大气氮沉降对森林土壤微生物影响的研究进展

大气氮沉降是影响森林生态系统的新生态因子之一,过量氮沉降将改变参与森林生态系统物质转化和养分循环的土壤微生物.作者综述了国内外模拟氮沉降对森林土壤微生物生物量、群落结构和多样性、微生物活性和酶活性、底物利用能力以及功能基因的影响研究现状.结果表明：(1)整体来看,氮沉降对森林土壤微生物生物量产生负面影响的报道较多;(2)氮沉降改变了森林土壤微生物群落的构成和丰富性;(3)氮沉降短期内促进森林土壤呼吸速率,长期氮输入会抑制土壤呼吸速率;(4)氮沉降改变了参与凋落物分解相关土壤酶的活性;(5)氮沉降降低了土壤微生物代谢复杂有机质的代谢能力;(6)氮沉降增加和降低了某些微生物功能基因的丰度.此外,作者还探讨了氮沉降对森林土壤微生物研究存在的问题和未来研究的重点.     

土壤微生物多样性与植物多样性

土壤中生活着丰富的微生物类群,是一个重要的地下生物宝库.土壤微生物是土壤中的主要分解者,对环境起着天然的“过滤”和“净化”作用,在自然生态系统的功能发挥和维持能力方面极其重要.植物、土壤和微生物相互作用,构成了一个植物-土壤-微生物的有机整体.土壤微生物多样性代表着微生物群落的稳定性,指生命体在遗传、种类和生态系统层次上的变化.从遗传、分类、生态功能以及系统发育等多方面阐述了当前土壤微生物多样性的研究工作.同时探讨了植物多样性与土壤微生物多样性之间的内在联系,植被的破坏可直接导致土壤微生物多样性的丧失,而土壤微生物对植物物种多样性的维持又具有重要作用.因此,加强土壤微生物多样性研究对植物多样性保护具有重要意义.     

氮沉降对土壤微生物影响的研究进展

土壤中氮沉降增加作为全球环境变化的重要现象之一,给人类带来了巨大挑战。笔者综述了近年来氮沉降对土壤微生物的影响研究,从土壤微生物生物量、群落结构和多样性、微生物活性、功能基因与底物利用等方面进行总结分析。综合来看,氮沉降对土壤微生物的影响主要表现为:1土壤微生物生物量、真菌生物量以及真菌与细菌生物量比值下降;2外生菌根真菌子实体生产力和外生菌根丰度下降,外生菌根真菌群落结构组成改变;3丛枝菌根真菌群落结构组成改变,但氮沉降对丛枝菌根真菌的多样性和对腐生真菌的影响结果存在较大争议;4细菌群落结构组成改变,贫营养细菌丰度下降,富营养细菌丰度上升;5土壤微生物活性下降,某些功能基因丰度下降,对复杂有机碳、氮的代谢能力下降。同时,相关研究报道表明:氮沉降可以直接或通过降低土壤p H,增加微生物的碳限制,改变底物的数量和质量等途径间接对微生物生物量和群落结构产生影响。     

AMF对间套作体系中植物-土壤-微生物相互作用的影响及机制

丛枝菌根真菌（AMF）能与自然环境中的多数陆生植物互利共生。间套作种植作为增加农田生态系统生物多样性的重要措施，能显著提高植物对农田环境中多种资源的利用率。在间套作体系中，AMF通过对农作物和土壤环境的影响，提高农田生态系统的经济产量并促进其可持续发展。本文从AMF对宿主植物根系特征的影响、AMF对宿主植物根际微生物群落结构功能的影响、AMF在改善土壤结构提高土壤肥力方面的作用、菌根植物间共生菌丝网络的养分资源传递分配等方面，阐述AMF对间套作体系中植物-土壤-微生物相互作用的影响及其机制，为AMF在农业方面的进一步应用提供理论基础。     

官厅水库水体及底泥中硝化功能细菌的群落多样性研究

为了探讨水生生态系统中生物脱氮的硝化功能菌群(氨氮氧化细菌和亚硝酸氮氧化细菌)在水体和底泥样品中群落多样性的差异,采用变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术对官厅水库的水体和底泥微生物群落进行了检测.结果表明:不同采样点的水体中进行硝化微生物优势菌群相似,底泥中进行硝化微生物优势菌群也类似,但水层和底泥中的优势硝化菌群相比有明显差异,环境变化导致群落结构发生了演替.多样性分析显示:氨氮氧化细菌在水层和表层底泥样品的多样性水平差异不大,而亚硝酸氮氧化细菌在底泥中的多样性与水层相比明显降低,表明对外界供氧量响应显著.     

