土壤微生物群落构建理论与时空演变特征
摘要：土壤微生物作为陆地生态系统的重要组成部分,直接或间接地参与几乎所有的土壤生态过程,在物质循环、能量转换以及污染物降解等过程中都发挥着重要作用。对土壤微生物时空演变规律及其形成机制的研究,不仅是微生物演变和进化的基础科学问题,也是预测微生物及其所介导的生态功能对环境条件变化响应、适应和反馈的理论依据。讨论了土壤微生物群落的定义、测度方法和指标,认为群落是联系动植物宏观生态学与微生物生态学的基础,群落构建机制是宏观和微观生态学都需要研究的核心科学问题;从生态学的群落构建理论出发,阐述了包括生态位理论/中性理论、过程理论和多样性-稳定性理论在土壤微生物时空演变研究中的应用,以及微生物群落在时间和空间上的分布特征及其尺度效应;确立了以微生物群落构建理论为基础、不同时空尺度下土壤微生物群落演变特征为主要内容的微生物演变研究的基本框架。土壤微生物在植物获得养分中的作用
摘要：大量施用化肥是当今农业的一个重要特征。化肥为粮食增产做出了巨大贡献,同时也带来一系列问题,如土壤酸化、水体富营养化、温室气体排放、资源耗竭等,直接威胁着农业可持续发展。土壤微生物是陆地生态系统植物多样性和生产力的重要驱动者,直接参与了植物获得养分和土壤养分循环两个过程。因此,通过调控土壤微生物的功能,有望降低农业对化肥的过分依赖。介绍了共生固氮菌、菌根真菌和根际促生菌对植物获得养分能力的影响及其机制,分析了土壤微生物对土壤氮、磷循环的影响及其与土壤养分生物有效性、养分损失的关系。依据这些知识,提出了改善植物营养、降低化肥施用的土壤微生物途径。虽然大量试验已证明了土壤微生物在改善植物营养中的重要作用,但是大面积应用土壤微生物技术来改善植物营养还存在不少问题。随着以后对这方面研究的加强以及上述问题的不断解决,土壤微生物有望在降低化肥施用量和维持农业可持续发展中做出重要贡献。陆地生态系统甲烷产生和氧化过程的微生物机理
摘要：陆地生态系统存在许多常年性或季节性缺氧环境,如：湿地、水稻土、湖泊沉积物、动物瘤胃、垃圾填埋场和厌氧生物反应器等。每年有大量有机物质进入这些环境,在缺氧条件下发生厌氧分解。甲烷是有机质厌氧分解的最终产物。产生的甲烷气体可通过缺氧-有氧界面释放到大气,产生温室效应,是重要的温室气体。产甲烷过程是缺氧环境中有机质分解的核心环节,而甲烷氧化是缺氧-有氧界面的重要微生物过程。甲烷的产生和氧化过程共同调控大气甲烷浓度,是全球碳循环不可分割的组成部分。对陆地生态系统甲烷产生和氧化过程的微生物机理研究进展进行了概要回顾和综述。主要内容包括：新型产甲烷古菌即第六和第七目产甲烷古菌和嗜冷嗜酸产甲烷古菌的发现;短链脂肪酸中间产物互营氧化过程与直接种间电子传递机制;新型甲烷氧化菌包括厌氧甲烷氧化菌和疣微菌属好氧甲烷氧化菌的发现;甲烷氧化菌生理生态与环境适应的新机制。这些研究进展显著拓展了人们对陆地生态系统甲烷产生和氧化机理的认识和理解。随着新一代土壤微生物研究技术的发展与应用,甲烷产生和氧化微生物研究领域将面临更多机遇和挑战,对未来发展趋势做了展望。土壤生物与土壤污染研究前沿与展望
