少花蒺藜草入侵对根际土壤磷细菌群落多样性的影响

[目的]入侵植物少花蒺藜草在磷元素受限的贫瘠沙质土壤中能够快速生长和种群扩张,形成单一优势群落。本文解析了少花蒺藜草在磷胁迫条件下对磷素的高效利用机制,以期为揭示其入侵机理提供理论依据。[方法]设置少花蒺藜草、冰草、狗尾草和空白对照4个处理,通过高通量测序技术,从土壤解磷微生物的角度分析各处理间土壤中解磷细菌的组成差异。[结果]少花蒺藜草入侵显著提高了土壤磷酸酶的活性和土壤解磷菌的群落多样性。PCA与UPGMA聚类结果表明,少花蒺藜草与狗尾草根际磷细菌物种组成相似性最大。LEfSe多级物种差异判别分析结果表明,少花蒺藜草根际显著富集且与其他处理有显著性差异的解磷菌类群为α-变形菌、链霉菌,其在少花蒺藜草对磷的吸收中可能起较为重要的作用。变形菌门、浮霉菌门和放线菌门与少花蒺藜草根际土壤中的全磷含量呈显著正相关,放线菌门与少花蒺藜草根际土速效磷含量有紧密联系。[结论]少花蒺藜草通过改变入侵地根际土壤的解磷菌群落结构间接影响根际土壤的磷素环境,从而利于自身生长。     

入侵植物少花蒺藜草种子异型性及种群维持策略

少花蒺藜草(Cenchrus pauciflorus Benth.)是科尔沁沙地入侵最为严重的杂草之一。以少花蒺藜草的异型性种子为对象,通过分析其生物学特征、萌发特性以及人工去除对P型种子萌发的影响,探究少花蒺藜草在科尔沁沙地的种子异型性和种群维持策略。结果表明,少花蒺藜草一个刺苞内有两粒或以上种子(以两个种子为多);同一刺苞内相对较大、外形似芒果的种子(M型种子)大于另一个相对较小、外形似李子的种子(P型种子),两异型种子在长、宽、高及百粒重上存在较大差异,P型种子各特征的变异系数均略高于M型种子;自然生境下,一个刺苞内萌发一粒种子(M型)的概率可达到93%,萌发2粒种子(M型、P型)的概率仅为7%,萌发3粒种子的概率为0;室内实验显示,同一刺苞内萌发一粒种子的概率为69.3%,萌发2粒种子的概率为22.2%,萌发3粒种子的概率为8.5%;野外早期去除少花蒺藜草植株地上部分对当年种群数量的影响不大,晚期去除会导致少花蒺藜草种群数量减少;室内去除刺苞内已萌发的M型种子的胚根和胚芽后,P型种子的萌发率仅为20.15%,P型种子可能对少花蒺藜草种群的维持起独特的作用,并受环境条件制约且有一...     

气候变化情景下少花蒺藜草在中国的分布区变化

少花蒺藜草(Cenchrus spinifex)是我国的入侵种植物之一,严重影响我国的畜牧养殖业和生态环境。为了预测未来气候变化情景下,少花蒺藜草的适生分布区变化,该研究基于MaxEnt模型,利用103个少花蒺藜草的地理分布数据和19个气候环境因子,分析预测在RCP 4.5、RCP 8.5两种未来气候变化情景下,2050s和2070s时段在我国范围内少花蒺藜草的适生分布区。结果表明：(1)少花蒺藜草的当前适生分布区占研究区域面积的4.00%,主要分布于内蒙古自治区、吉林省、辽宁省三省(区)接壤的东北地区。(2)未来少花蒺藜草的适生分布区面积有所增加,其中中等适生区所占面积扩张程度最大,达到38.26%。(3)年平均气温、温度季节性变化标准差、最湿季降水量是影响少花蒺藜草分布的主要气候因子。(4)未来少花蒺藜草的分布质心总体向西移动。综上认为,目前在中国范围内,少花蒺藜草的已入侵区域还远小于潜在可入侵区域,未来还可能向我国干旱半干旱区进一步扩散,为防止少花蒺藜草在我国北方地区大面积扩散带来的危害,未来需要重点关注对其的预防措施和入侵态势。该研究结果为我国防治入侵种植物提供重要的理论依据和...     

