4)在植物功能性状对土壤保持的研究中亟待加强植被地上地下功能性状的长期定位监测,深化植被功能性状尤其是根系特征与土壤保持的作用机理,加强植被地上部分、地下部分功能性状的定量表达,建立植被功能性状与土壤保持功能的定量关系,实现植被功能性状与土壤保持功能特征的动态链接。     

青藏高原高寒草甸植被和土壤对短期禁牧的响应

为探讨青藏高原高寒草甸对短期禁牧的响应,设置冬季自由放牧和短期(2年)禁牧的对比试验。采用随机样方法调查植被群落盖度,分析地上和地下生物量、根冠比、植被地上和地下部分以及表层(0-10cm)土壤全碳、全氮和全磷含量、生态化学计量以及营养元素的关联性。研究结果显示:1)短期禁牧显著改变高寒草甸植被盖度、地上生物量、根冠比、植被全磷含量和N∶P,以及土壤全磷含量。2)相关性分析表明,禁牧后土壤全碳含量与植被地上全碳含量呈显著相关性,自由放牧后土壤全碳和全氮含量分别与植被地下部分全碳和全氮含量呈显著相关性。结果表明,不同的草原管理措施(禁牧、放牧)会改变高寒草甸植被与土壤养分分配及其平衡关系,同时,植被与表层土壤主要养分含量之间的关联性仅存在于部分植物器官与部分营养元素之间。     

植被与土壤特征对青藏高原不同程度退化草地的响应

高寒草地作为青藏高原高寒生态系统的重要组分之一,其退化已严重影响到高原的可持续发展和草地恢复重建。搜集了2004—2022年间关于青藏高原高寒草地退化的64篇研究结果,包含土壤有机碳、生物量和多样性指数等16个指标的1403组数据,运用meta分析解析了草地退化对土壤理化性质、植被生产力和物种多样性的影响,并对重度退化草地的土壤理化性质和植物生物量进行线性回归分析。结果表明：随着草地退化的加剧,土壤有机碳、全氮、全磷、有效氮、有效磷、有效钾、土壤含水量、地上生物量、地下生物量和植被高度显著下降;土壤容重显著上升;土壤pH、全钾在各个退化阶段没有明显差异;Shannon多样性指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数整体呈下降趋势。土壤有机碳、全氮、全磷、有效氮、有效磷、有效钾和土壤含水量与地上生物量、地下生物量存在显著的正相关;土壤容重与地上生物量、地下生物量呈显著的负相关;土壤pH与地上生物量、地下生物量呈负相关。因此,青藏高原高寒草地退化通过改变土壤理化性质而改变地上群落多样性和生物量,为阐明植被与土壤特征对草地退化的响应机制以及高寒退化草地的恢复提供了科学依据。     

青藏高原高寒草地地下生物多样性: 进展、问题与展望

栖息于土壤中的微生物和微型动物种类繁多、数量巨大, 在对地上生物多样性的调控和在生态系统功能与服务的维系中, 具有举足轻重的作用。虽然对土壤微生物以及土壤动物已经开展了广泛的调查, 但是整体上对于地下生物多样性的分布格局、驱动机制及其对全球变化的响应与适应过程, 仍缺乏深刻的认识。青藏高原是全球变化的敏感区域, 其中高寒草地是高原最主要的植被类型, 占高原面积的60%左右, 在高寒生态系统生物多样性维持中具有重要意义。近年来, 已有大量研究关注于高寒草地地下生物多样性, 但是缺乏系统的总结与论述。基于此, 本文从细菌、真菌、古菌、线虫、节肢动物五大土壤生物类群出发, 阐述了青藏高原高寒草地的地下物种丰富度、分布格局及其影响因素, 重点探讨了它们对气候变化和人类活动的响应, 并就未来高寒草地地下生物多样性亟需关注的关键问题进行了展望, 包括: (1)地下各个生物类群的分布格局、各类群之间的联系及驱动机制; (2)地上与地下生物多样性耦联的机制; (3)地下生物多样性对生态系统功能和健康的影响; (4)地下生物多样性的调控实验研究。     

