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.     

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。     

白三叶(Trifolium repens)入侵对城市草坪生态系统土壤动物的影响

土壤动物是土壤生态系统中十分活跃的生物类群之一,也是城市草坪生态系统的重要组成部分。由于外来植物白三叶入侵,草坪土壤动物可能受到直接或间接的影响,进而改变城市草坪生态系统功能及过程。研究白三叶入侵对城市草坪生态系统土壤动物的影响,可为进一步了解外来植物入侵机制及城市草坪的建植养护提供理论依据。采用野外调查的试验方法对4种不同入侵程度下城市草坪的土壤动物群落特征和土壤理化性质进行了研究。结果如下：4种不同入侵程度的草坪样地共捕获土壤动物30099只,隶属于19目43科,其中小杆科、线蚓科和跳虫科为优势类群;土壤动物个体数量和类群数量整体表现为中度入侵 > 轻度入侵 > 对照 > 重度入侵,符合中度干扰假说;土壤动物个体数量和类群数量的季节动态主要表现为夏秋较高,冬春较低。CCA分析显示,土壤理化因子中铵态N对土壤动物影响相对较小,可能与白三叶改善了草坪土壤的供N水平并使其不成为土壤动物分布的限制因子有关;同时,土壤理化因子对土壤动物优势类群影响较小,而主要影响常见和稀有类群。总体而言,一定程度的白三叶入侵增加了土壤动物群落的多样性,但当达到重度入侵时,白三叶形成单优群落,减少了植物多样性,进而使土壤动物可获得的生活资源减少,土壤动物群落多样性呈下降趋势;白三叶入侵后通过改变土壤理化性质,影响到土壤动物常见和稀有类群,并最终改变草坪土壤动物的群落结构。     

全球变化对土壤动物多样性的影响

陆地生态系统由地上和地下两部分组成,二者相互作用共同影响生态系统过程和功能.土壤动物在生物地球化学循环方面起着重要作用.随着人们对土壤动物在生态系统过程中重要性的认识,越来越多的研究表明全球变化对土壤动物多样性产生深刻影响.土地利用方式的改变、温度增加和降雨格局的改变能直接影响土壤动物多样性.CO2浓度和氮沉降的增加主要通过影响植物群落结构、组成和化学成分对土壤动物多样性产生间接影响.不同环境因子之间又能相互作用共同影响土壤动物多样性.了解全球变化背景下不同驱动因子及其交互作用对土壤动物多样性的影响,有助于更好地预测未来土壤动物多样性及相关生态学过程的变化.     

全球变化对土壤动物多样性的影

陆地生态系统由地上和地下两部分组成,二者相互作用共同影响生态系统过程和功能.土壤动物在生物地球化学循环方面起着重要作用.随着人们对土壤动物在生态系统过程中重要性的认识,越来越多的研究表明全球变化对土壤动物多样性产生深刻影响.土地利用方式的改变、温度增加和降雨格局的改变能直接影响土壤动物多样性.CO₂浓度和氮沉降的增加主要通过影响植物群落结构、组成和化学成分对土壤动物多样性产生间接影响.不同环境因子之间又能相互作用共同影响土壤动物多样性.了解全球变化背景下不同驱动因子及其交互作用对土壤动物多样性的影响,有助于更好地预测未来土壤动物多样性及相关生态学过程的变化.     

根际土壤动物及其对植物生长的影响

土壤动物是根际土壤生物的重要组成部分,对于营养物质的转化、储存和释放,土壤微生物的调节及土壤理化性质的改变都发挥着积极作用,最终影响地上植物生长及其生产力。本文综述了土壤动物在根际土壤生态系统中的作用、根际土壤动物与土壤微生物之间的关系、根际土壤动物对植物生长的影响等。就目前根际土壤动物及其对植物生长的影响研究中亟待解决的一些问题进行了探讨,并提出今后应加强研究的方向。     

