川西亚高山-高山森林土壤养分动态及其对季节性冻融的响应

为深入了解川西亚高山-高山森林冬季生态学过程,于2008年11月—2009年10月,在土壤冻结初期、冻结期和融化期及植被生长季节,研究了不同海拔(3582 m、3298 m和3023 m)岷江冷杉林土壤养分动态及其对季节性冻融的响应。3个海拔森林土壤冬季具有较高养分含量,且随土壤冻融过程不断变化。土壤有机层可溶性碳和氮、铵态氮、硝态氮含量在冻结初期显著增加后快速降低,并随融化过程迅速增加后再次降低,而土壤可溶性碳和氮、硝态氮含量在冻结期变化不明显,铵态氮显著增加。矿质土壤层可溶性碳和氮、铵态氮含量也在冻结初期显著增加后降低,而土壤可溶性氮、铵态氮和硝态氮在冻结期显著增加,并在融化期经历一个明显的含量高峰。海拔和土层的交互作用显著影响土壤可溶性碳和硝态氮含量,土壤养分含量与土壤温度的相关性随海拔差异而不同。这表明季节性冻融期是土壤生态过程的重要时期,土壤冻融格局显著影响川西亚高山-高山森林土壤养分动态。     

种植年限对寿光设施大棚土壤生态环境的影响

为探讨不同种植年限对设施大棚土壤生态环境的影响,研究了不同种植年限的大棚土壤物理性状、化学性状以及微生物区系的差异变化,并对种植年限与土壤理化性状和微生物数量之间的相关性进行了统计分析。结果表明,随种植年限增加,土壤容重和pH值均明显下降,而土壤孔隙度、土壤EC值和土壤盐分含量则显著升高,有机质含量也呈增长的趋势;土壤全氮和全磷量均持续升高,土壤全钾、硝态氮和速效钾均先升高后降低;随着设施大棚种植年限的增长,细菌数量先上升后下降,放线菌数量先迅速升高后保持相对稳定,只有真菌数量呈持续增加的趋势。这说明由于大量的有机无机肥料投入,种植年限不同的设施大棚土壤均出现一定酸化现象,养分失衡,微生态平衡遭到破坏,盐分含量显著升高,存在明显的环境风险。应提倡合理科学施肥,以保证设施大棚土壤的生态环境安全。     

荷木整树蒸腾对干湿季土壤水分的水力响应

降雨在时间上的非均匀分配导致森林土壤含水量呈现明显的干、湿季变化,并可能在干季形成水分胁迫,引起植物蒸腾变化。在监测环境因子的同时,利用Granier热消散探针连续监测荷木(Schima superba)的树干液流,以液流密度值计算整树蒸腾,并结合水力导度与叶片/土壤的水势差,探讨环境因子和水力导度对荷木整树蒸腾的协同控制。结果表明,华南地区的季节性降雨形成的干、湿季并未引起荷木蒸腾在季节上的显著差异,但对产生蒸腾的水力生理产生了显著影响。荷木蒸腾在干、湿季均与主要驱动环境因子(光合有效辐射PAR和水汽压亏缺VPD)呈显著正相关。在水热充足的湿季,荷木蒸腾主要受气孔导度调节;在干季,当空气水汽压亏缺达2.132 MPa时,水力导度与气孔导度协同控制蒸腾。整树水力导度对整树蒸腾的水力补偿出现在15:00—17:00,平均补偿值为0.08 g/s。利用蒸腾的估测值与实测值之间的差值量化荷木的水力补偿效应,是对水力导度与气孔导度协同控制树木蒸腾机理的深入探索。研究结果对于掌握季节性降雨不均背景下华南地区主要造林树种需水和耗水规律,有效发挥森林保水功能具有重要意义。     

