长春市不同土地利用生境土壤螨类群落结构特征

2003年7月和9月对长春市郊区天然次生林、农田、防护林和市区公园绿地等典型土地利用生境进行土壤螨类调查,Tullgren法提取土壤螨类,应用个体密度、类群数量、群落多样性、丰富度和均匀度、甲螨群落MGP分析和捕食性螨类MI等指数,研究土壤螨类的群落生态结构特征,了解土地利用差异对土壤螨类群落结构的影响。研究区共捕获土壤螨类3亚目92属8703只,其中隐气门亚目（Cryptostigmata）54属5091只,前气门亚目（Prostigmata）17属1582只,中气门亚目21属2030只。研究结果表明：长春市土地利用差异对土壤螨类群落结构特征影响明显,其中地表凋落物的移除和耕作活动是影响螨类群落结构的主要因素,地表凋落物的移除显著减少螨类群落的类群数、个体密度、群落多样性和丰富度,耕作活动促进螨类个体向土壤剖面下层移动,而地表植物群落类型对土壤螨类群落生态结构特征影响差异不显著。     

长期不同植被覆盖对黑土团聚体内有机碳组分的影响

为探究黑土团聚体内土壤有机碳(SOC)的“分馏”特征, 揭示不同植被覆盖下土壤团聚体的固碳机制, 该文以中国科学院海伦农业生态系统国家野外综合研究站内不同植被覆盖(草地、农田和裸地)长期定位实验的土样为研究对象, 利用团聚体湿筛分组、有机碳物理和化学分组相结合的方法, 研究了黑土团聚体及其内部的碳密度和腐殖质组分的碳分配特征。研究发现, 黑土经过不同植被覆盖31年后, 长期草地覆盖使土壤表层SOC、全氮(TN)含量显著增加, 农田和无植被覆盖的裸地SOC含量减少, 且在裸地显著降低。3种处理中, 2-0.25 mm (含2 mm, 下同)粒级团聚体均为优粒级。土壤团聚体的稳定性顺序为草地>农田>裸地。草地覆盖使土壤大团聚体的比例和有机碳库增加, 微团聚体和粉黏粒所占比例和碳库均减少, 说明草地覆盖促进了土壤大团聚体形成, 土壤固碳能力显著增强。而农田和裸地因外源碳投入少, 有机碳含量均是微团聚体>大团聚体>粉黏粒, SOC主要分布在微团聚体中。不同植被覆盖处理对土壤团聚体内密度组分和腐殖质各组分碳的富集“分馏”作用很明显, 与农田和裸地相比, 长期草地植被覆盖处理>2 mm和2-0.25 mm粒级团聚体中轻组碳含量富集的较多, 2-0.25 mm粒级团聚体中富里酸、胡敏酸和胡敏素的碳富集均最高, 而农田和裸地促进了微团聚体内腐殖质碳的富集。草地覆盖显著增加了大团聚体内活性有机碳组分, 来源于植物的碳首先进入到大粒径的团聚体中, 使土壤团聚结构显著改善, 农田和无植被覆盖的裸地土壤中轻组碳含量显著降低, 团聚体内有机碳以重组碳和胡敏素为主, 稳定化程度更高。     

丛枝菌根网络的生态学功能研究进展

丛枝菌根(AM)真菌是陆地生态系统中重要的土壤微生物之一.其在土壤生态系统中延伸出的根外菌丝,可以通过菌丝融合的方式形成丛枝菌根网络(AMN).AMN在土壤生态系统中发挥着重要功能：一方面,AMN可以改变土壤的理化性质,其根外菌丝分泌物可以影响土壤微生物生存的微环境,进而改变土壤微生物的群落组成;另一方面,AM真菌的根外菌丝可以吸收土壤养分,并通过AMN将吸收的营养物质在宿主植物间进行分配,调节植物物种之间的竞争关系.为了全面阐述AMN在生态系统中的功能,本文围绕最新的AMN研究成果,探究AM真菌根外菌丝在土壤中相互融合的机制、AMN影响土壤微生物的数量和组成、调节植物群落的生态学机理,以及AMN调节地下资源、植物种内和种间竞争、影响植物群落的多样性和丰富度等生态系统功能.阐述在全球变化过程中AMN与大气氮沉降、CO₂浓度升高以及温度升高的相关性,探究其在维持生态系统稳定性中的作用,并对本领域未来的发展方向和应用前景进行展望.     