土壤生态系统稳定性研究进展

土壤生态系统稳定性是指土壤生态系统对抗人为干扰和自然剧烈变化的能力,可以由抵抗力和恢复力两个方面来表征.土壤生态系统稳定性是土壤健康指标的核心之一,进行稳定性评价对于土壤健康评价尤其是人为污染和物理干扰后土壤的健康评价具有重要参考价值.与地上生态系统研究结论相似,土壤生态系统稳定性的评价,与所选择的干扰性质和土壤过程密切相关.国内外近年来土壤生态系统稳定性方面的研究进展,主要包括:土壤生态系统稳定性的概念,土壤生态系统稳定性的研究方法,土壤生态系统稳定性的影响因素,保持土壤生态系统稳定性的对策,并提出了问题与展望.     

互花米草入侵对土壤生态系统的影响

互花米草是全球海岸滩涂湿地生态系统最成功的入侵植物之一,对中国沿海湿地土壤生态系统也产生了重大影响.本文主要从入侵地土壤生态系统的结构组分(土壤微生物和土壤动物)与物质循环(土壤碳循环、氮循环、磷循环和重金属元素)两大方面,综述了近年来国内外互花米草入侵对沿海滩涂与河口地区土壤生态系统的影响.此外,本文还指出了未来互花米草的研究方向,包括加强互花米草对入侵地土壤微生物的影响的研究,整合互花米草对地上、地下资源竞争和生态过程影响的研究,以及互花米草在全球变化大背景下入侵动态预测.     

转Bt基因作物Bt毒素在土壤中的环境去向及其生态效应

综述了转Bt基因作物的Bt毒素在土壤中的环境去向及其生态效应的研究进展。重点阐述了：①Bt毒素与土壤表面活性颗粒结合及其与土壤理化性质的关系;②Bt毒素微生物利用与降解;③Bt毒素的杀虫活性;④后茬作物和土壤动物对Bt毒素的吸收与利用;⑤Bt毒素的垂直运移;⑥Bt毒素对土壤生物和生态过程的影响。转Bt基因作物的Bt毒素对土壤生态系统的影响急需在生态系统水平进行深入细致的长期定位研究。     

土壤动物群落研究进展

许多研究表明:土壤动物群落与土壤环境有密切关系,土壤动物的群落结构、功能在土壤生态系统中有不可替代的重要作用,是系统正常运行的关键环节,土壤动物逐渐成为生态学和土壤学领域研究的热点之一。本文介绍了我国土壤动物区系研究进展,从群落结构、群落功能和群落演替三个方面分析了国内外土壤动物群落在森林和农业生态系统中最新研究现状,内容包括土壤环境评价、凋落物分解、土壤健康的指示作用、与污染环境的关系等几个方面,最后从全球环境变化、土壤生态系统过程和土壤生物多样性保护等三个重要领域提出土壤动物群落研究展望和建议。     

Effects of historical legacies on soil nematode communities are mediated by contemporary environmental conditions

Both contemporary and historical factors are documented to be crucial in regulating species diversity and distribution. Soil fauna contribute substantially to global biodiversity and ecosystem functioning, while it is unclear whether and to what extent historical factors shape their diversity patterns. Here, we used soil nematodes as a model organism to test historical effects on soil fauna and to investigate the relative importance of climatic, soil, and historical factors. Based on nematode distribution data in 16 natural sites at a large scale (ranging from 22 to 40°N) in mainland China, we conducted elastic net regression model to test the effects of climatic (e.g., mean and seasonality of temperature/precipitation), soil (e.g., soil carbon, nitrogen, and pH), and historical (e.g., temperature/precipitation anomaly and the velocity of the change since the Last Glacial Maximum) variables on nematode genus richness and Shannon's diversity. Additionally, variation partitioning was used to determine the contribution of the three predictor sets to the explanation of both Jaccard and Bray–Curtis community dissimilarity. We found that climate generally explained more variations in both diversity and composition than soil and historical predictors in our samples. We also showed that although historical factors (e.g., temperature change velocity) were correlated with nematode diversity and composition, the pure effects of these historical factors were negligible. In other words, the historical effects were commonly represented by their interactions with current climatic and soil factors within our selected sites. Our results indicated that contemporary factors, especially climate, may outperform historical factors in regulating soil nematode diversity patterns at large scales.     

