环境DNA技术在地下生态学中的应用

地下生态过程是生态系统结构、功能和过程研究中最不确定的因素。由于技术和方法的限制,作为"黑箱"的地下生态系统已经成为限制生态学发展的瓶颈,也是未来生态学发展的主要方向。环境DNA技术,是指从土壤等环境样品中直接提取DNA片段,然后通过DNA测序技术来定性或定量化目标生物,以确定目标生物在生态系统中的分布及功能特征。环境DNA技术已成功用于地下生态过程的研究。目前,环境DNA技术在土壤微生物多样性及其功能方面的研究相对成熟,克服了土壤微生物研究中不能培养的问题,可以有效地分析土壤微生物的群落组成、多样性及空间分布,尤其是宏基因组学技术的发展,使得微生物生态功能方面的研究成为可能;而且,环境DNA技术已经在土壤动物生态学的研究中得到了初步应用,可快速分析土壤动物的多样性及其分布特征,更有效地鉴定出未知的或稀少的物种,鉴定土壤动物类群的幅度较宽;部分研究者通过提取分析土壤中DNA片段信息对生态系统植物多样性及植物分类进行了研究,其结果比传统的植物分类及物种多样性测定更精确,改变了以往对植物群落物种多样性模式的理解。同时,环境DNA技术克服传统根系研究方法中需要洗根、分根、只能测定单物种根系的局限,降低根系研究中细根区分的误差,并探索性地用于细根生物量的研究。主要综述了基于环境DNA技术的分子生物学方法在土壤微生物多样性及功能、土壤动物多样性、地下植物多样性及根系生态等地下生态过程研究中的应用进展。环境DNA技术对于以土壤微生物、土壤动物及地下植物根系为主体的地下生态学过程的研究具有革命性意义,并展现出良好的应用前景。可以预期,分子生物学技术与传统的生态学研究相结合将成为未来地下生态学研究的一个发展趋势。     

2001-2009年中国碳排放与碳足迹时空格局

碳排放引发的全球变暖给自然环境及人类社会都带来了显著影响,而碳足迹可以衡量自然生态系统对人类活动碳排放的响应。为研究自然-社会二元系统碳动态,基于MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)数据和统计资料计算2001—2009年中国陆地植被净初级生产力、能源消费碳排放、碳足迹和碳赤字;在GIS(Geographic Information System)技术支持下,运用空间自相关分析方法讨论其时空格局;据此划分生态经济区。结果表明:(1)2001—2009年全国植被净初级生产力(Net Primary Production,NPP)平均值为3.32 Pg C/a(1 Pg=1015g),呈西南地区东南沿海华中、华东地区东北、华北地区西北地区的空间格局;(2)2001—2009年全国能源消费碳排放逐年增加,年均增长率16.7%,多年平均值2.53 Pg C/a,呈东部中部西部的空间格局;(3)2001—2009年全国碳足迹逐年增加,年均增长率14.7%,多年平均值6.98×106km2;具有正碳赤字(即碳源)的省份为山西、环渤海地区各省、长三角地区各省、广东;相邻省份碳赤字的相对大小由于互相影响而改变;(4)全国分为中东部、南部、北部、西部四个生态经济大区。研究结果直观揭示了中国碳排放和碳足迹的时空动态,为实现自然-社会二元系统的可持续发展提供科学依据。     

青弋江流域大型底栖动物群落结构及水质评价

研究河流大型底栖动物群落结构特征及水环境质量对水生态的保护与修复具有重要意义。以青弋江流域为研究对象,于2020年9月进行了大型底栖动物及水体理化因子的调查,采用相对重要性指数、生物多样性指数及Jaccard相似性系数分析了大型底栖动物群落结构特征,运用丰度/生物量比较曲线法及冗余分析法探究了底栖动物群落受到的干扰程度及其主要影响环境因子,最后利用水生态环境质量综合指数对河流水质进行评价。研究结果表明：(1)共采集鉴定大型底栖动物61种,隶属于3门6纲17目,平均丰度为265.9个/m~2,平均生物量41.6 g/m~2。相对重要性指数分析显示,日本沼虾(Macrobrachium nipponensis)、中国圆田螺(Cipangopaludina chinensis)、羽摇蚊(Chironomus plumosus)及扁蜉(Ecdyrus)为群落中的主要优势种。(2)由群落相似性分析知,Jaccard相似性系数较低,调查点位之间存在较强的空间异质性。(3)冗余分析表明,电导率、氨氮浓度及流速是影响底栖动物群落结构的主要环境因子。(4)生物指数分析结果显示该流域水质为轻度污染或中度污...     