摘要：随着社会经济发展,人类生产活动对自然环境产生越来越广泛深刻的影响,土壤污染已成为危及生态系统稳定、农产品质量安全和人体健康的突出环境问题之一。重金属、有机污染化合物、病原菌及抗性基因等各类污染物大量进入土壤后,对土壤生物系统造成毒害作用,影响到土壤生态功能;另一方面,土壤生物如细菌、真菌、土壤动物等在一定程度上能够适应土壤污染,深刻影响着污染物在土壤中的迁移转化过程,在土壤污染修复中具有潜在重要作用。从土壤污染的生态毒理效应、土壤生物对土壤污染的响应与适应机制、污染土壤修复原理与技术等三方面综述了土壤生物与土壤污染相关研究前沿,展望了重点研究方向。稻田土壤关键元素的生物地球化学耦合过程及其微生物调控机制
摘要：水稻土是在长期植稻下人为培育的特殊耕作土壤,是我国土壤学的特色,其研究也反映我国土壤学的国际地位。水稻土是研究土壤生物地球化学过程的理想模型。稻田土壤关键元素（碳氮磷硫铁等）的生物地球化学循环过程、耦合机理及其驱动机制研究是土壤生物学研究的核心之一。因此,以国际土壤年为契机,结合中国科学院院士工作局资助的＂土壤生物学发展战略研究＂项目的部分成果,以稻田关键元素（碳氮磷硫铁等）生物地球化学循环过程及其耦合的微生物驱动机制为核心,重点讨论了稻田土壤基本生物化学特征、稻田土壤碳-氮、碳-氮-磷、碳-氮-铁等多元素耦合过程及其与微生物之间的反馈机制,并由此提出了稻田土壤关键元素生物地球化学循环微生物驱动机制研究的未来重点发展方向为：1）土壤关键元素生物地球化学过程的异质性及其微生物过程的互作机制研究;2）微生物参与机制对土壤关键元素循环过程的响应、反馈机制与调控机制研究;3）土壤关键生物地球化学过程的计量学研究。基于ArcGIS的下辽河平原地下水脆弱性评价及空间结构分析
摘要：以下辽河平原为研究区,通过选取1991、2000和2010年3个代表年的相关参数,在DRASTIC模型基础上构建评价指标体系进行地下水脆弱性评价,并以地下水中氮元素浓度为响应指标通过显著性检验,在此基础上借助GS＋、Arc GIS和Geoda095i等软件的制图功能和空间统计分析功能,对下辽河平原地下水脆弱性的空间分布特征、变异规律以及空间关联格局进行研究分析,结果表明：11991—2010年下辽河平原地下水脆弱性总体上呈先增后减趋势,空间分布上以沈阳市为中心的地下水高脆弱区向南部沿海方向扩散;21991—2010年研究区地下水脆弱性Moran＇s I表现为较强正相关现象,且关联程度呈略微下降趋势;31991—2010年研究区地下水脆弱性局部空间自相关和显著性水平均发生了明显的变化;4研究区内地下水脆弱性受结构性因素和随机性因素共同作用,且随机性因素在3个时期内有逐步上升趋势。研究成果反映了研究区地下水脆弱性空间结构的变异规律及驱动机制,为决策者在未来地下水污染防治方面提供相关参考依据。华北平原冬小麦-夏玉米生产灰水足迹及其县域尺度变化特征
摘要：华北平原是种植冬小麦和夏玉米的主要区域,农民为达高产而过量使用化肥对该区造成了严重的面源污染。＂有河皆干,有水皆污＂已经成为华北平原水资源与水环境现状的概语。灰水足迹理论与方法的提出为定量评价农业生产对水环境的影响提供了一条新的思路。因此,基于精细的县域尺度农业基础数据,运用灰水足迹评价方法,分析了华北平原1986—2010年的冬小麦-夏玉米灰水足迹及其时空变异特征。结果表明：华北平原冬小麦和夏玉米产品灰水足迹分别为0.55—2.97m3/kg和0.50—2.02m3/kg,均为美国、德国等地区的2—10倍;河北衡水、保定等地区灰水足迹较低,渤海湾等地区灰水足迹较高;冬小麦和夏玉米25a总灰水体积为2.67×1010—5.84×1010m3,平均值为3.90×1010m3,总体表现为随时间变化呈波动上升趋势。建议在华北平原要注意严格控制施肥量、提高肥效,积极推广测土配方施肥、缓释肥等养分资源管理技术,积极发展利用沼液、有机肥等化肥替代技术;要控制肥料地表流失和地下淋失,大力发展冬小麦-夏玉米轮作条件下的机械化喷灌、滴灌、微喷带等灌溉系统条件下的水肥一体化技术,全面实施秸秆、地膜等覆盖技术减少农田土壤流失以及深松等耕作技术实现土壤水库的增容扩蓄。太湖流域典型稻麦轮作农田生态系统碳交换及影响因素