集约经营对毛竹林土壤碳氮库及酶活性的影响

为探明集约经营对毛竹林土壤碳库、氮库以及酶活性的影响,在浙江省临安市选取相邻的粗放经营毛竹林和集约经营毛竹林(经营年限为15年),测定表层(0～20 cm)与亚表层(20～40 cm)土壤不同形态碳氮和蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶和酸性磷酸酶的活性.结果表明: 长期集约经营显著降低毛竹林土壤有机碳含量和储量,表层和亚表层土壤有机碳储量分别下降13.2%和18.0%;集约经营15年后,毛竹林表层和亚表层土壤水溶性碳、热水溶性碳、微生物生物量碳和易氧化碳含量均显著降低;与粗放经营毛竹林相比,集约经营毛竹林表层和亚表层土壤氮储量分别增加50.8%和36.6%;集约经营显著增加毛竹林土壤硝态氮和铵态氮含量,显著降低土壤水溶性氮和微生物生物量氮含量;集约经营15年后,毛竹林表层土壤蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶和酸性磷酸酶活性均显著下降,亚表层土壤酸性磷酸酶活性显著下降,而其他酶活性均无显著变化.长期集约经营导致毛竹林土壤碳储量、活性碳库和微生物活性显著下降,在以后的经营过程中要注意化肥与有机肥配合使用,以保证毛竹林的可持续经营.     

外来植物入侵对土壤氮有效性的影响

外来植物入侵对土壤氮循环和氮有效性的影响是入侵成功或进一步加剧的重要原因。通过对比相同研究地点入侵区域和无入侵区域的土壤原位氮状态差异, 探讨了外来植物入侵对土壤氮有效性的影响程度和生理生态学机制。基于107篇相关研究文献数据的整合, 发现植物入侵区域相对于无入侵区域土壤总氮、铵态氮、硝态氮、无机氮、微生物生物量氮含量显著增加, 增幅分别为(50 ± 14)%、(60 ± 24)%、(470 ± 115)%、(69 ± 25)%、(54 ± 20)%。土壤硝态氮含量增幅较大反映硝化作用增强, 这可能增加入侵植物硝态氮利用以及喜硝植物的共存。温带地区植物入侵后土壤的硝态氮含量增幅显著高于亚热带地区。固氮植物入侵后土壤的总氮和无机氮含量增幅均显著高于非固氮植物入侵。木本和常绿植物入侵后土壤的总氮含量增幅分别高于草本和落叶植物入侵; 而土壤铵态氮含量的增幅没有显著差异且与固氮入侵植物占比无明显关系; 然而硝态氮含量的增幅普遍较高且与固氮入侵植物占比显著正相关。外来入侵植物固氮功能以及凋落物质量和数量是影响土壤氮矿化和硝化过程的关键因素。该研究为理解外来植物入侵成功和加剧的机制以及入侵植物功能性状与土壤氮动态之间的关系提供了新的见解。     

喜旱莲子草入侵群落土壤对植物生长的影响

分别以受喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)入侵和未受喜旱莲子草入侵的当地植物群落土壤为生长基质,比较不同基质上入侵植物喜旱莲子草和同属的土著植物莲子草(A.sessilis)的生长指标,探讨喜旱莲子草入侵群落土壤对喜旱莲子草及莲子草生长的影响机制。结果表明,喜旱莲子草入侵群落土壤抑制了莲子草的生长,显著降低了根生物量、茎生物量和总生物;改变了形态特征,显著降低了分枝数量、茎长度、根长、根体积;减少了对根的生物量分配,显著抑制了根质量比与根冠比。喜旱莲子草入侵群落土壤对入侵植物喜旱莲子草的生物量、分枝数量、茎长度、根长、根体积没有显著的抑制作用,而显著增加了其叶片数量和叶质量比。这种效应将有利于喜旱莲子草在入侵地形成单优群落,表明土壤在喜旱莲子草成功入侵中起了重要作用。     

