"植物-土壤"相互反馈的关键生态学问题:格局、过程与机制

植物与土壤之间相互反馈的格局、过程与机制,不但是决定生态系统结构、功能及过程的关键科学问题,而且是陆地生态系统响应全球变化的重要组成部分。基于目前国内外研究现状,从养分循环角度剖析“植物-土壤”间的反馈效应,探明相互反馈在空间尺度(根面、根际、种类、生态系统以及区域等)与时间尺度(秒至千年)上的级联效应及其变化格局;阐明根际、植物种类、生态系统及区域地理等水平上“植物-土壤”的相互反馈机制,重点揭示根系分泌、共生、生长及代谢的根际界面过程对植物水分/养分吸收与土壤物理学修饰的调控机制,剖析“植物种类-凋落物化学-土壤生物-土壤有机质”相互作用对地上-地下养分循环过程的驱动机制,运用“上行-下行控制理论及腐屑食物网模型”揭示地上-地下生物群落交互作用的过程与机制,以及土壤地质演变(岩石风化模式、土壤形成模式及土壤养分格局的变化)与区域植被演替(优势种更替及植被分布模式、地上-地下凋落物输入格局等的变化)相互反馈的过程与机制;从“植物-土壤”相互反馈的理论视角,分析生态退化与恢复、外来物种生态入侵、大气氮沉降、二氧化碳浓度升高以及植物多样性减少等全球生态问题的特征、形成机制以及可能的应对策略,揭示生态系统“地上-地下”相互反馈的生态学过程,以及陆地生态系统对全球生态环境变化的响应特征与机理。     

豫境汉水流域水土流失特征及其治理对策

豫境汉水流域的水土流失面积占土地总面积的34．4％，以轻度和中度侵蚀为主，有面蚀、沟蚀和重力侵蚀3种类型，其中面蚀主要发生于坡耕地区，沟蚀主要发生于海拔500m以下的丘陵区，重力侵蚀主要发生于暴雨中心区．较为严重的水土流失，导致了诸多方面的危害，例如破坏耕地，减少耕地面积，导致肥力下降；淤塞水库和河道水体，降低蓄水和航运效益；植被覆盖率下降，环境恶化，洪水和干旱灾害频繁发生．水土流失的成因主要是地势陡峻，降雨量大，暴雨集中；过度开垦荒地，坡耕地比例较大；过度伐林放牧，植被破坏较为严重，植被覆盖率较低；采矿筑路施工过程中防护不力，诱发水土流失．针对上述水土流失的特征和成因，应采取政策、法规、行政、经济和技术等多方面的具有针对性的对策加以治理．     

苏门答腊金合欢群落叶蒸腾作用和水分状况的研究

本文对厦门地区苏门答腊金合欢群落叶蒸腾作用和水分状况以及它们与生态因子的关系进行了研究,该群落叶蒸腾强度平均值为 477.9 mg·g~(-1)(FW)·h~(-1)。其蒸腾强度的日变化受土壤含水量和气候因子的综合影响,但在不同时期的影响程度不同。其蒸腾强度的季节变化与土壤和叶片本身的含水量呈正相关,与后者的相关系数是 0.96。该植物叶片束缚水量,束缚水与总水量比值,水势均与气温呈负相关,其数值均高于乡土耐旱树种相思树。     

林木根际微生态过程与细根寿命调控机制研究进展

细根在森林生态系统中具有重要的生物学和生态学地位。细根寿命取决于树种本身,也受控于环境条件。根际作为植物、土壤与微生物三者交互作用的区域,其中的微生态过程对细根寿命的调控具有决定意义。笔者基于当前国内外细根寿命调控的主要因素,分别从根际碳沉积与根际微生态过程、根系对根际微生物群落构建的影响、根际微生物对细根寿命调控的可能机制3个方面对根际微生物与根系的互作效应,及其对细根寿命调控机制的相关研究进展进行综述。在此基础上,提出了:①酚酸介导的植物-微生物化学对话机制是未来根土互作研究的重要领域;②根系与微生物互作主要以光合产物碳作为枢纽,根际碳沉积促进了土壤微生物在根际的定殖,进而导致根际的微生物群落在组成和结构上与非根际土壤的呈现显著差异;③根土互作过程中由根系和根际微生物产生的信号物质可能对根系的生长发育产生显著影响;④作为细菌的主要群感信号分子,酰化高丝氨酸内脂(AHLs)可参与调控根系细胞的凋亡;真菌侵染根系后也可能导致根内活性氧(ROS)累积,进而调控根系细胞凋亡。目前未见根际微生物参与根系寿命调控的研究报道。建议进一步构建细菌群落演变-群感信号表达-细根寿命关系模型,以及真菌侵染-活性氧信号内稳态调控-细根寿命关系模型,这些对深入揭示林木细根衰老和凋亡的微生态调控机制具有重要理论意义。     

Response of soil heat-water processes to vegetation cover on the typical permafrost and seasonally frozen soil in the headwaters of the Yangtze and Yellow Rivers

The response of soil temperature and moisture to vegetative cover in the active layer of permafrost and seasonally frozen soil were assessed and compared. Soil temperature and moisture, under a range of vegetation covers (92%, 65% and 30%) in the permafrost and vegetation covers (95%, 70%―80%, 40%―50% and 10%) in the seasonally frozen soil, were measured on a daily basis. A decline in vege-tation cover led to a decrease in the integral of freezing depth of active permafrost layer, but an in-crease in seasonally frozen soil. The maximum invasion depth and duration of the negative isotherm during the frozen period and of the positive isotherm during the non-frozen period clearly increased when vegetation cover declined. With a reduction of vegetation cover, the soil moisture in the active layer of the permafrost decreased for depths of 0.20―0.60 m, but increased for depths of 0.60―0.80 m, while for seasonally frozen soil, soil moisture of the entire profile (0.10―1.20 m) increased. Variation in vegetation cover alters soil heat-water processes, but the response to it is different between permafrost and seasonally frozen soil.     