AMF和PGPR联合修复菲和芘污染土壤的效应

丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi,AMF）与根围促生细菌（plant growth-promoting rhizobacteria,PGPR）联合降解有毒有机物、修复污染土壤和促进植物生长的作用倍受关注。本试验旨在探究AMF与PGPR联合降解土壤中菲和芘的效应,以菲和芘1:1混合处理浓度各0、50mg/kg、100mg/kg和150mg/kg下对高羊茅Festuca elata接种AMF根内根孢囊霉Rhizophagus intraradices（Ri）、变形球囊霉Glomus versiforme（Gv）、PGPR荧光假单胞菌Pseudomonas fluorescens Ps2-6、芽孢杆菌Bacillus velezensis Ps3-2、Ri+Ps2-6、Ri+Ps3-2、Gv+Ps2-6、Gv+Ps3-2和不接种对照共36个处理。结果表明,供试AMF增加了PGPR的定殖数量;接种PGPR则显著提高AMF的侵染率。AMF、PGPR或AMF+PGPR处理均显著降低土壤中菲和芘含量,促进植物对土壤中菲和芘的吸收,显著提高高羊茅根系和叶片内的菲和芘含量。在土壤中菲和芘100mg/kg和150mg/kg水平下,Gv与Ps2-6及Ri与Ps2-6能相互促进对土壤中菲和芘的去除效应,其中接种Gv+Ps2-6组合处理的去除率最高,达到95%-98%,土壤中多酚氧化酶、脱氢酶和过氧化氢酶活性显著高于单接种处理和不接种对照,而酸性磷酸酶活性变化则表现为相反趋势。其中以Gv+Ps2-6组合处理的多酚氧化酶活性最高,为0.17mg/g,是不接种对照的1.9倍;脱氢酶和过氧化氢酶活性分别达到1.32µg/(g·h)和1.81mL/g;酸性磷酸酶活性则比不接种对照土壤降低27%-45%;易提取球囊霉素相关土壤蛋白含量和总球囊霉素相关土壤蛋白含量分别是不接种对照的1.6倍和1.5倍。     

武夷山不同林龄甜槠林土壤呼吸特征及影响因素

为揭示中亚热带常绿阔叶林群落优势种一甜槠天然林不同林龄林下土壤呼吸(Soil respiration,RS)差异及影响因素,采用LI-8100开路式土壤碳通量系统对武夷山自然保护区不同林龄(18、36、54、72 a)天然甜槠林进行了1年的野外原位测定。结果表明:(1)不同林龄甜槠林RS季节动态呈现明显的单峰趋势,林龄对冬季RS影响并不显著(P>0.05),秋季18 a甜槠林RS与其他3种林龄差异显著(P<0.05),林龄对土壤含水率的季节变化没有显著影响(P>0.05);(2)不同林龄甜槠林5 cm深土壤温度与RS拟合R2明显高于土壤含水率与RS拟合R2,随着林龄增大,RS温度敏感性指数Q10值呈上升趋势,依次为1.551、1.589、1.640、1.664,且54、72 a甜槠林RS温度敏感性指数Q10值显著高于18、36 a(P<0.05);(3)土壤含水率与5 cm深土壤温度共同解释了RS变异的86%—90.3%;0—60 cm土层根系生物量与5 cm深土壤温度共同解释了RS变异的88.3%—91.8%,由此可见,生物因子与非生物因子双因素拟合可以更好地解释不同林龄RS差异。在对未来森林植被土壤呼吸及碳汇功能进行研究时,应在考虑林龄及季节差异的基础上,加强对生物因子的测定。     