兰坪铅锌矿区植被恢复初期土壤种子库与地上植被关系的研究

尾矿废弃地是一种极端的生态系统,其植被恢复的研究将丰富传统的生态学理论。该研究通过野外植被调查与室内萌发实验相结合的方法,探讨了兰坪铅锌矿区植被恢复初期不同群落类型地上植被、土壤种子库及其相互关系。结果显示:（1）与对照群落（云南松林、高山栎灌丛）相比,尾矿区恢复期各群落（早熟禾人工草地、魁蒿群落、马桑灌丛）地上植被及土壤种子库的物种数、物种多样性均较低。（2）植被恢复时间较短的2个群落（魁蒿群落、人工草地）土壤种子库较地上植被物种多样性高。（3）尾矿区恢复期各群落地上植被及土壤种子库的优势种均主要由风播、种子繁殖的植物组成,菊科、禾本科占较大比例,这些植物在尾矿区植被恢复初期起重要作用。（4）尾矿区恢复期各群落土壤种子库与地上植被的物种相似性较高,各群落之间地上植被及土壤种子库的相似性则较低。研究表明,尾矿区恢复初期土壤种子库与地上植被紧密联系,群落改造方式、恢复时间对土壤种子库具有重要影响。     

中亚热带杉木人工幼林林下植被生物量对短期增温和隔离降雨交互作用的响应

通过在野外条件下设置对照(CT)、土壤增温(W,+5℃)、隔离降雨(P,隔离50%降雨量)以及增温与隔离降雨协同作用(WP) 4种处理,研究增温与隔离降雨及其交互作用对中亚热带杉木人工林林下植被生物量的影响,结果表明:增温和隔离降雨及其交互作用显著影响杉木人工林林下植被生物量。W和WP处理显著提高地上、地下和总生物量,其中W处理地上、地下和总生物量增加比例均高于WP处理;隔离降雨导致地下部分生物量显著减少;增温、隔离降雨及其交互作用均导致林下植被根冠比值下降。土壤温度升高是导致植被地上、地下和总生物量以及根冠比值变化的根本原因,而土壤溶液中可溶性碳氮及矿质元素浓度的变化可能是导致植被地上、地下和总生物量变化的直接原因。其中,Al³⁺、Fe³⁺、Ca²⁺浓度的降低可能是导致增温后杉木林林下植被地上、地下和总生物量显著增加的原因; Al³⁺、Na⁺浓度的增加可能是导致隔离降雨后林下植被地下部分生物量下降的原因。本研究从土壤溶液养分组成变化的角度,探讨增温、隔离降雨及其交互作用对中亚...     

苏干湖湿地植被地上生物量空间格局及其对水盐的响应

地上生物量是反映湿地植物群落数量特征和生产能力的重要因子,内陆盐沼湿地植被地上生物量空间分布格局及其水盐响应机制,对湿地生态水文学研究具有重要的理论意义。采用湿地群落学调查和支持向量回归模型（SVR）相结合的方法,将苏干湖湿地划分为山洪区、泉水区等5个分区,研究了植被地上生物量的空间异质及其影响因素。结果表明：支持向量回归模型在内陆盐沼湿地植被地上生物量反演方面具有较高的拟合精度;苏干湖不同区域湿地植物群落地上生物量空间格局呈现出复杂的空间分异规律,对地下水埋深和土壤全盐量的响应也存在明显差异：河洪区的植被地上生物量随地下水埋深、土壤全盐量的增加呈先增大后减小的趋势,湖水区的植被地上生物量与地下水埋深呈显著正相关关系,而土壤全盐量则相反,山洪区的植被地上生物量随地下水埋深的增加呈先增大后减小的趋势,泉水区的植被地上生物量随地下水埋深的增加逐渐减小,台地区的植被地上生物量与地下水埋深和土壤全盐量均无显著相关性。苏干湖湿地不同等级植被地上生物量在空间上呈现出多斑块组成的镶嵌体结构形态,体现了湿地植物应对土壤水盐等环境因子变化的生态适应机制。     

