微生物生态学研究方法的新进展

微生物生态学是研究微生物群体与其周围的生物和非生物环境条件相互作用关系的科学。近些年 ,在此领域的方法学上有许多新的进展。通过各种荧光染料对微生物进行直接染色或定量 PCR的方法可进行微生物现存量的研究。测定整个群落的碱基组成和 DNA的复杂性或者自然环境样品中直接扩增的 16 Sr DNA的分析可估计出总的群落的遗传结构及其复杂性。在单个细胞水平上分析微生物群落结构多是采用 FISH(荧光原位杂交 )的方法。     

黄土丘陵区撂荒群落演替序列种根系对氮素施肥方式和水平的形态响应

采用盆栽试验,研究了黄土丘陵区撂荒群落演替序列种(即,黄土丘陵区摞荒群落演替主要阶段的优势种)根系对氮素施肥方式和水平的形态响应,对了解我国氮沉降增加背景下的群落生态效应及人为施肥干扰促进植被恢复具有较好的理论和实践意义。测试并分析了6个演替序列种在不同施氮方式(匀质和异质施氮)和水平(高、低和无氮对照)条件下植株个体生物量指标(地上及地下生物量和根冠比)、根系形态指标(根长、直径、表面积、比根长和比表面积)的变化及其差异显著性;并且利用根钻法和单样本T检验比较了异质施氮方式下施氮斑块与不施氮斑块根系形态指标的差异。结果表明:1)6种演替序列种地上、地下生物量和根冠比存在种间固有差别,施氮方式和水平整体上对三者无显著影响;施氮方式和植物种类对根冠比存在显著交互作用,说明个别种的根冠比对施氮方式响应明显,其中猪毛蒿根冠比在异质施氮方式下显著高于匀质施氮。2)6种演替序列种根系塑形指标包括比根长、比表面积和直径存在种间差别,并且施氮水平对比根长影响显著,高、低施氮水平下比根长都显著低于不施氮对照。3)狗尾草和铁杆蒿分别在异质高氮和异质低氮条件下施氮斑块根系生物量密度显著高于未施氮斑块;猪毛蒿在异质高氮条件下施氮斑块发生了更多的伸长生长,其根长、根表面积、比根长和比表面积在施氮斑块中的密度显著高于未施氮斑块;猪毛蒿和狗尾草在异质高氮条件下,以及白羊草在异质低氮条件下,其根系直径在施氮斑块显著小于未施氮斑块。从根系形态变化敏感性和施氮对促进植物生长来看,演替过程中演替序列种对施氮响应的敏感性总体上呈降低趋势,前期种对施氮响应更敏感,从施氮获利也更多,因而恢复前期进行人为干扰促进植被恢复效果也会更好。     

黑龙江省不同纬度梯度农田大型土壤动物群落分布特征

沿着由高到低的纬度梯度,分别在塔河、带岭、帽儿山的农田生境选择研究样地,采用手捡法调查不同纬度农田生态系统大型土壤动物的群落组成、水平结构、垂直结构和多样性特征,并运用双变量相关分析及典范对应分析阐明土壤动物群落和环境因子的相互关系,旨在揭示黑龙江省不同纬度梯度农田大型土壤动物群落分布特征及其影响因素。调查共捕获大型土壤动物35类2339只,隶属于2门6纲14目35科。其中线蚓科(Enchytraeidae)、正蚓科(Lumbricidae)、步甲科(Carabida)、隐翅虫科(Staphylinidae)为优势类群,其个体数占总个体数的58.84%;常见类群为蚁科(Formicidae)、蜘蛛目(Araneida)和地蜈蚣目(Geophilomorpha)等8类,其个体数占总个体数的32.79%。结果表明:(1)水平分布上:大型土壤动物个体密度和丰富度(即类群数)的水平分布均表现为帽儿山带岭塔河,单因素方差分析表明大型土壤动物的个体密度和丰富度在不同纬度地区无显著差异。Shannon-wiener多样性指数(H')和Pielou均匀度指数(E)均为帽儿山带岭塔河;Simpson优势度指数(C)表现为塔河和带岭最高,帽儿山最少;Margalef丰富度指数(D)则是塔河最多,其次为帽儿山和带岭。(2)垂直分布上:3个不同纬度样地的农田土壤动物个体密度和丰富度在同垂直层次间不存在明显差异(P0.05)。除帽儿山5—10 cm土层土壤动物类群数量较表层增加之外,其他样地大型土壤动物个体密度和丰富度均随土层深度的增加而逐渐降低,表聚性明显。(3)与土壤环境因子关系上:双变量相关分析表明,不同纬度农田大型土壤动物的类群数、个体密度、多样性指数、均匀度指数和优势度指数与土壤p H值、有机质、全氮、全磷和速效磷均没有显著的相关性;典范对应分析(CCA)进一步表明,优势类群和常见类群对环境因子具有较强的适应能力,广泛的分布在3个样地内。研究表明,农田生态系统大型土壤动物的类群数、个体密度和多样性指数随纬度梯度的增加先增加后减少,但不同纬度间均无显著性差异。不同土壤动物类群受到环境变量的影响程度不同,在局地尺度环境因子对土壤动物的影响不容忽视。研究为区域尺度农田生态系统土壤动物空间格局和生物多样性维持机制研究奠定基础。     