喀斯特地区土壤温度变化特征及其与环境因子的关系

喀斯特地区土壤温度变化特征对研究该区土壤活性及小气候变化具有重要意义。为探明喀斯特地区土壤温度变化特征及其与环境因子的关系,以喀斯特高原峡谷区四种典型土地类型（花椒地、金银花地、火龙果地、荒地）为研究对象,采用土壤含水量监测系统（ECH2O）对各样地土壤温度变化进行连续定点监测,分析土壤温度的动态变化特征及其与环境因子的关系。结果表明：10 cm处土壤温度日变幅最大,土层越深日变幅越小;土壤温度日变幅为夏季较大,秋、冬季较小。火龙果地、金银花地土壤温度日变幅明显大于花椒地、荒地;随着土层加深,土壤温度日变化出现滞后现象;不同季节土壤温度均为火龙果地 > 荒地 > 花椒地 > 金银花地。夏季土层越深,土壤温度越低;秋、冬季土层越深,土壤温度越高;土壤垂直温度变异系数表现为冬季大于夏季。相关分析表明,土壤温度与气温、太阳辐射及土壤含水量均呈显著正相关（P<0.05）,土壤温度变化与容重、孔隙度、土壤质地、有机碳等土壤理化性质相关性显著。花椒地土壤温度日变幅最小,与其较高的土壤含水量和总孔隙度、容重小、土壤持水性强密切相关。综上,花椒地对土壤温度的调节效果较好,因此,在喀斯特地区生态恢复的过程中,种植花椒能在一定程度上改善土壤性质,提升土壤肥力。本研究为喀斯特地区的生态恢复提供了科学依据,为植被生态效益评价提供一定参考。     

新疆两种土地利用方式下土壤病毒的群落组成与功能特征

病毒作为食物网的重要组成部分,在生态系统中发挥着重要的功能。病毒能够影响宿主的死亡率、群落结构和进化,以及营养元素循环。但由于技术方法的限制,对土壤病毒的群落组成和功能特征还知之甚少。为探索不同土地利用方式下土壤病毒组特征,采集了新疆棉花地和荒漠土壤样品。通过宏病毒组学分析发现,棉花地土壤和荒漠土壤分别注释到20个和15个病毒科,单链DNA（ssDNA）病毒占优势,其中微小噬菌体科（Microviridae）占比最高。仅在棉花地土壤中检测到花椰菜花叶病毒科（Caulimoviridae）、逆转录病毒科（Retroviridae）、裸露病毒科（Nudiviridae）、多分DNA病毒科（Polydnaviridae）、杆状病毒科（Baculoviridae）和囊泡病毒科（Ascoviridae）,其中大部分病毒属于植物病毒和昆虫病毒。本研究推测与土地利用方式相关的人为活动、土壤理化性质以及动植物的差异可能影响土壤病毒的群落组成。通过Virsorter共注释到1824条病毒contigs,主要为微小噬菌体科。进一步利用SEED数据库对病毒功能进行注释,发现两个土壤病毒组注释到的主要功能类似;在SEED level 2水平上,均以"Phage capsid proteins"和"Phage packaging machinery"占比最高。本研究可为进一步探索土壤病毒生态功能和土壤食物网提供数据支持。     

改变碳输入对沂蒙山区典型次生林土壤微生物碳源代谢功能的影响

凋落物和根系向土壤的碳输入是森林生态系统的关键过程,输入量及组分的变化直接影响森林土壤碳汇功能和生产力。在沂蒙山区栎类天然次生林中,开展添加/去除凋落物及去除根系的定位控制试验。于控制试验开展21个月后,采用Biolog Eco微平板培养法,研究凋落物和根系对土壤微生物碳源代谢功能的影响。结果表明,凋落物倍增处理增加了土壤微生物碳源代谢功能,增加了对糖类和胺类的代谢能力。去除凋落物处理、去除根系处理和无输入处理都降低了土壤微生物碳源代谢功能。去除凋落物处理降低土壤微生物碳源代谢功能的幅度大于去除根系处理,表明当前条件下凋落物对土壤微生物碳源代谢功能的影响大于根系,但如果抛除掉去除根系处理中残留根系的影响,凋落物和根系对土壤微生物碳源代谢功能的相对大小可能会发生变化。土壤有机碳含量、铵态氮含量显著影响微生物碳源代谢多样性（P<0.05）,并与碳源代谢功能正相关。凋落物倍增处理通过增加土壤铵态氮和有机碳含量,增加微生物碳源代谢功能,去除凋落物处理和无输入处理通过降低土壤铵态氮和有机碳含量,降低微生物碳源代谢功能。结果深化了碳输入途径（地上凋落物与地下根系）和数量（凋落物倍增、凋落物去除与对照）对温带栎类天然次生林土壤碳代谢过程的认识。     