植物多样性对亚热带森林土壤微生物群落的影响

植物群落组成的改变能够直接或间接地影响土壤生态过程并调节参与这些过程的土壤生物,树种特性和多样性是影响土壤微生物多样性和群落结构的关键因素。本项目利用江西新岗山建立的中国亚热带森林生物多样性与生态系统功能(Biodiversity-Ecosystem Functioning Experiment China)BEF-China研究平台,观测了样方水平下不同多样性组成(单物种、2物种、4物种和8物种)对土壤微生物群落结构的影响。结果表明:在森林生态系统演替初期,植物多样性的改变对土壤微生物群落结构具有显著影响,在不同多样性水平处理下,微生物磷脂脂肪酸含量随着植物多样性的增加,表现出先升高后降低的趋势,但各类群微生物磷脂脂肪酸含量并未表现出对植物多样性的明显响应。其中,土壤和凋落物的理化指标能够分别解释微生物群落结构变异的28.4%和12.3%。森林生态系统较高的异质性和地下生态过程响应的滞后性,导致了土壤微生物对植物多样性组成的响应需要较长时间才能显现出来,因此,为了更好地评价地上生物多样性与生态系统功能的关联,应长期监测森林生态系统多样性组成对地下生态过程的影响。     

湿地土壤种子库与地上植被相似性关系研究评述

土壤种子库与地上植被的关系是土壤种子库研究的重要组成部分。当前,湿地生态系统面临严重威胁,研究湿地土壤种子库和地上植被关系既可以加强对土壤种子库和植物群落特征的认识,又可以为湿地保护与管理提供理论指导。检索了科学引文索引扩展版(SCIE)数据库中收录的1900—2012年间研究湿地土壤种子库与地上植被关系的文献,通过分析土壤种子库与地上植被的Srensen相似性系数,结果发现:不同湿地类型的土壤种子库和地上植被的相似性存在显著差异,河流湿地中两者的相似性最小;不同植被类型中土壤种子库与地上植被的相似性差异显著:草本群落的相似性大于乔木群落;不同气候带的湿地中两者的相似性也存在显著差异,其中亚热带地区相似性最小。总结了湿地种子库与地上植被相似性关系的时空变化特征。二者的相似性通常随着植物群落的演替而减小,在空间上也随着环境梯度而变化。分析了两者关系的影响因素,如种子传播、环境条件和繁殖策略等。对研究中存在的问题及发展方向提出建议。     

高原鼢鼠挖掘对植物生物量的效应及其反应格局

高原鼢鼠取食洞道处,在植物根系受损条件下,主要测定各类植物生物量变动的格局。原生植被样区,取食洞道回填土壤后,单子叶植物地上生物量显增加,双子叶植物地上生物量及地下总生物量显降低。植物地上总生物量与取食洞道的厚度密切相关。土厚厚度＜5cm的取食洞道,植物地上及地下生物量显下降,土层厚度＞10cm,植物地上及地下生物量无显变化。高原鼢鼠长期栖息植被退化的斑块地,在取食洞道区域,单子叶及双子叶植物地上生物量和地下总生物量均显降低。结果验证了本提出的地下啮齿动物对双子叶直根类植物的存活具有负效应,对单子叶须根类植物则产生正效应的假设。     