Hg2+对南极冰藻Chlorophyceae L-4生长和抗氧化系统的影响及藻体富集Hg2+的规律

南极冰藻Chlorophyceae L-4是南极生态系统重要的初级生产力和组成部分,其长期生长在极地环境中,有着特殊的生理机制。在生存环境和生长条件发生变化时,冰藻的膜脂系统和蛋白含量都会发生变化,而在受到重金属胁迫时,冰藻的超微结构也会发生明显变化。【目的】研究Chlorophyceae L-4在重金属离子Hg2+胁迫条件下的状态和Hg2+富集以及对其抗氧化系统的影响,为南极环境监测提供依据。【方法】绘制南极冰藻细胞在重金属离子Hg2+不同浓度胁迫条件下的生长曲线,观察其超微结构;测定丙二醛含量和SOD酶活性变化;ICP-MS法研究藻体富集Hg2+规律。【结果】Hg2+在低浓度时(≤100μg/L),细胞个数较正常条件明显偏少;在高浓度时(≥250μg/L),出现细胞死亡。丙二醛含量随Hg2+浓度升高而升高,SOD酶活性则先增强再减弱。藻体富集Hg2+在1 h达到峰值,而在Hg2+浓度持续升高时,富集量轻微降低。【结论】Hg2+离子对冰藻生长有抑制毒害作用;对Chlorophyceae L-4抗氧化系统有明显不利影响;L-4富集Hg2+在1 h内饱和,Hg2+过高时,富集量稍微降低。     

有机磷农药对土壤动物群落结构的影响研究

本文研究了有机磷农药废水灌溉对土壤动物群落结构的影响,并探讨了影响机理,结果表明,土壤动物种类和数量随着农药影响程度的增加而减少,在农药污染影响严重的１、２区,计有土壤动物２１类和２２类,动物平均密度为２８５７１个／ｍ＾２和５１２６９个／ｍ＾２,受中度和轻蔗污染影响的３、４区分别有３５类和４７类,平均密度为５９２８５个／ｍ＾２,１５６５８７个／ｍ＾２。污染区土壤动物种类的减少主要由于常见类群和稀有     

深圳福田红树林区底栖大型动物群落的空间分带及灌污的可能影响

本文自１９９１年４月至１９９３年１月对深圳福田红树林中底栖大型动物的空间分带及灌污的可能影响进行了研究。结果表明,该红树林湿地中主要出现的底栖动物为拟沼螺科,黑螺科,汇螺科,沙蟹科,方蟹科和弹涂鱼科种类。红树区内底栖动物从高潮位到低潮位可分为３个群落分布带：亮泽拟沼螺带;拟黑螺－褶痕相手蟹带;弧边招潮－印尼拟蟹守螺－刻纹拟沼螺带。群落的分带可能主要由潮位线,食物适应性及底质结构因素决定。林前泥滩底栖动物种类多样性最大,生物量最高。林内动物群落则表现出低种类多样性,高种群个体数的特点。群落总栖息密度的变化基本上由软体动物所主导。生活污水排灌对红树林中底栖大型动物的影响不明显,仅在排污口端引起少数污水动物种类的出现及群落总生物量轻微的升高。     

外源多胺对铜胁迫下水鳖叶片多胺代谢、抗氧化系统和矿质营养元素的影响

采用营养液水培的方法,研究了外源亚精胺(Spd)和精胺(Spm)对Cu胁迫下水鳖叶片3种形态多胺(PAs)、抗氧化系统及营养元素的影响。结果表明:(1)Cu胁迫使水鳖叶片腐胺(Put)急剧积累,Spd和Spm明显下降,从而使(Spd+Spm)/Put比值也随之下降。外源Spd和Spm显著或极显著逆转Cu诱导的PAs变化,抑制Put的积累,缓解Spd和Spm的下降,从而提高了(Spd+Spm)/Put比值。(2)外源Spd和Spm抑制了Cu胁迫诱导的多胺氧化酶(PAO)的增加,缓解了二胺氧化酶(DAO)的下降。(3)与单一Cu胁迫相比,Spd和Spm显著或极显著提高了超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性和抗坏血酸(AsA)、谷胱甘肽(GSH)、游离脯氨酸(Pro)含量,从而降低了超氧阴离子(O2.-)产生速率和过氧化氢(H2O2)含量,极显著降低了丙二醛(MDA)含量,缓解了Cu诱导的氧化胁迫。(4)外源Spd和Spm显著或极显著缓解了Cu胁迫下矿质营养元素吸收平衡的紊乱。以上结果均说明了外施Spd和Spm可增加水鳖对Cu胁迫的耐受性。     