Challenges in upscaling laboratory studies to ecosystems in soil microbiology research

Soil microbiology has entered into the big data era, but the challenges in bridging laboratory-, field-, and model-based studies of ecosystem functions still remain. Indeed, the limitation of factors in laboratory experiments disregards interactions of a broad range of in situ environmental drivers leading to frequent contradictions between laboratory- and field-based studies, which may consequently mislead model development and projections. Upscaling soil microbiology research from laboratory to ecosystems represents one of the grand challenges facing environmental scientists, but with great potential to inform policymakers toward climate-smart and resource-efficient ecosystems. The upscaling is not only a scale problem, but also requires disentangling functional relationships and processes on each level. We point to three potential reasons for the gaps between laboratory- and field-based studies (i.e., spatiotemporal dynamics, sampling disturbances, and plant–soil–microbial feedbacks), and three key issues of caution when bridging observations and model predictions (i.e., across-scale effect, complex-process coupling, and multi-factor regulation). Field-based studies only cover a limited range of environmental variation that must be supplemented by laboratory and mesocosm manipulative studies when revealing the underlying mechanisms. The knowledge gaps in upscaling soil microbiology from laboratory to ecosystems should motivate interdisciplinary collaboration across experimental, observational, theoretic, and modeling research.     

城市化对土壤动物群落结构和多样性的影响

城市化进程加快带来的环境挑战正威胁着地球上的生物多样性。土壤动物是生物多样性的重要组成部分, 对维持土壤健康及城市生态系统稳定性具有重要意义。近年来, 城市土壤动物群落结构和多样性的研究已经取得了一定进展, 但是仍缺乏系统的总结和综述。基于此, 本文梳理归纳了国内外已有的相关文献, 总结了城市化影响土壤动物的主要途径, 并阐述了城市中不同体型大小的优势土壤动物类群对城市化的响应。本文建议未来应利用分子生物学手段深入解析城市土壤动物多样性, 明晰城市土壤食物网的结构与功能, 关注土壤动物群落的保护与恢复, 揭示城市土壤动物肠道微生物组特征, 并挖掘城市土壤动物抑制人类致病菌的潜力, 以期为城市生物多样性保护、生态系统稳定和人类健康维持提供相关科学依据。     

土壤水分时空变异及其与环境因子的关系

土壤水分的时空变异是指在一定的景观内,不同时间、地点和土层的土壤水分特征存在明显的差异性和多样性。土壤水分时空变异是由多重尺度上的土地利用（植被）、气象（降雨）、地形、土壤、人为活动等诸因子综合作用的结果,但就其某一具体地区而言存在着重点尺度和主控因子,土壤水分时空变异的重点尺度与主控因子的时空关系因时间、空间和尺度而异。本文综述了土壤水分（尤其是黄土高原地区）的时空变异与其环境因子时空关系的研究进展,并提出了广眨开展多重时空尺度上土壤水分的时空变异与其诸因素的时空关系,研究土壤水分时空变异性的尺度转换规律,确定重点尺度及其相应的主控因子。     

荒漠草原土壤动物与降雨关系研究现状

在全球性气候变化背景下,极端降雨事件频发,总结土壤动物多样性与降雨变化间的关系及其响应机制,有助于理解全球变化对土壤生态系统结构与功能的作用过程,对于探讨陆地生态系统应对全球变化具有重要科学意义。荒漠草原生态系统极度脆弱,对气候变化敏感,但是关于荒漠草原土壤动物与降雨变化间关系的研究报道比较少,严重制约了对荒漠草原生态系统的有效管理和可持续利用。本文从地上、地面和地下3个方面总结了土壤动物和降雨变化间的关系,并就荒漠草原土壤动物应对气候变化研究提出了一些建议。研究表明,降雨变化直接影响土壤动物群落结构;土壤动物对降雨变化反应强烈,不同动物类群产生了积极的响应规律;某些土壤动物类群对于降雨变化还具有重要指示作用。在荒漠草原生态系统中,今后需要从降雨变化对土壤动物产生的长期影响、土壤动物对降雨变化的适应方式和某些动物类群对土壤水分敏感性以及土壤动物与气候变化间的互为反馈关系等方面加强研究。     