川西亚高山森林林窗不同时期土壤转化酶和脲酶活性的特征

为了解川西亚高山森林林窗对不同时期土壤生态过程的影响,于2012年6月—2013年5月期间,根据温度动态过程,对比研究了生长季节(土壤完全融化期、生长季节前期和生长季节后期)与非生长季节(冻结初期、深冻期和融化期)川西亚高山粗枝云杉(Picea asperata)人工林林窗中心、林缘和林下土壤有机层和矿质土壤层转化酶和脲酶活性变化过程。结果表明:林窗不同区域中,土壤有机层转化酶活性均高于矿质土壤层;在生长季节,土壤有机层和矿质土转化酶活性表现为:林窗中心林下林缘,而脲酶活性表现为:林窗中心林缘林下。冻结初期和深冻期林窗中心土壤转化酶活性均高于林缘和林下,而在融化期林下转化酶活性高于林窗中心和林缘;冻结初期和融化期林下土壤脲酶活性显著高于林窗中心和林缘,而在深冻期林窗不同区域土壤脲酶活性没有显著差异。林窗不同区域在不同时期对土壤转化酶和脲酶活性的响应有着深刻影响。     

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。     

中国东部南北样带典型针叶林土壤酶活性分布格局

选取中国东部南北样带不同气候区(寒温带、温带和亚热带)的针叶林作为研究对象,分析了多酚氧化酶、过氧化物酶、几丁质酶以及β-葡萄糖苷酶活性的变化。结果表明,土壤溶解性有机碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)含量从北到南依次减小,寒温带显著高于亚热带;土壤p H值在3个气候区差异显著,温带最高,亚热带最低。分解木质素的多酚氧化酶和过氧化物酶活性不存在显著性差异;而与氮循环密切相关的几丁质酶活性表现为温带显著高于寒温带和亚热带;与碳循环密切的β-葡萄糖苷酶活性在温带最高,并显著高于亚热带地区。逐步回归分析表明,土壤MBN与p H值影响土壤几丁质酶活性,而土壤β-葡萄糖苷酶活性主要受p H的控制。研究认为,在中国东部南北样带针叶林中,土壤几丁质酶和β-葡萄糖苷酶活性存在显著性差异,而p H与MBN可能是影响土壤酶活性的主要因素。     

禾草内生真菌对其它微生物的影响研究进展

禾草内生真菌在宿主植物的茎叶等地上组织中普遍存在,不仅能够提高禾草对生物与非生物逆境的抗性,而且能够对周围环境中的不同微生物类群产生影响。主要总结了禾草Neotyphodium/Epichlo内生真菌对病原真菌、丛枝菌根真菌和土壤微生物的影响及其作用机理。发现禾草内生真菌普遍存在对病原真菌的抑制作用,而对丛枝菌根真菌存在不对称的竞争作用,且因种类而异。禾草内生真菌对土壤微生物群落的作用则会随着土壤类型和时间等外界因素发生变化。禾草内生真菌对不同类群微生物的影响机制主要包括:通过生态位竞争、抑菌物质分泌、诱导抗病性等对病原真菌造成影响;通过根系化学物质释放、营养元素调节、侵染条件差异等对丛枝菌根真菌造成影响;通过根际沉积物和凋落物等对土壤微生物群落造成影响。禾草内生真菌产生的生物碱能提高宿主植物对包括昆虫在内草食动物采食的抗性,影响病原菌的侵入、定殖和扩展;根组织分泌物中包含次生代谢产物能够抑制菌根真菌、土传病原真菌及其它土壤微生物的侵染与群落组成;也可能通过次生代谢物影响禾草的其它抗性。因此,禾草内生真菌在植物-微生物系统中的作用应该给予更多的关注和深入研究。     