黄河三角洲石油化工区农田土壤-玉米体系PAHs的分布特征及风险评价

为明确黄河三角洲石油开采区表层土壤和玉米中多环芳烃（PAHs）的含量及其污染水平,采集农田土壤和玉米各71个样品,检测农田土壤和玉米各部位中16种PAHs含量,并采用内梅罗指数法和健康风险评价模型评估了农田土壤中多环芳烃的生态健康风险。结果表明,农田土壤、玉米根、茎和叶中多环芳烃的含量分别为256.6-1936、291.4-680.9、324.9-527.9、289.5-2400 μg/kg。农田土壤中多环芳烃以4-6环为主。多环芳烃在玉米根茎叶富集系数大小排序为：叶 > 茎 > 根。玉米不同组织中PAHs浓度与相应农田土壤中PAHs浓度的进行相关分析结果表明,农田土壤中PAHs含量与玉米根、茎中PAHs含量均存在极显著正相关关系,相关系数分别为0.98（P<0.01）、0.98（P<0.01）,表明玉米根和茎的多环芳烃主要来源于农田土壤中,农田土壤中PAHs的含量影响着PAHs在玉米根茎中的积累和分布。玉米叶中PAHs含量与农田土壤中PAHs含量与玉米根、茎中PAHs含量不存在相关关系,表明玉米叶中多环芳烃并非来自土壤中PAHs的迁移,可能来源于大气。内梅罗指数结果表明,农田土壤PAHs达到了中度污染,其中BaA、Pyr和BbF达到了偏重污染;健康风险评价结果表明,农田土壤PAHs对儿童和成人的平均非致癌风险分别为0.44和0.12（均小于1）,表明农田土壤多环芳烃对成人和儿童的非致癌风险是可接受;农田土壤PAHs对儿童和成人的平均致癌风险分别为3.6×10^-5、9.0×10^-6,没有超过致癌风险水平上限（10^-4）,致癌风险尚在可接受范围内。3种暴露途径中,皮肤接触是土壤PAHs的最主要暴露方式,其次是经口摄食,吸入暴露途径甚微,可忽略不计。PAHs对儿童健康的威胁风险要大于成人,所以应尽可能避免儿童直接接触或误食土壤等其他介质的污染物。     

模拟氮沉降对杉木丛枝菌根真菌侵染率和球囊霉素的影响

杉木是我国南方重要的速生用材树种,同时南方面临着日益增强的大气氮沉降。尽管有大量的研究探索了氮沉降对杉木林的影响,但关于氮沉降对杉木与丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi,AMF）共生关系影响的研究则较少报道。以10年生杉木为研究对象,模拟了不同氮沉降水平（N3：3 g N m^-2a^-1,N6：6 g N m^-2a^-1和Control：0 g N m^-2a^-1）对AMF侵染率和球囊霉素的影响。结果显示：在冬季,与对照相比,N3处理显著增加了AMF侵染率,N6处理显著增加易提取球囊霉素的含量,而氮沉降对总球囊霉素含量无显著影响。在春季,与对照相比,N3处理显著增加AMF侵染率,但是显著降低了易提取球囊霉素的含量。N6处理显著增加总球囊霉素的含量,但显著降低易提取球囊霉素的含量。相同氮添加情况下,春季的AMF侵染率显著低于冬季,而球囊霉素含量（易提取球囊霉素和总球囊霉素）均显著高于冬季的。土壤有效磷与AMF侵染率显著负相关,而与易提取球囊霉素和总球囊霉素含量显著正相关。侵染率与pH显著正相关,球囊霉素与pH显著负相关。本实验针对AMF侵染率和球囊霉素的含量对于氮沉降的响应做出探讨,对全面了解杉木与AMF之间的共生关系对氮沉降的响应及其机制提供了新的参考。