旅游干扰对土壤生态系统的影响研究进展

为了解旅游对土壤生态环境的影响,综述了近40年来有关旅游干扰对土壤环境因子、植物、土壤动物和土壤微生物影响的研究进展。旅游干扰致使土壤紧实度、容重、pH、重金属含量升高,氮(N)、磷(P)、水分、有机质含量降低;旅游干扰导致地表植物的高度、盖度、多样性、丰富度、均匀度下降,伴人种植物增多;游客活动区土壤动物的种类、数量、密度均小于缓冲区和背景区,土壤线虫、节肢动物对旅游干扰比较敏感;旅游干扰使土壤酶活性、微生物丰度与多样性显著下降。旅游干扰对土壤生态系统的上述影响与游道、步道等游客活动中心地带的距离呈负相关。将来可构建旅游地生态数据库,从个体、细胞、分子等微观水平深入探讨旅游干扰对土壤生态系统的胁迫机理,发展旅游与环境的和谐共生关系,实现旅游业的可持续发展。     

城市化对土壤生态环境的影响研究进展

城市土壤是城市生态系统中最重要的组成部分之一,发挥着重要的生态系统服务功能。在全球快速城市化的背景下,城市土壤受到人类活动的强烈干扰,土壤物理、化学性质发生改变,土壤退化与污染日益加重。城市土壤退化导致土壤动物生态特征与行为模式发生变化,城市景观格局与土地利用类型的变化强烈影响了土壤动物的栖息地,为土壤动物的生存与生物多样性带来潜在威胁;另一方面,城市化过程改变了土壤微生物群落组成与功能特征。城市化直接影响了城市土壤维持植物生长、土壤自然消减能力以及碳储存功能等重要的生态系统服务功能。针对城市化过程对土壤生态环境产生的一系列影响,需要采用科学的管理方式,改善土壤理化性质,提高土壤环境质量,保护和恢复土壤生物多样性,从而增强城市土壤的生态系统服务功能。     

植被与水土流失关系研究进展

水土流失是世界性的环境问题之一,对人类社会可持续发展构成威胁,控制水土流失成为迫切需要,有许多水土流失控制措施,而生物措施尤其植被一直是人们研究的焦点.根据前人的研究,从斑块、坡面和流域/区域尺度总结了植被与水土流失的关系.斑块尺度植被对降雨和径流侵蚀能量具有很大的减弱或消除作用,可以改变植株底部的土壤性质,改善其结构,进而降低土壤可蚀性,增加入渗能力,从而减轻土壤侵蚀程度.不同植被类型、植被的不同层次结构,不同植被的形态结构具有不同的土壤侵蚀控制作用.坡面尺度主要从坡位、坡度、坡向对植被生长和分布格局的影响、对水土流失过程和格局的影响以及裸地-植被镶嵌格局、植被的条带格局对水土流失的影响和反映水土流失过程的景观格局指数的构建等方面进行了研究.更多是从植被恢复及其水土流失效应方面进行了探讨,为退化生态系统恢复和格局设计提供了极其有用的信息.流域/区域尺度植被与水土流失的关系更大程度上受到气候、地貌特征的影响,因此研究多从一定气候条件控制的土地覆盖（植被覆盖）及其格局的水土流失效应方面进行的.由于大尺度监测非常困难,研究多从遥感监测、GIS集成和模型模拟方面开展,是流域、区域等大尺度生态安全格局设计的有力支持.前人的研究为生态环境建设和保护提供了大量参考信息,但仍有一些问题需要进一步探讨,对此进行了初步的概括和归纳,希望能够对植被和水土流失关系的研究起到一定促进作用.