摘要：利用涡度相关技术观测太湖流域典型稻麦轮作农田生态系统2a净生态系统碳交换（NEE）变化过程,分析其碳交换特征及影响机理,结果表明：太湖流域典型稻麦轮作农田年NEE为-749.49—-785.38 g C m-2a-1,考虑作物籽粒碳和秸秆还田后净吸收88.12 g C m-2a-1,为弱碳汇;稻/麦季日均NEE和白天NEE季节变化直接受作物植被生长影响;麦季夜间NEE与10 cm土壤温度呈显著指数关系,2012/2013年温度敏感系数（Q10）分别为3.03和2.67;当土壤水分低于田间持水量时,麦季夜间NEE主要受土壤温度影响,反之,夜间NEE受土壤温度和水分双重影响;降水对麦季夜间NEE有短时的激发效应;稻季淹水对土壤呼吸产生较明显的阻滞效应,降低了夜间NEE对土壤温度的敏感性,2012和2013年分别为1.88和1.39,稻季淹水与烤田交替变化对土壤呼吸产生明显的抑制或激发的短时效应。外源激素ABA影响新疆荒漠盐生植物异子蓬异型种子萌发机制
摘要：以新疆荒漠盐生植物异子蓬（Suaeda aralocaspica）异型种子为材料,通过外源ABA直播（长时间）与浸种（短时间）处理分别研究不同浓度（0、0.5、1.0、5.0、10.0μmol/L）ABA对异型种子萌发、幼苗生长的影响,并通过定量PCR技术分析与萌发相关的ABC转运蛋白基因、丝裂原活化蛋白激酶激酶基因和DNA修复和转录因子基因在5.0μmol/L ABA处理下的表达规律,探讨外源ABA影响异子蓬异型种子萌发差异的机制。结果显示：（1）外源ABA直播处理下,褐色种子萌发及幼苗生长均受到明显抑制,黑色种子的萌发和幼苗生长在低浓度被促进,较高浓度被显著抑制;短时间浸种处理,能够同时促进异型种子的萌发及幼苗生长,且随ABA浓度增加促进效应增强。（2）直播萌发后,褐色种子中3个基因的表达量与对照相比均不变或降低表达（除了DNA修复和转录因子基因在8 h显著升高）,黑色种子与对照相比均上调表达（除了ABC转运蛋白基因在8h显著下调）;短时间浸种萌发后,褐色种子中3个基因的表达量均比对照显著升高,黑色种子中升高不明显。基因表达规律与种子萌发结果趋势一致,暗示ABA浸种可能触发了异子蓬种子萌发内在机制并对随后的萌发过程产生促进作用。而黑色种子对ABA处理表现出较好的萌发响应,可能是其幼苗能抵御荒漠地区逆境环境的重要原因。鼎湖山季风常绿阔叶林土壤微生物量碳和有机碳对模拟酸雨的响应
摘要：在鼎湖山季风常绿阔叶林设置人工模拟酸雨实验,研究土壤总有机碳含量、微生物量碳含量、土壤p H值和土壤呼吸速率几个指标对不同酸处理梯度（CK：p H值4.5的天然湖水;T1：p H值4.0;T2：p H值3.5;T3：p H值3.0）的响应。结果表明,在模拟酸雨的持续作用下,样地土壤酸化有加剧趋势。