氮沉降对土壤动物影响的研究进展

土壤动物是生态系统的分解者,在维持物质循环和能量流动方面起着重要作用,人类引起的氮沉降对土壤动物的组成和结构产生了巨大影响。通过研究发现,在自然生态系统,模拟氮沉降会降低土壤动物的多度和多样性,但是在人工(如农业)生态系统中氮素添加会增加土壤动物的多度和降低其多样性。氮素添加对人工生态系统中线虫多度的促进效应存在阈值效应。氮沉降对土壤动物组成和结构的影响主要通过2种:1)氮素添加后土壤铵离子浓度增加,其对土壤线虫产生直接的抑制效应;氮素添加导致土壤酸化进而影响土壤线虫的多度和多样性;2)氮素添加通过改变其它生物(如植物、微生物)群落而间接的影响土壤动物。     

水生高等植物对湖泊生态系统的影响

从多种角度分析了水生高等植物在湖泊生态系统中的作用以及和其它生物的关系,并从覆盖率、群落结构、植物配比等角度讨论了湖泊水生高等植物的最佳保有生物量。表明水生高等植物在湖泊生态系统中具有重要的环境生态功能和初级生产功能,水生高等植物的消退与过量生长都会导致湖泊生态系统生物多样性下降、生态系统变得脆弱和不稳定;维持湖泊生态系统良性循环,水生植物的生物量至少要大于1000g/m2,水生植物的覆盖度要大于30%,除了控制水生植物在水体中的总体生物量,还应重视挺水植物、浮叶植物、沉水植物和漂浮植物之间生物量的合适比例,并需密切注意水生植被群落结构的变化情况。     

模拟氮沉降对杨树人工林土壤微生物群落碳源利用类型的影响

【目的】探究氮沉降对杨树人工林土壤微生物群落特征的影响。【方法】以江苏省东台地区沿海杨树人工林为对象,采用Biolog ECO微平板技术,设置4种氮添加水平:N0(0 kg/(hm²·a))、N1(50 kg/(hm²·a))、N2(100 kg/(hm²·a))、N3(150 kg/(hm²·a))模拟不同浓度氮沉降,经过2 a生长季(5—10月)处理,测定杨树林土壤微生物群落碳源利用变化情况。【结果】N2处理可以增强杨树人工林土壤微生物对碳源的代谢能力,氮添加浓度过高则会产生抑制作用; 土壤中微生物对胺类和酚类利用程度表现出较大差异,其中,酚类在高浓度氮处理(N3)时利用程度最高,胺类在低浓度氮(N1)条件下利用程度最高; 硝态氮和平均颜色变化率(AWCD)、Shannon多样性均具有显著正相关性(P<0.05),微生物代谢水平及其结构变化受到硝态氮影响较大。主成分分析表明,PC1和PC2可以表示施氮对微生物群落代谢多样性产生的差异,其中,PC1的方差贡献率最大,碳水化合物、酚类呈负相关(碳源相关系数分别为-0.869、-0.780),氨基酸、羧酸呈正相关(碳源相关系数分别为0.702、0.821),是起主要分异作用的碳源; PC2涵盖了聚合物和胺类两种碳源大类,其中聚合物呈负相关(相关系数为-0.688),胺类呈正相关(相关系数为0.802)。【结论】氮添加会导致杨树人工林土壤微生物群落对碳源利用类型改变,土壤中硝态氮含量与微生物生长代谢及功能多样性呈显著正相关; 六大类碳源中碳水化合物、羧酸是影响土壤微生物群落功能多样性的主要碳源。 关键词:氮沉降; 土壤微生物; 碳源代谢; 群落功能多样性; 杨树人工林     

氮沉积效应对植物生长及土壤微生物群落结构的影响

从美国迷尼苏达大学Cedar Creek生态科学研究保留地的BioCON(Biodiversity,CO2,Nitrogen)试验田取得24个样品对氮沉积效应进行研究.通过添加氮肥的方法模拟了氮沉积效应对植物生长和土壤微生物群落结构的影响,并运用功能基因芯片技术得到了一些实验结果:氮肥的施加对地上植物生物量增长有促进作用,但会对植物根部的生长产生不良影响;氮肥的添加会使土壤中微生物群落结构发生改变,使得添加了氮肥的土壤样品中的微生物群落结构变得简单化,而且这种改变是显著的;在置信度为95%的情况下,参与氮循环的功能基因在施加氮肥的样品中的丰度比未施加氮肥样品中的基因丰度要低.另外,还研究了各个样品中微生物群落结构变化与环境因子之间的关系.     