几种除草剂对入侵生物少花蒺藜草的防治效果

【背景】2009~2012年辽宁省草原沙化治理工程在辽西北展开,以彰武县为重点治理地区。由于长期缺乏对草原毒害草的重视,少花蒺藜草在彰武县全县范围内扩散蔓延,并已发展到难以控制的局面,给草原生态环境带来极大影响。【方法】对精喹禾灵、烯禾啶、咪唑乙烟酸、烟嘧磺隆、乙草胺＋烟嘧磺隆、乙氧氟草醚、高效氟吡甲禾灵等几种除草剂（组合）进行筛选,并进行大面积示范,调查其防治效果。【结果】供试的7种药剂（组合）对少花蒺藜草均有一定的防除作用。其中,精喹禾灵和高效氟吡甲禾灵2种芳氧苯氧基丙酸酯类除草剂防除入侵生物少花蒺藜草效果最为理想,能够有效控制其生长和危害,施药15 d后防除效果分别可达到89%和79%。此外,药剂筛选试验结果还显示：咪唑乙烟酸、烟嘧磺隆和乙草胺＋烟嘧磺隆对少花蒺藜草也有较好的防治效果,施药19 d后防效基本达到80%以上;乙氧氟草醚最差,防治效果只有66%。【结论与意义】5%精喹禾灵乳油除草效果较好,虽然对试验区内的其他禾本科牧草有一定的杀害作用,但对区内的补播牧草草木樨、小叶锦鸡儿等未产生任何药害。这对草原补播改良区少花蒺藜草的综合治理有着积极意义。     

水陆生境和氮沉降对香菇草(Hydrocotyle vulgaris)入侵湿地植物群落的影响

大气氮沉降对湿地外来植物入侵的影响已成为生态学研究的热点之一。选用梭鱼草(Pontederia cordata)、水菖蒲(Acorus calamus)、黄花鸢尾(Iris wilsonii)和粉绿狐尾藻(Myriophyllum aquaticum)模拟湿地植物群落,设置有无香菇草入侵、水生和陆生生境(水位分别为15 cm和0 cm)及有无氮沉降处理(15 g N m~(-2)a(-1)和0)交叉组成的8种处理组合,进行为期70d的温室控制实验,以分析水陆生境及氮沉降对香菇草入侵湿地植物群落的影响。结果表明:(1)水生生境下,香菇草的总生物量、叶生物量、叶片数和节点数与陆生生境相比显著降低;水生生境下氮沉降处理对香菇草各指标无显著影响,陆生生境下氮沉降处理的香菇草叶片数、节点数显著多于无氮沉降处理。(2)实验周期内氮沉降和香菇草入侵没有对群落的多样性指数及群落内4种湿地植物的生物量产生显著影响;水生生境下植物群落的总生物量及梭鱼草和粉绿狐尾藻的生物量与陆生生境相比显著提高。(3)水生生境下香菇草的相对优势度相比陆生生境下显著下降;氮沉降只在陆生生境下显著提高了香菇草的相对优势度。因此,香菇草向水生生境扩散和入侵的能力不强,其入侵在短时间内对湿地植物群落影响较小。研究结果可以为入侵植物生态学研究提供案例借鉴。     