2011年的6月（CK：（603.76±46.18）mg/kg,T1：（565.41±44.48）mg/kg,T2：（521.58±30.92）mg/kg,T3：（509.49±19.40）mg/kg）、12月（CK：（488.92±22.71）mg/kg,T1：（379.65±49.46）mg/kg,T2：（346.08±33.81）mg/kg,T3：（318.00±52.35）mg/kg）和2012年6月（CK：（540.48±39.11）mg/kg,T1：（492.30±43.15）mg/kg,T2：（489.65±51.39）mg/kg,T3：（428.53±49.66）mg/kg）3次测定的土壤微生物量碳含量有随模拟酸雨强度增加而显著降低的趋势,高强度的酸处理T3显著低于CK值（P〈0.05）;土壤呼吸速率在各处理中的响应与土壤微生物量碳含量变化一致。由于旱季和湿季的土壤温湿度相差较大,以上各指标在旱湿两季的差异明显,表现为湿季大于旱季。由于土壤总有机碳含量变化缓慢,其在各酸梯度处理下无显著差异（P〉0.05）。以上结果显示,长期酸雨作用使土壤酸化不断加剧,并降低了土壤微生物量碳的含量,抑制了土壤的呼吸速率,有利于土壤碳的累积,但对土壤总有机碳的影响仍需长期实验研究。土地利用变化对东北温带幼龄林土壤碳氮磷含量及其化学计量特征的影响
摘要：土地利用方式的改变打破森林生态系统原有的碳氮磷平衡,从而显著地影响森林生态系统的生物地球化学循环过程。以地段相邻、林龄相同（10年生）、原始植被一致但土地利用方式不同（无土壤翻动的天然次生林[NS]、间作大豆而土壤翻动中等的人工林[MS]、间作人参而土壤翻动严重的次生林[SS]）的温带幼龄林为对象,探索土地利用变化对土壤碳、氮、磷含量及相互关系的影响。结果显示：（1）土地利用方式显著改变表层和深层土壤碳含量,各土壤层次碳含量均呈现NS〉MS〉SS;而氮含量仅在0—20 cm具有显著性差异（P〈0.05）;不同土地利用类型之间磷含量无显著差异（P〉0.05）;表明碳氮磷对土地利用变化敏感程度不同。（2）SS土壤碳氮比（C/N）和碳磷比（C/P）低于NS和MS,而NS和MS之间C/N和C/P因土壤层次而异。不同土壤层次氮磷比（N/P）均随土壤翻动强度的增加而显著减小（NS〉MS〉SS,P〈0.05）,且随土层加深而降低;表明N/P相对于C/N和C/P可能对土地利用变化具有更优生态指示功能。（3）土地利用变化显著改变土壤碳-氮、碳-磷、氮-磷的耦合关系。土壤碳-氮（C-N）之间存在极显著（P〈0.001）的线性关系,其中3种土地利用方式的土壤C-N关系的斜率差异不显著（P=0.458,共同斜率为11.1）,但截距差异显著（P〈0.001）。结合本地区和全球文献数据分析指出,森林土壤碳氮关系既有大尺度上的普适性,又有小尺度上对土地利用方式响应的局域分异性。氮、磷添加对不同林型土壤磷酸酶活性的影响
摘要：研究了鼎湖山3种森林类型（南亚热带季风常绿阔叶林、马尾松人工林和针叶阔叶混交林）的土壤酸性磷酸单酯酶活性（APA）对施肥的响应情况。在3种林型中分别设置对照、加氮（150 kg N hm-2a-1）、加磷（150 kg P hm-2a-1）以及N和P同时添加（150 kg N hm-2a-1＋150 kg P hm-2a-1）4种不同处理。结果表明,季风林土壤APA（（15.83±2.46）μmol g-1h-1）显著高于混交林（（10.71±0.78）μmol g-1h-1）和马尾松林（（9.12±0.38）μmol g-1h-1）,且3种林型土壤APA与土壤有效磷含量均呈显著负相关。施加N肥显著提高了季风林土壤APA,而对混交林和马尾松林的作用不显著。施加P肥显著降低了混交林和马尾松林土壤APA,但对季风林的影响不明显。N和P同时添加仅显著降低了马尾松林土壤APA,但在季风林中存在交互作用。因此,N沉降会加剧亚热带成熟林土壤P的限制,可以考虑施加P肥作为森林管理的一种方式来缓解这种限制作用。塔克拉玛干沙漠腹地冬季土壤呼吸及其驱动因子