三江平原不同湿地类型土壤活性有机碳组分及含量差异

土壤活性有机碳对土壤干扰的反应较快,是土壤有机碳早期变化的敏感性指标。近50年来,三江平原湿地土壤有机碳库受农事活动影响较大。为了探讨不同湿地类型土壤活性有机碳主要组分土壤可溶性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)、微生物量碳(Microbial biomass carbon,MBC)和易氧化有机碳(Easily oxidized organic carbon,EOC)的分布差异及主要影响因子,选择了三江平原洪河自然保护区4种典型的湿地类型(小叶章+沼柳湿地、小叶章湿地、毛苔草湿地和芦苇湿地)为研究对象。分析了不同湿地类型土壤可溶性有机碳,微生物量碳和易氧化有机碳在0—30 cm土层内的分布特征和分配比例及其与有机碳、土壤养分和酶活性指标(蔗糖酶、纤维素酶和过氧化氢酶)之间的相关关系。结果表明:(1)4种湿地类型土壤DOC、MBC和EOC含量均随土层深度的增加而减少。不同湿地类型之间土壤活性有机碳含量在0—30 cm土层内存在显著性差异(P0.05),相对于长期淹水的毛苔草湿地和芦苇湿地而言,未淹水的小叶章+沼柳湿地和小叶章湿地具有较高的DOC,MBC和EOC含量。(2)土壤DOC、MBC和EOC占有机碳比例分别为0.27%—0.63%,1.27%—5.94%和19.63%—41.25%。土壤DOC所占比例呈先增后减的变化趋势,最大的比例均出现在10—20 cm。MBC所占比例在土壤剖面上则未表现出一致的变化规律,而EOC所占比例则随土层深度的增加而逐渐减少。(3)土壤DOC占SOC比例以小叶章湿地最高,MBC和EOC占SOC的比例则以小叶章+沼柳湿地最高。而长期淹水的毛苔草湿地和芦苇湿地则具有更低的DOC,MBC和EOC比例。(4)综合分析表明,4种湿地类型土壤DOC,MBC和EOC两两之间存在极显著相关性关系,它们除了与碳氮比相关性不显著外,与土壤有机碳,全氮,全磷养分和酶活性指标间相关性均达到极显著水平,尤其是与有机碳和全氮的相关性系数更高,此外DOC与纤维素酶,MBC与过氧化氢酶相关性更大。由此可见,土壤碳氮磷养分和酶活性是影响土壤活性有机碳组分分布的重要因素。     

三江平原农田地表和地下土壤螨类丰富度与环境因子的空间关联性

地表和地下土壤动物群落空间格局及其与环境因子的空间作用关系,是揭示地表-地下生态系统格局与过程及生物多样性维持机制的重要基础。于2011年在三江平原农田生态系统,在50m×50m的空间尺度内,基于地统计空间分析方法,揭示地表和地下土壤螨群落及不同螨类物种丰富度的空间格局,并分析这种空间格局与土壤含水量、土壤p H值及大豆株高空间格局的空间关联性。半方差函数和普通克里格插值表明,8月份地表、地下和10月份地下螨群落及这些群落内大部分螨类物种在特定空间尺度内形成集群,表现为空间异质性特征,且这种空间分异多由结构性因素或结构性因素和随机性因素共同调控。交叉方差函数表明,土壤螨群落和不同螨类物种的空间格局与环境因子的空间格局在多种尺度上表现出复杂的空间关联性(正的或负的)。但简单Mantel检验仅发现8月份地表中气门亚目未定种1(Mesostigmata unidentified sp.1)和大豆株高存在明显的正的空间关联性。研究结果表明地下螨群落和生长季节的地表螨群落具有明显的空间异质性结构,地表和地下螨群落及大多数螨类物种丰富度与土壤含水量、土壤p H值及大豆株高的空间关联性并不显著。促进地表-地下生态系统土壤动物群落空间格局研究,为地表-地下格局与过程研究奠定基础。     

重金属污染土壤植物修复中的微生物功能研究进展

综述了国内外在重金属污染土壤植物-微生物联合修复领域的研究报道,总结了近5年的研究实例。植物-微生物联合修复体系具有生物固定与生物去除土壤重金属的两种功能,根际微生物可以菌根、内生菌等方式与根系形成联合体,通过增强植物抗性和优化根际环境,促进根系发展,增强植物吸收和向上转运重金属的能力。建立植物-微生物联合修复体系,可充分发挥植物与微生物作用功能的优势,提高污染土壤的修复效率。增强植物修复体系中微生物功能的重点是深入研究根际微生物、根系和介质载体三者之间复合功能,结合污染土壤类型与植物群落配置的特点筛选扩繁高效菌种与菌群。