氮沉降对微生物分解森林地上凋落物过程的影响

森林生态系统凋落物被微生物分解的过程影响整个土壤碳库的碳来源及稳定性,在氮沉降全球化的趋势下因试验树种、试验方法、试验时间等不同因素导致森林地上凋落物分解产生了促进、抑制和无影响等3种响应。氮沉降对凋落物分解的影响主要通过3种机制实现:①不同浓度的氮沉降对凋落物中纤维素和木质素分解的影响不一致,原因可能是外加低浓度氮时,与之相关的真菌和细菌的生物量、活性会升高,高氮时则反之; 也有部分研究表明氮沉降一般促进含木质素少抑制含木质素较多的凋落物的分解; ②氮沉降对微生物产生的胞外酶活性影响也不一致,所以微生物酶对凋落物分解速率影响不同; ③通过对微生物的生物量、多样性、群落组成以及生态化学计量比等的影响,氮沉降也会影响凋落物分解木质素、纤维素等化学物质的过程。     

永定河山峡与城市段微生物群落结构季节变化

微生物是河流生态系统的重要组成部分，其群落结构会随着时空差异发生改变. 本研究于8月和11月分别采集永定河山峡段和城市段12个点位的样品，采用高通量测序技术研究其群落结构组成及季节演替情况，共检出微生物38门864属，其中蓝细菌门（Cyanobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）在群落结构组成中占主要优势. 在时间与空间变化中，8月与11月，山峡段与城市段的永定河微生物群落结构都表现出明显差异，总体来看，8月水体的微生物多样性高于11月份，季节变化使得山峡段微生物群落结构发生了较大变化，而对城市河段的影响不大. 此外，人类活动没有对城市河流的群落多样性造成显著影响，但会使得群落的丰富度显著降低.      

互花米草凋落物分解微生物的群落组成和多样性对模拟增温和增氮的响应

为了探究互花米草凋落物分解微生物群落对全球变暖和氮输入增加的响应特点,采集天津滨海湿地原生态土壤和互花米草叶片凋落物,通过模拟增温和增氮的交互实验,分析不同实验处理条件下互花米草凋落物可培养细菌和真菌的数量、群落组成和多样性的差异及土壤因子对土壤微生物群落的影响.结果显示：(1)增温使互花米草凋落物可培养细菌数量减少,真菌数量增加,细菌和真菌群落的多样性均降低.(2)中等增氮水平提高了细菌和真菌数量及群落多样性.(3)增温响应比结果表明,氮输入增加可影响增温对互花米草凋落物细菌和真菌数量及群落多样性的作用.(4)土壤有效磷含量、亚硝态氮含量和硝态氮含量对细菌群落组成有显著影响,土壤铵态氮含量、亚硝态氮含量、有效磷含量和硝态氮含量对真菌群落组成有显著影响.本研究表明,全球变暖和氮输入增加将对分解滨海湿地植物凋落物的微生物群落产生显著影响,这将改变滨海湿地中微生物驱动的物质循环模式.     

喀斯特适生植物的共生微生物的研究进展

笔者通过对喀斯特适生植物根际土壤、根部和叶片等微生物群落特征的实验分析,发现喀斯特适生植物与多种已知可促进宿主植物抗逆的微生物共生。同时,还通过对喀斯特生态环境的土壤特征、植物共生微生物的生理生态作用等研究的梳理,并提出:共生微生物可以帮助宿主植物适应盐、旱等多种不利环境;喀斯特适生植物的共生微生物在生态保护和农业生产方面具有重要的应用价值;目前石漠化的治理方式不应只注重乔灌草的搭配,还应考虑生态系统中植物与微生物间紧密的相互作用及土壤、微生物与植物的相互影响。     

鱼菜共生系统中植物根系微生物及氮转化影响因素研究进展

鱼菜共生系统是指水产养殖技术与水耕栽培结合的一种绿色养殖新模式.该系统内的微生物参与不同类型的氮循环,调节养殖水环境,其中植物根系微生物在鱼菜共生系统中同样发挥着重要的作用.在鱼菜共生系统养殖新模式的研究中,由于水生动物、菜种类繁多、环境多变、共生系统设计多样,导致植物根系微生态群落的研究面临巨大的挑战.本文在总结鱼菜...     

人类活动干扰下大型底栖动物功能多样性评价

分析物种多样性、群落分布和功能多样性之间关系,对于了解生态系统功能,预测生态系统发展方向具有重要作用.本研究以白河南阳段为例,设置5个典型生态采样点,包括上游鸭河大桥和观音寺,流域组成以农田为主,干扰较少;中游泗水河桥流域组成为乡镇,主要受农村生活用水排放影响;下游沙岗和四坝,流经南阳市主城区,主要受城市生活用水排放影响.分别分析评价了5个样点大型底栖动物的物种多样性、功能多样性、群落分布状况以及三者之间关系.结果表明,泗水河桥和四坝受城镇生活用水的影响,水质有了明显的变化.5个样点间物种多样性指数和功能多样性指数未发现显著性差异.但是,通过群落分布排序发现,从上游起点鸭河大桥到下游终点四坝,各个样点的底栖动物群落结构已产生明显差异,鸭河大桥与四坝间的差异最为明显,泗水河桥也显示了与其他样点不同的群落分布特征.香农威纳指数与Rao二次熵指数和功能分散度指数之间密切相关,表明物种多样性的高低可以反映生态系统的生产力和稳定性.因此,对河流生态系统功能进行研究时,群落分布同样重要,它能够反映生态系统的细微变化,为生态系统未来功能的变化方向提供依据.     