秸秆还田对耕作黑土中小型土壤动物群落的影响

为了考察秸秆还田对耕作黑土中土壤动物群落结构的影响,2009年到2011年在黑龙江省海伦市进行了定点实验,调查了样地A(17kg秸秆+含高浓度催腐剂还田)、样地B(8.5kg秸秆+含低浓度催腐剂还田)、样地C(对照样地),样地D(8.5kg秸秆还田),样地E(17kg秸秆还田)的中小型土壤动物群落结构。共获取中小型土壤动物21779只,分别隶属于58个类群。其中,甲螨亚目、姬跳虫科、棘跳虫科与驼跳科4个类群土壤动物在本地区是最适应环境变化的土壤动物类群。土壤动物群落结构分析表明,对照样地C中土壤动物密度最高(46591.67只/m~2),土壤动物类群最多(17.17),土壤动物优势度指数最大(0.37),样地D中土壤动物丰富度指数最多(2.63),样地A中土壤动物多样性指数最高(1.72),样地B中土壤动物均匀性最高(0.64)。同时,各样地土壤动物基本都具有表聚性,样地A中土壤动物更趋于生存于上层土壤。综合比较分析表明,样地A秸秆还田方式相对来说最利于土壤动物生存。主成分分析表明,不同秸秆还田方式对土壤动物密度、甲螨亚目动物类群、节跳虫科类群、前气门亚目类群影响较大,是耕作黑土中对秸秆还田方式反应敏感的土壤动物指标,今后可以作为考察耕作黑土秸秆还田肥力效应的评价指标。另外,CAA分析表明:受土壤环境因子影响较大的土壤动物类群多为研究区域内优势类群与常见类群,土壤动物的密度与土壤中有机质、有机碳、碳氮比与全磷的含量关系最为密切。     

生物炭对菜园土壤微生物功能多样性的影响

研究生物炭的施用及其与不同肥料混施对菜园土壤中微生物群落功能多样性的影响,为农业废弃物的合理利用和菜园土优化培肥提供科学依据和理论指导。以清远市连州县代表性菜园土(属肥熟旱耕人为土)为研究对象,通过盆栽试验,利用BIOLOG方法对10个施肥处理(对照CK(0%生物碳+无肥)、T1(0%生物碳+0.1%商品有机肥)、T2(0.1%生物碳+无肥)、T3(0.25%生物碳+无肥)、T4(0.5%生物碳+无肥)、T5(1%生物碳+无肥)、T6(100(N)+30(P_2O_5)+75(K_2O)mg/kg干土)、T7(0.1%生物碳+0.1%商品有机肥)、T8(0.1%生物碳+100(N)+0(P_2O_5)+75(K_2O)mg/kg干土)、T9(0.1%生物碳+100(N)+30(P_2O_5)+75(K_2O)mg/kg干土)、T10(0.1%生物碳+0.1%商品有机肥+100(N)+0(P_2O_5)+75(K_2O)mg/kg干土))的土壤微生物群落功能多样性进行分析。结果表明:(1)T1和T3处理比其它处理显著提高土壤微生物对碳源的利用率(P0.05),但生物炭施用量增加会降低平均颜色变化率(AWCD值);(2)T1处理可以显著提高土壤微生物的群落物种均匀度(Mclntosh指数),而T3处理显著提高土壤微生物的物种丰富度和均匀度(Shannon和Mclntosh指数);(3)T1和T3处理对聚合物类、碳水化合物类、羧酸类、氨基酸类和酚类碳源利用率最高;(4)添加化肥处理中磷肥的施用可以提高土壤微生物活性,增加土壤微生物碳源利用能力,而氮肥和钾肥的添加显著降低了土壤微生物的碳源利用能力;(5)主成分分析表明,T1、T2和T3处理的微生物碳代谢功能群结构相似;单施有机肥或适量生物炭对土壤微生物群落结构的影响较混合施用更为显著;化学磷肥的添加及在施用化肥的基础上配施适量生物炭改变了土壤微生物对碳源种类的利用。     

文峪河上游河岸林群落类型及其生态适应性

以文峪河上游河岸林为研究对象,采用TWINSPAN法对研究地区河岸林进行群落分类,对各群落类型特征进行分析.在提出河岸林群落生态功能适应性指标的基础上,对研究地区河岸林群落进行生态功能适应性分组.通过研究,文峪河上游河岸林可划分为阔叶混交林、华北落叶松阔叶混交林、云杉落叶松混交林、云杉阔叶混交林、阔针混交林、油松阔叶混交林、青杨林、沙棘灌丛和柳树灌丛等9个群落类型,但群落类型之间的分异性总体表现不高,且表现出突出的多样性特征;群落乔木层和灌木层的物种组成复杂,草本层多为一些耐干扰种和耐水湿种,总体上越远离河岸,高地群落中的物种比例越高,表现出高地森林与河流之间生态过渡带的典型特点和河岸带生态环境的高度异质性;根据本文构建的群落的生态功能适应性指标,研究地区9个河岸林群落类型可以划分为强入侵性功能组、中等入侵性功能组、弱入侵性功能组和高逃避性功能组等4个生态适应性功能组,不同生态适应性功能组的群落中,乔木层和灌木层的主要物种具有明显不同的生态对策,而草本层物种的差异不明显.     