西南地区草地群落灌木植物盖度对生态系统碳库的影响

中国西南地区草地主要为暖性及热性草丛、灌草丛, 约占全国草地面积的1/10, 分析灌木植物盖度与草地碳库及其构成的关系对于准确评估尚处于次生演替阶段的南方草地碳储量具有重要意义。该研究基于野外实地调查, 将西南地区不同地貌类型的41个代表性草地样地依据灌木植物盖度划分为3种类型: 无灌木植物草地群落(灌木植物盖度为0)、低灌木植物盖度草地群落(灌木植物盖度0-10%)和高灌木植物盖度草地群落(灌木植物盖度10%-30%), 测定了群落地上、地下生物量和凋落物生物量以及植物和土壤碳含量, 计算碳密度。结果表明: 随着草地群落灌木植物盖度增大, 生态系统植被碳密度从0.304 kg·m ^-2增加到1.574 kg·m ^-2, 其中根系和凋落物碳库也呈增长趋势; 土壤碳密度从7.215 kg·m ^-2增加到9.735 kg·m ^-2, 生态系统碳密度从7.519 kg·m ^-2增加到11.309 kg·m ^-2。草地碳库构成中, 低灌木植物盖度草地群落的土壤碳库占生态系统碳库比例最小。草地群落灌木植物盖度增加改变了草地生态系统碳库构成并导致生态系统碳库增加, 建议在估算草地生态系统碳库时, 需要统筹考虑并兼顾南方地区草地群落灌木植物盖度变化。     

外来植物入侵对土壤氮有效性的影响北大核心CSCD

外来植物入侵对土壤氮循环和氮有效性的影响是入侵成功或进一步加剧的重要原因。通过对比相同研究地点入侵区域和无入侵区域的土壤原位氮状态差异,探讨了外来植物入侵对土壤氮有效性的影响程度和生理生态学机制。基于107篇相关研究文献数据的整合,发现植物入侵区域相对于无入侵区域土壤总氮、铵态氮、硝态氮、无机氮、微生物生物量氮含量显著增加,增幅分别为(50±14)%、(60±24)%、(470±115)%、(69±25)%、(54±20)%。土壤硝态氮含量增幅较大反映硝化作用增强,这可能增加入侵植物硝态氮利用以及喜硝植物的共存。温带地区植物入侵后土壤的硝态氮含量增幅显著高于亚热带地区。固氮植物入侵后土壤的总氮和无机氮含量增幅均显著高于非固氮植物入侵。木本和常绿植物入侵后土壤的总氮含量增幅分别高于草本和落叶植物入侵;而土壤铵态氮含量的增幅没有显著差异且与固氮入侵植物占比无明显关系;然而硝态氮含量的增幅普遍较高且与固氮入侵植物占比显著正相关。外来入侵植物固氮功能以及凋落物质量和数量是影响土壤氮矿化和硝化过程的关键因素。该研究为理解外来植物入侵成功和加剧的机制以及入侵植物功能性状与土壤氮动态之间的关系提供了新的见解。     

弄岗北热带喀斯特季节性雨林15hm~2样地木本植物萌生特征

萌生更新是种子植物更新策略的重要组成部分,对于维持森林群落的稳定性起着重要的作用。本研究以弄岗北热带喀斯特季节性雨林15 hm2动态监测样地第1次普查数据中萌枝(根萌和枝萌)数据为研究对象,采用Torus-translation检验法分析了萌生能力在不同生境类型中的差异性,及其与不同环境因子的关联性。结果表明:样地中有190个物种具有萌生现象,平均每公顷1831株萌生个体;不同生境类型间萌生能力差异明显,总体表现为山顶周围萌生能力较强,山坡周围萌生能力较弱,此外萌生能力的生境关联性还与萌枝的径级大小有关;萌生能力与海拔、凹凸度、坡度和坡向的余弦值呈显著正相关,而与个体胸高断面积之和呈显著负相关。喀斯特季节性雨林中萌生更新较为普遍,其分布格局与环境因子间存在一定关联。为了深入揭示萌生更新格局形成的潜在生态学过程和维持机制,长期动态监测尤为必要。     