增温和增氮对天津滨海湿地土壤可培养细菌群落组成及多样性的影响

全球变暖和氮输入增加是全球变化的两大重要方面,对全球生态系统均有深刻的影响.为探究全球变暖和氮输入增加对天津滨海湿地不同深度土壤可培养细菌群落组成及多样性的影响,采集天津滨海湿地0-10 cm和10-20 cm的湿地原生态土壤进行模拟增温和增氮交互实验,分析不同处理间土壤理化性质指标、土壤可培养细菌数量、土壤可培养细菌群落组成和多样性的差异,应用冗余分析探究土壤细菌群落组成与土壤理化因子间的相关关系.结果表明:增温和增氮对天津滨海湿地不同深度土壤各理化性质指标有显著影响;增温使土壤可培养细菌数量增加,但对土壤可培养细菌群落多样性有负面影响;不同深度土壤的可培养细菌数量和多样性对增氮的响应有所不同,总体上0-10 cm土壤可培养细菌数量和多样性随氮输入的增加先升高再降低,10-20 cm土壤可培养细菌数量和多样性随氮输入增加而提高.揭示了滨海湿地土壤细菌群落对全球变暖和氮输入增加共同作用的响应特点,为更好保护滨海湿地土壤微生物群落,有效发挥其在滨海湿地生态系统中的功能提供了理论依据.     

纳米氧化锌颗粒对滨海湿地微生物群落的影响

利用滨海湿地模拟系统研究纳米氧化锌颗粒(ZnO NPs)对滨海湿地周期淹水区和长期淹水区微生物群落组成和多样性的影响，采用16S rRNA扩增子测序查明发生显著性变化的微生物。结果表明：ZnO NPs暴露下微生物群落的相对丰度和多样性均受到不同程度的影响；ZnO NPs质量浓度的大小是驱动滨海湿地环境中微生物群落相对丰度、β多样性变化的重要原因。随着ZnO NPs质量浓度的增大，ZnO NPs团聚后增大的纳米材料颗粒粒径减弱了对微生物群落的影响；β多样性在ZnO NPs质量浓度为80 mg/L时最低；周期淹水区的微生物群落受到的影响比长期淹水区微生物群落受到的影响小，不同淹水条件导致出现不同分类水平的显著差异细菌；周期淹水区和长期淹水区不同的环境条件(如溶解氧、有机质)导致微生物群落丰度、多样性受ZnO NPs的影响表现不同。     

微生物相互作用研究进展：从观察到预测?

地球上的微生物有着极高的丰富度和多样性.它们的生命活动和相互作用对维持生态系统稳定性起到关键作用;生存在宿主体内的微生物对其宿主的健康有重要影响.第二代测序技术的发展使得科学家获得了大量的关于微生物群落和功能基因组成的数据;而微生物群落和生态系统生态学的重点,正在从获得观测数据转变到理解微生物相互作用过程,并预测群落结构和功能的动态变化.近年来发展了很多针对第二代测序数据的算法和数学模型,以推测微生物种间相互作用网络,但这种自上而下的研究仍存在局限性.自下而上的实验研究可以对微生物种间作用进行直接验证,并帮助我们理解更高层次上的生态学模式和过程.与此同时,基于数学分析或模拟的理论研究展示了微生物相互作用的动态及其对群落动态和功能的影响.今后的研究应该结合观测数据、实验验证、理论模型多种研究方法,增进我们对微生物种间相互作用的理解并做出预测,以应对全球气候变化、传染病暴发、抗生素抗性进化等诸多挑战.     

植物功能多样性及其在苔藓植物中应用的研究

植物功能多样性是影响生物多样性和生态系统功能的关键性因素.如何量化不同生态系统中的植物功能多样性,对于研究生物多样性与生态系统功能之间的关系至关重要.综述了功能多样性的概念、关键指标的测定方法在维管植物和苔藓植物中的研究进展,分析了苔藓植物功能多样性的研究趋势,为生态学同行开展苔藓植物功能多样性研究提供了比较系统的参考资料.     

科技要闻

揭示氮沉降对热带亚热带森林植物多样性影响近日,在发现氮沉降可能降低热带亚热带地区富氮森林植物多样性现象的基础上,中国科学院华南植物园生态系统管理研究组莫江明研究员等通过在鼎湖山国家级自然保