侵蚀退化地植被恢复过程中芒萁对土壤可溶性有机碳的影响

林下植被是生态系统的重要组分。通过对比分析红壤侵蚀区植被恢复过程中,林下有无芒萁覆盖地的土壤可溶性有机碳(DOC,Dissolved Organic Carbon)含量及其与地下根系生物量、地上植被淋溶液DOC含量的关系。结果表明:林下植被芒萁覆盖增加了地上叶片和地下根系生物量,土壤DOC含量及储量也显著增加(P0.05),芒萁覆盖对表层土壤(0—20cm)DOC的影响大于深层土壤(20—100cm)(P0.05);相关分析结果表明,林下芒萁覆盖地土壤DOC储量与细根生物量的垂直变化呈显著的正相关关系(P0.05),且随植被恢复年限的增加相关性显著增加,地下根系的垂直分布直接影响各土层DOC储量。不同植被恢复时期,林下芒萁覆盖地土壤DOC与鲜叶(马尾松+芒萁)和枯落物(马尾松+芒萁)淋溶液DOC均呈显著的正相关关系(P0.01),而林下裸露地土壤DOC仅与鲜叶(马尾松)淋溶液DOC呈显著的相关性(P0.01),林下芒萁覆盖地相对于裸露地枯落物淋溶液对土壤DOC储量的影响大于鲜叶。植被恢复过程中芒萁覆盖地土壤微生物生物量碳和微生物熵显著高于林下裸露地。因此,在植被恢复进程中,芒萁能够提供更多底物参与土壤物质与养分循环,对土壤DOC的贡献较大,为侵蚀区马尾松林恢复提供了重要的养分再吸收来源;同时芒萁覆盖增加了微生物活性,促进了微生物对土壤DOC的同化作用,提高了微生物碳源的利用率,对土壤有机碳的积累起着重要的作用。     

土壤生物与可持续农业研究进展

农业的可持续发展是人类文明持续繁荣的重要保障。从原始农业到工业化农业的发展历程,是"自然力"不断削弱,"人为调控力"不断加强的过程。新兴的可持续农业,则希望将人为调控和自然过程协调融合,建立近自然的高效的现代农业体系。但是,面对土壤生物极高的多样性、生物和非生物过程的复杂互作及其高度的时空异质性,基于还原论的传统科学研究方法探究地下生态系统的"自然过程"困难重重。人为管理措施对农田生态过程调控的针对性和调控效果受到极大限制。尽管如此,土壤生物在生态系统服务中的作用已在世界范围内得到空前重视。如何充分发挥土壤生物在可持续农业中的作用,已成为现代农业研究领域的重要突破口。简述了土壤生物与可持续农业研究的学科发展历史,总结了农业管理措施对土壤生物及土壤食物网特征的影响,突出了土壤生物群落在可持续农业模式中土壤结构改善、土壤肥力提高和化肥农药减施等方面的积极作用;最后探讨了当前的研究难点和未来的研究方向,并对如何充分发挥土壤生物在现代农业中的贡献进行了初步的思考。认为:土壤有机质,土壤结构和土壤食物网以及三者的内在联系是可持续农业研究的关键。土壤有机质管理是调控土壤结构、土壤食物网及生态系统生...     

白沟引河流域草本植被碳氮磷含量及化学计量学分析

以白沟引河流域的草本植被为研究对象,通过对不同土地利用类型(林地、农田、滩地)草本植被C、N、P含量及化学计量比的分析,探讨不同土地利用类型草本植被的养分利用特征和规律。结果表明:(1)滩地整株植被C含量和C:N比显著高于林地植被, N含量和N:P比显著低于林地植被;整株植被中C含量的差异主要在植被地上部分,滩地比林地植被地上部分高6.5%,而整株植被N含量差异在地上和地下两部分均有体现,滩地比林地植被地上和地下部分N含量分别低66.2%和58.0%。(2)三种土地利用类型植被N:P比均小于14,但滩地植被的地上和地下两部分的N:P比相差最小,差为0.68,植被内部最稳定,而农田和林地植被的地上和地下相差值分别为6.5和1.7。(3)三种土地利用类型中植被地上和地下之间的C、N、P含量均呈显著正相关(p<0.05),并且不同元素之间也具有相关性,即地上部分C与地下部分的N和P含量呈极显著负相关(p<0.01),地上N与地下C和P含量呈显著正相关(p<0.05)。三种土地利用类型草本植被养分的差异性和相关性表明,三种土地利用类型草本植被对养分的吸收具有均衡性,同时对养分...     