摘要：利用Li-8150系统测定了塔克拉玛干沙漠腹地冬季（1月）土壤呼吸,分析了环境驱动因子对极端干旱区荒漠生态系统土壤呼吸的影响。结果表明：（1）冬季土壤呼吸日变化呈现出显著的单峰曲线,土壤呼吸速率最大值出现在12：00,为0.0684μmol CO2m-2s-1,凌晨04：00附近出现最小值,为-0.0473μmol CO2m-2s-1;（2）土壤呼吸速率与各层气温,0cm地表温度均存在着极其显著或显著的线性关系,且都具有正相关性;（3）土壤呼吸速率与5cm土壤湿度存在着较为明显的线性关系,该层湿度能够解释土壤呼吸的69.5%;（4）0cm地表温度对土壤呼吸贡献最大,其次是5cm土壤湿度;（5）以0cm地表温度、5cm土壤湿度为变量,通过多元回归分析表明：土壤温度-湿度构成的多变量模型能够解释大于86.9%的土壤呼吸变化情况;（6）研究时段内土壤呼吸速率的平均值是-1.45mg CO2m-2h-1。固沙植被区土壤呼吸对反复干湿交替的响应
摘要：由降水的不连续性引起的土壤干湿交替是荒漠生态系统土壤呼吸的重要影响因子。在恒温培养条件下,研究了固沙植被区土壤呼吸对不同降雨量（5、10、20 mm）条件下以10 d为降水周期的多重干湿交替过程的响应,结果表明：3个降雨量条件下的多重干湿交替过程中,土壤呼吸速率均在降雨后迅速增大,并在降雨0.5 h后达到最大值,尔后,随着土壤含水量的下降而逐渐减小并恢复到降雨前水平。随着干湿交替过程的依次进行,最大和平均土壤呼吸速率及累积碳释放量均呈现出逐渐减小的趋势。3个干湿循环周期平均呼吸速率和土壤碳释放量均随着降雨量的增加逐渐增大,土壤呼吸速率峰值表现为第1个干湿循环周期土壤呼吸速率峰值随着降雨量的增加而增大,而第2、3个周期各降雨处理下的土壤呼吸速率峰值显示出随着降雨前期土壤含水量的增加而减小的趋势。说明干湿交替过程对土壤呼吸具有显著的激发作用,且干湿交替程度（即降雨前后土壤含水量的变化）以及土壤前期所经历的干湿交替过程是影响荒漠生态系统土壤呼吸对干湿交替响应的重要因素。豆蔻酸和棕榈酸诱导茄子根际拮抗菌与黄萎菌数量消长的关系
摘要：以气质联用仪（GC-MS）鉴定的嫁接茄与自根茄根系分泌物主要差异成分豆蔻酸和棕榈酸,利用它们的模拟物质研究了其对茄子根际土壤黄萎菌拮抗真菌与细菌数量和根际土壤黄萎菌数量的影响,明确了两模拟成分对茄子根际拮抗真菌和拮抗细菌的诱导作用及对黄萎菌数量抑制效果。同时,进一步分析了茄子根际拮抗真菌与细菌数总和与根际土壤黄萎菌数量的相关性。结果表明豆蔻酸和棕榈酸处理,茄子根际拮抗真菌和细菌数量均有所增加,在中高浓度下拮抗真菌和细菌数量增加显著。两物质处理下拮抗真菌与细菌数量在开花期和结果期增加显著。两物质对茄子根际黄萎菌数量的影响,整体来说,随两模拟组分浓度的增加土壤黄萎菌数量有所减少,各时期表现有所差异,在开花期两物质处理显著减少了黄萎菌数量。相关性分析表明豆蔻酸和棕榈酸处理下茄子根际拮抗真菌与细菌总量与根际黄萎菌数量呈显著的负相关性。说明嫁接通过改变茄子根系分泌物成分与对茄子根际土壤黄萎菌拮抗菌的诱导有一定关系。再生水补水对河道底泥细菌群落结构的影响