根际细菌在长刺蒺藜草氮素利用中的作用

【目的】入侵植物长刺蒺藜草在贫瘠土壤中能够快速生长和扩张,形成单一优势群落。本研究分析长刺蒺藜草入侵对土壤氮循环及相关微生物群落的影响,以期为揭示其入侵的微生态学机理提供理论依据。【方法】利用16S rRNA和nifH基因扩增子高通量测序技术分析长刺蒺藜草、披碱草、冰草、狗尾草根际土壤细菌及固氮菌群落结构和功能的差异。【结果】长刺蒺藜草入侵显著增加了土壤全氮和硝态氮含量,显著降低了水溶性氮和铵态氮的含量。根际土壤高通量分析结果表明:芽孢杆菌、蓝细菌、念珠藻、鱼腥藻、厚壁菌门在长刺蒺藜草固氮菌群落中有明显富集;长刺蒺藜草可能通过增加变形菌门的相对丰度,降低蓝细菌和厚壁菌门的相对丰度来提高其固氮能力,促进对氮素的吸收利用;硝化螺旋菌属和阿菲波菌属在长刺蒺藜草对氮素的利用过程中影响较小。【结论】长刺蒺藜草通过改变入侵地根际土壤细菌和固氮菌的群落结构,影响根际土壤的氮素环境,以利于自身生长。     

添加氮素对沙质草地土壤氮素有效性的影响

通过氮素添加(20g.m-2.a-1)试验,研究了科尔沁沙地东南部沙质草地生态系统土壤氮矿化及有效氮的季节变化。对2006年生长季的观测发现,添加氮素显著提高了沙质草地生长季土壤铵态氮、硝态氮、矿质氮的含量以及9月1日至10月15日的净氮矿化速率与硝化速率;添加氮素导致土壤有效氮的季节变异增大,净氮矿化(1.29～11.60mg.kg-1.30d-1)与硝化(-4.15～11.20mg.kg-1.30d-1)速率随时间呈上升趋势,铵态氮含量逐渐降低,硝态氮与矿质氮(6.49～20.66mg.kg-1)含量的变化呈"V"型,最小值出现在生物量生长高峰期的7月中旬。该沙质草地土壤氮的有效性较低,施氮肥可明显提高土壤供氮能力。     

牧鸡密度与取样时间对沙质草地土壤氮素有效性的影响

以科尔沁沙质草地为对象,设置5个牧鸡密度D1(10羽·200 m-2)、D2(10羽·400 m-2)、D3(10羽·600 m-2)、D4(10羽·800 m-2)、CK(0羽·200 m-2),研究牧鸡密度与取样时间对土壤无机氮、氮矿化与硝化、微生物生物量等的影响.结果表明:与对照相比,高牧鸡密度(D1、D2)显著增加了8月、10月土壤潜在净氮矿化、硝化速率,而低牧鸡密度(D3、D4)对土壤潜在净氮矿化、硝化速率的影响均不显著;牧鸡显著提高了土壤硝态氮含量、土壤潜在净氮矿化、硝化速率,对土壤铵态氮含量影响不显著;土壤无机氮含量、潜在净氮矿化、硝化速率对取样时间的响应均达到显著水平,对牧鸡密度与取样时间交互作用的响应不显著.牧鸡对土壤微生物生物量碳、氮及微生物生物量碳/氮的影响均不显著.研究认为,牧鸡可以增加土壤的供氮能力,且随牧鸡密度的增加呈上升趋势,最适牧鸡密度为250 ～500羽·hm-2.     