植物寄生对生态系统结构和功能的影响

寄生植物是生态系统中的特殊类群之一。植物寄生可以驱动生态系统中生物与非生物因子的变化,在生态系统结构与功能中起关键作用。寄生植物可以通过对寄主营养的集聚、改变凋落物的质量与数量、改变根的周转与分泌物格局、改变土壤水势,从而影响土壤理化特性。寄生植物会改变寄主的行为,改变寄主与非寄主植物之间的相互作用,从而影响植物群落的结构、多样性和动态,进而影响植被演替和植被生产力等。寄生植物与寄主均可被消费者取食,可直接或间接地影响生态系统的食草动物,包括草食昆虫等。寄生植物与寄主的其它寄生物存在竞争关系,可以直接或间接地影响寄主的其它寄生植物或病原真菌。寄生植物可以明显地改变土壤地球化学循环,将固有的不可动的成分转变为可利用的营养成分,改变土壤生物群落的结构与功能,从而显著影响地下生物群落。这些表明,植物寄生对生态系统的结构和功能有重要影响。针对特殊的被入侵的植物群落,该地寄生植物可以通过影响入侵植物寄主的生长、繁殖、生物量分配格局,改变土壤的理化特性,促进非寄主的非优势本地植物的生长,从而改变被入侵植物群落结构与多样性,达到生物防治及生态恢复的目的。     

金沙江干热河谷山地植被恢复区土壤种子库和地上植被研究

土壤种子库在植物种群动态中起着重要作用。土壤种子库可缓解种群的灭绝过程,保存群落中植物种的表现特征,是植被天然更新的物质基础。通过对金沙江干热河谷山地植被恢复区（包括水平阶、自然坡面、沟底）和未恢复区（包括放牧地）的土壤种子库和地上植被的组成、大小及多样性进行比较研究表明,植被恢复区土壤种子库和地上植被的密度、丰富度、多样性及均匀度均大于未恢复区。恢复区地上生物量要远大于未恢复区。水平阶和各类型间的土壤种子库密度与地上植被密度差异显著。土壤种子库中草本植物占很大比例。孔颖草和扭黄茅是土壤种子库和地上植被的两大优势种,两者的个体数量、重要值及生物量最大。土壤种子库和地上植被有较高的相似性,且随着恢复程度的加深,相似性有增高的趋势;土壤种子库密度和地上植被密度之间关系可以用二次和三次曲线拟合。     

喀斯特土壤固氮微生物群落与植被、土壤的关系

固氮微生物作为土壤中重要的功能微生物群之一,其与地上植物群落、土壤环境之间的关系尚不清楚。在桂西北的环江县、都安县和大化县选取喀斯特典型植被类型(草丛、灌丛、次生林)建立样方,通过植被调查、测定土壤理化性质和构建克隆文库的方法,研究了土壤固氮微生物群落的结构与组成,分析了固氮微生物群落与植物群落、土壤理化性质之间的关系。结果表明:研究区典型植被类型土壤中的优势固氮微生物为慢生根瘤菌。Mantel相关性分析表明植物群落与固氮微生物群落显著相关(r=0.6116,P=0.011);结合PCo A分析和Venn图可看出,植物群落组成与结构越相似,土壤固氮微生物群落结构与组成也越相似。CCA分析前两轴的解释率之和仅为22.72%,其中总氮、有效态钾、有效态钙对固氮微生物群落的影响显著,这表明本研究涵盖的土壤理化性质指标并不能完全解释固氮微生物群落的变异,需要补充更多的土壤数据进行更深入的研究。由此可见,在喀斯特生态恢复过程中,不仅要关注地上植被群落的恢复与重建,同时也应重视地下功能微生物群落的恢复与重建。     

丹江口水库消落带土壤种子库与地上植被和环境的关系

以丹江口水库消落带为研究区域,利用层次聚类法将海拔140～145 m区域内37个样地的土壤种子库分为6个组,比较不同组间的种子库物种组成、密度及多样性指数之间的差异;利用相似性指数分析土壤种子库与地上植被的差异;运用主成分分析和多元回归分析土壤种子库密度与地上植被、环境因素的关系.结果表明: 在丹江口水库消落带同海拔区域内,土壤种子库在物种组成上呈明显的异质性,不同组间的种子库密度、多样性指数均存在显著差异;土壤种子库与地上植被的差异较大,而且土壤种子库中的物种数明显少于地上植被中的物种数;土壤种子库密度与地上植被盖度、地上物种数和土壤质地呈显著正相关,而与田间持水量和土壤孔隙度呈显著负相关.