择伐对动物多样性的影响

择伐是生态林业持续利用的一种途径 ,即以达到在经济上是可持续的 ,保持稳定的木材产量 ,同时保护生物多样性。择伐对动物多样性的影响成为生物多样性保护和生态林业持续性研究的一个焦点。择伐因不同地区和不同森林类型以及择伐木的树种、大小、生长状况、分布格局、择伐的强度等不同 ,对不同动物类群的影响可能不同。大多数研究认为 ,在采伐迹地中 ,分布范围广或广适应种的物种多样性或丰富度将增加 ,而适应于原始林的专化种或狭生种的物种多样性或丰富度将下降。在自然干扰频繁的地区 ,择伐对动物多样性影响相对较小。在热带原始林 ,动物多样性受择伐影响大 ,而在温带森林 ,动物多样性受影响小。轻度的择伐对动物多样性影响小 ,因而与生物多样性保护相协调。采伐时 ,动物的食物树种、枯死木和为动物提供洞穴的树应得到保护。大多数研究仅比较了择伐对动物多样性的影响 ,而对择伐对动物多样性影响的生态学机制探讨较少。我国这方面开展的研究较少。未来的研究重点包括了解择伐对动物多样性影响的生态学机理、择伐对动物遗传多样性、生态系统过程、非指示类群的影响以及枯死木的生态功能。     

水位调控措施治理互花米草对大型底栖动物群落的影响

采用物理控制措施治理崇明东滩自然保护区外来入侵植物互花米草(Spartina alterniflora)的蔓延和扩散,对保护该地区的生物多样性具有重要的意义.研究跟踪了崇明东滩治理互花米草示范样地内水位调控措施对大型底栖动物群落的影响.结果显示,潮间带大型底栖动物的密度和生物量具有显著的季节性波动,实施持续水位调控措施样地中大型底栖动物的密度、生物量和丰富度指数均显著低于同时期对照样地.破堤排水后的恢复样地中,随着恢复时间延长,大型底栖动物密度、生物量和丰富度指数均有不同程度的恢复.应用DCA排序方法有助于进一步分析大型底栖动物群落与水位调控措施强度之间的相互关系.研究结果表明,水位调控措施会对盐沼植被中大型底栖动物的密度、生物量和多样性产生负面影响,但这种影响在治理互花米草水位调控措施结束后可逐渐自然恢复.     

象山港不同养殖类型海域大型底栖动物群落比较研究

于2009年2月在象山港顶部海域分别对海带、牡蛎和鱼类网箱3种不同养殖区进行了大型底栖动物调查。调查共鉴定大型底栖动物73种,隶属8门12纲53科,以软体动物和环节动物为主。海带养殖区优势种有5种;牡蛎养殖区有4种;网箱养殖区有9种。海带、牡蛎和网箱养殖区大型底栖动物平均栖息密度分别为(132±71)个/m²、(94±91)个/m²和(210±132)个/m²;平均生物量分别为(26.51±11.06) g/m²、(53.03±61.94) g/m²和(108.80±73.56) g/m²。栖息密度和生物量不同养殖区和不同调查站位间差异显著。Tukey多重比较结果显示,栖息密度海带养殖区与牡蛎和网箱养殖区间均无显著差异,而牡蛎与鱼类网箱养殖区间存在显著差异;生物量海带养殖区与牡蛎养殖区间无显著差异,海带养殖区和牡蛎养殖区与网箱养殖区间均显著差异。典范对应分析结果表明,对大型底栖动物群落起主要影响的环境因子有温度、盐度、总氮和总磷等,排序轴对物种-环境关系的贡献率计算结果表明环境变量可以较好的解释主要类群的变化情况。丰度/生物量比较曲线(ABC曲线)分析结果表明,网箱养殖区大型底栖动物群落受较明显扰动,而海带和牡蛎养殖区大型底栖动物群落未受扰动。