摘要：以北京市永定河麻峪湿地再生水补水口附近河道底泥为研究对象,应用末端限制性片段长度多态性（Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism,T-RFLP）技术探究再生水补水口附近底泥细菌群落结构的空间差异特征以及环境因子所产生的影响,并借助典范对应分析（Canonical Correspondence Analysis,CCA）方法分析麻峪湿地底泥细菌群落结构空间差异特征的形成原因。分析结果表明：河道底泥微生物群落对再生水的净化主要发生在距补水口1200m的范围内,随着再生水与上游来水径向混合净化渐变过程,在补水口2000m处河道底泥微生物群落结构与河道再生水补水口上游趋于相似。基于样点聚类结果的群落结构多样性分析表明随着再生水净化过程的实现微生物综合多样性指数呈现下降的趋势,从均匀度指数的变化趋势看,再生水补水口具有最高均匀度指数,补水口下游1200米处由于非优势菌群所占相对丰度最低以及偶见菌群缺失,导致群落结构比较单一、群落多样性和均匀度指数都最低。CCA方面分析结果表明再生水补水口上游细菌群落与因累积效应形成的重金属有密切关系,补水口出口底泥细菌群落则主要受到总磷和总有机碳的影响较大,而再生水补水与上游来水汇水径向渐变过程可能与氨氮净化具密切关系。研究区的主要优势菌种为假单胞菌属、贪食菌属和芽孢杆菌属,是与再生水中有机碳、氮降解具有密切关系的菌属。温度和LED光源对夹竹桃天蛾幼虫行为的影响
摘要：为探明温度和光照对夹竹桃天蛾幼虫行为的影响,在实验室条件下观察了5个温度（20、25、30、35和40℃）和5个不同波段的LED光源（红光620—625、黄光580—585、蓝光465—467、绿光520—523和白光460—465 nm）下夹竹桃天蛾幼虫的行为,结果表明：（1）温度对夹竹桃天蛾幼虫行为发生频率和时间分配有影响,各实验温度下休息时间分配均较多。（2）LED光源对夹竹桃天蛾幼虫行为发生频率和时间分配亦有影响,绿色LED光源下的瞭望行为发生频率最高,取食时间分配也最多。（3）各种行为的昼夜节律性因光照条件不同而异。爬行、瞭望、取食和休息行为在16L∶8D光照条件下均显示了昼夜节律性,16L∶8R光照条件下的行为（除第2天的瞭望行为外）具有类似的节律性,爬行行为在黄光处理下保持了节律性,而在蓝光和绿光处理各种行为节律性不明显。这些研究结果揭示了光温对夹竹桃天蛾幼虫行为的影响因温度高低和LED光源颜色（波段）及自身行为种类不同而异。千岛湖陆桥岛屿鸟类集团对栖息地片段化的敏感性及其季节变化
摘要：为探究千岛湖陆桥岛屿不同鸟类集团对栖息地片段化敏感性的差异和季节变化,于2009年4月—2012年1月鸟类繁殖季（4、5、6月）和冬季（11、12、1月）对千岛湖41个陆桥岛屿鸟类集团进行了研究。结果表明,冬季杂食鸟对片段化敏感性高于食虫鸟,繁殖季时二者无显著差异,繁殖季和冬季时下层鸟对片段化敏感性均高于林冠鸟,冬季留鸟对片段化敏感性高于候鸟,繁殖季则无显著差异。杂食鸟和留鸟对片段化敏感性存在季节差异,而食虫鸟、林冠鸟、下层鸟和候鸟对片段化敏感性均无季节差异。不同鸟类集团对栖息地片段化敏感性的差异和季节变化规律,有助于人们在栖息地管理和保护区设计时采取更有针对性的鸟类保护措施。