越冬和复苏时期太湖水体蓝藻群落结构的时空变化

为研究太湖蓝藻在越冬与复苏时期群落结构的时空变化规律,于2008年11月,2009年2月,2009年4月,在太湖富营养化较严重的湖区选取8个采样点 (梅梁湾、竺山湾、贡湖湾、大浦、西太湖、南太湖、湖心和湖湾交汇处),分3层采水样,过滤并提取样品DNA经PCR扩增蓝藻16S rDNA序列,采用T-RFLP(末端标记的限制性酶切片段长度多样性)技术分析蓝藻群落结构和多样性变化。共得到87个不同的T-RFs(末端限制性酶切片段),表明太湖蓝藻具有丰富的基因多样性。T-RF相对丰度和聚类分析结果表明,太湖蓝藻群落结构在垂直空间上相似性较高,相似度 > 50%;在水平空间,与Microcystis spp.对应的信号峰在8个采样点均为最强峰(相对丰度为17.7% 47.5%)。竺山湾蓝藻多样性最低,西太湖最高,但其余采样点间蓝藻群落和Shannon多样性指数没有显著差异(P>0.05)。Microcystis相对丰度与Shannon多样性指数呈显著负相关(皮尔逊相关系数为-0.958)。在时间尺度上,相似性分析(Analysis of similarity,ANOSIM)结果显示太湖蓝藻群落结构存在极显著差异( P<0.01) 。春季复苏时蓝藻多样性最高,秋季衰亡时最低。聚类分析表明样品聚成两大特征类群,秋季衰亡时样品独自聚为1支,而春季复苏期和冬季越冬期样品彼此混杂。     

祁连山北坡退化林地植被群落的自然恢复过程及土壤特征变化

采用长期定位观测的方法,研究了祁连山北坡退化林地人工抚育下2001-2008年间植被群落的自然恢复过程和土壤特征变化。结果表明:人为干扰消除后,退化林地群落环境逐渐优化,群落的科、属、种均明显增加,物种成员更替频繁;灌木和乔木物种出现后,群落垂直高度增大,群落结构出现成层现象;群落总体多样性指数呈不断增大的趋势,在空间结构上,Patrick丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数和Simpson优势度指数表现出:草本层>灌木层>乔木层的规律,而Pielou均匀度指数变化相反;土壤含水量、土壤有机碳和全氮含量随植被恢复均不断增加。在实施封育禁牧措施后,退化林地实现了由草本群落-灌木群落-乔木群落方向的快速演替,当恢复到早期的先锋乔灌混交阶段时,群落的物种组成、结构和多样性趋于复杂化,土壤性状也得到一定改善,显示出相对较好的适应性和恢复效果。     

若尔盖高寒湿地干湿土壤条件下微生物群落结构特征

土壤水分含量的空间异质性是引起湿地生态系统结构和功能空间变异的关键因素。目前有关低纬度高寒湿地土壤水分对微生物群落结构影响的研究较少。于2007年4月(冷季)和8月(暖季)采集若尔盖高寒湿地常年淹水和无淹水两种水分条件的土壤样品,利用磷脂脂肪酸方法分析其微生物群落结构。结果表明,土壤微生物总生物量、细菌生物量、革兰氏阳性细菌及革兰氏阴性细菌生物量均表现为常年淹水土壤高于无淹水土壤,且4月份高于8月份;与土壤通气量关系密切的真菌、放线菌,其生物量表现为无淹水土壤显著高于常年淹水土壤;反映群落组成的真菌:细菌磷脂脂肪酸比值也表现为无淹水土壤显著高于常年淹水土壤。磷脂脂肪酸的主成分分析表明,水分条件不同的两种土壤中微生物群落结构显著不同,季节变化并未引起土壤微生物群落结构的改变。     

环境微生物群落功能研究的新方法和新策略

微生物群落在驱动生物地球化学循环中扮演着重要角色,传统的研究方法可对微生物群落进行遗传结构的解析,但不能有效地与功能研究耦联.概述了近年发展起来的基于核酸和蛋白质水平的分子生物学新方法--环境mRNA 和 rRNA同时荧光原位杂交(FISH)、寡核苷酸微阵列技术(Oligonucleotide Microarray)、 稳定性同位素联合宏基因组学(SIP-enabled Metagenomics)和环境蛋白质组学(Metaproteomics)在环境微生物群落功能研究中的应用,并且对其发展趋势进行了分析和展望.