水位和施氮对若尔盖高寒湿地土壤非共生固氮的影响

高寒湿地中土壤微生物固氮是氮元素进入生态系统的主要途径之一,环境因子变化对土壤固氮功能的影响仍不明晰。在四川若尔盖高寒湿地搭建了由27个生态模拟箱组成的中宇宙实验系统,通过控制水位和模拟氮沉降,研究水位变化和施氮对土壤非共生固氮的影响。实验设计了3水位水平×3施氮水平共9个处理,测定了生态模拟箱中表层土壤的非共生固氮速率,土壤碳、氮含量,以及地上植物生物量和植物氮含量,比较不同水位和施氮处理下非共生固氮速率的变化规律并分析其与土壤和植物碳、氮含量的关系。研究发现：生态模拟箱中土壤非共生固氮速率范围是0.003-7.35 μg N g^-1 d^-1,从不淹水到淹水的处理土壤非共生固氮速率提高约2倍。施氮处理中固氮速率随土壤含水量升高而增强的敏感性高于施氮对照处理,且施氮处理下的生态模拟箱中土壤有机碳含量显著升高,据此推测施氮可能使淹水的生态模拟箱中的浮游植物提高生产力而释放可利用有机碳,从而间接促进土壤非共生固氮。本研究获得以下结论：（1）若尔盖高寒湿地中土壤水位是限制固氮速率的重要因子;（2）施氮背景下土壤含水量对非共生固氮的促进效应更明显。     

古尔班通古特沙漠生物土壤结皮对土壤氮库垂直分布特征的影响

生物土壤结皮在干旱区氮素地球化学循环中具有重要作用,研究不同生物土壤结皮下不同形态氮素含量的变化,解析生物土壤结皮对土壤养分影响过程和范围,有助于进一步理解生物土壤结皮的生态功能。本研究以古尔班通古特沙漠藻-地衣混生结皮和藓类结皮两种生物土壤结皮为研究对象,以裸沙为对照,测定生物土壤结皮层和0—100 cm内8个土层全氮、无机氮、可溶性有机氮、游离态氨基酸氮、微生物生物量氮等氮库含量,和土壤脲酶、硝酸盐还原态酶、亮氨酸氨基肽酶等土壤胞外酶活性。结果表明：1)结皮层各形态氮素含量和各土壤酶活性显著高于其下层土壤,结皮层和结皮下各层土壤氮库整体上表现为藓类结皮>藻-地衣混生结皮>裸沙;土壤氮库各形态氮素含量和土壤酶活性在垂直分布上均呈现先显著下降(0—20 cm)后稳定(20—100 cm)的趋势;在20—30 cm土层,除裸沙的无机氮、铵态氮以及藻-地衣混生结皮的硝态氮外,其余速效氮(无机氮、硝态氮、铵态氮)含量具有增加的特点。2)土壤各氮库含量与全磷、有机碳、电导率、土壤脲酶和亮氨酸氨基肽酶活性呈正相关,与pH、土壤含水率呈负相关。3)利用氮循环相关指标建立土壤氮循环多功能...     

氮添加对沙质草地微生物呼吸与根系呼吸的影响

土壤呼吸可以细化为根系呼吸和微生物呼吸,二者对氮添加的响应有所不同.本文以科尔沁沙质草地为研究对象,探讨氮添加对土壤CO₂排放的影响,并细化为微生物呼吸和根系呼吸的响应特征.结果表明: 在观测期(5—10月),土壤呼吸、微生物呼吸月动态均呈先升高后降低的趋势;微生物呼吸是土壤呼吸的主要贡献者,占82.6%;观测期内根系呼吸贡献率随月份而变化,根系呼吸贡献率两个峰值分别出现在5月(占49.4%)和8月(占41.9%),6个月的平均贡献率为17.4%;在10 ℃条件下,根系呼吸较微生物呼吸对氮添加的响应更为敏感,微生物呼吸速率在氮添加后降低了3.9%,而根系呼吸降低了17.7%;氮添加提高了土壤呼吸、微生物呼吸温度敏感性Q₁₀值,也提高了二者对土壤水分变化的敏感程度.     

长期氮添加对草甸草原生态系统氮库的影响

大气氮沉降增加深刻影响生态系统物种多样性、生产力及其稳定性,研究草原生态系统N库如何响应不断增加的大气氮沉降至关重要.本研究在内蒙古额尔古纳草甸草原开展刈割和不同水平外源氮添加试验,设置6个氮添加水平:0、2、5、10、20和50 g·m-2·a-1,同时设置刈割处理,分为刈割和不刈割2个水平.在连续处理的第7年,采集...