内蒙古草原锡林河流域植物群落生物量及多样性沿土壤水分含量梯度的变化

在内蒙古草原锡林河流域土壤水分含量梯度上,测定土壤含水量并调查植物群落样方,探讨植物群落生物量及多样性沿水分梯度的变化.发现植物群落地上生物量和物种丰富度与土壤含水量之间呈显著的单峰关系;而香侬威纳指数和Pielous均匀度指数与土壤含水量之间不存在显著的相关关系.植物群落物种丰富度和香侬威纳指数与地上生物量之间呈显著的正相关关系;而Pielous均匀度指数与地上生物量之间不存在显著的相关关系.结果表明土壤含水量对半干旱草原植物群落的丰富度和生产力的影响极为显著,但不同土壤含水量对群落均匀性的影响有限,说明除土壤含水量外还有其他因素影响草原植物群落的结构.     

陆栖线蚓研究概况

线蚓为世界性分布的小型寡毛类,是环带动物中包含物种较多的一个科,目前全球已记录的线蚓约32属700余种.该科动物一般生活在土壤的表层,广泛分布于陆地生态系统中,是土壤生态系统中无脊椎动物的重要组成部分,特别是在沼泽地、北方针叶林、苔原带.它们以微生物和腐殖质碎屑为食,对土壤有机质分解和养分矿化等生态过程起到重要调节作用.文中详细介绍了目前国际上以及中国陆栖线蚓分类和系统发育研究历史和现状,指出线蚓分类学研究依然存在很多问题,如研究滞后、研究区域不平衡、以形态分类为主,系统发育研究不透彻等;在线蚓群落结构与环境因子的关系研究方面,指出线蚓群落分布的影响因素是多样的,线蚓对干燥敏感,其分布主要取决于土壤含水量;同时,对线蚓在生态系统中的功能进行概述,指出线蚓是评估土壤生态系统健康与否的理想指示类群,也是评价全球气候变化的理想生物.最后分析了该领域目前存在的困难和问题,探讨了未来的一些研究方向.     

杭州雨水花园植物应用现状研究

【目的】运用实地调研法,针对已建成的城市雨水花园项目,从植物资源应用的角度进行多指标调查评价,分析存在的问题,为相关研究提供参考。【方法】依据杭州市雨水花园分布情况,选取17个代表性雨水花园,从植物资源的总体应用现状、植物观赏特性、不同场地植物种数及结构模式、不同雨水处理区植物生态特性和种类等方面进行研究。【结果】①雨水花园灌木和草本的种类较多,草本植物数量最多,乔木应用较少;②在蓄水区以耐干旱、耐水湿、抗污染能力及净化能力强的植物为主,在缓冲区以较耐干旱、耐短期水湿及抗雨水冲刷能力强的植物为主,在边缘区以较耐干旱、较耐水湿的植物为主;③植物有66种,隶属于36科51属,被子植物种类最多,占比在90%以上;④应用较多的主要有禾本科、蔷薇科、莎草科、杉科、豆科植物;⑤草本植物以多年生为主,灌木的常绿和落叶比例相差不大,乔木以落叶植物为主;⑥观花植物占比最大(53.03%),色系较丰富,其中紫色系和白色系植物最多。【结论】杭州市雨水花园植物资源总体应用现状良好,但也存在部分问题有待改进。本研究将为雨水花园植物资源的应用和优化提供启示和借鉴。     

三峡库区嘉陵江岸生优势须根系植物根系对土壤抗冲性的增强效应研究

对三峡库区嘉陵江江岸植被的12种优势须根系草本植物进行了研究,考察了各种植物根系对土壤抗冲性的增强作用,并利用WinRHIZO根系分析系统对各种植物根系的形态学指标进行了分析.结果表明:12种须根系植物对土壤抗冲性均有显著的增强效应,不同植物种对于土壤抗冲性增强的贡献大小不同,贡献大小与根系特征密切相关.建立了各种植物对土壤抗冲性增强值与根系生物量及形态学指标之间的回归关系,推荐了几种适用于江岸稳定和水土保持控制的具有推广价值的高土壤固持能力的植物物种.     

植物根际促生菌作用机制及在辣椒栽培中的应用

植物根际促生菌（PGPR）是一类可以显著提高植物生理指标和防治植物病害的天然土壤细菌.PGPR可通过固氮、溶磷、分泌铁载体、产生植物激素、分泌抗菌物质和诱导系统抗性等,来发挥直接作用机理和间接作用机理.PGPR菌剂在很大程度上可以替代有机肥的使用,在辣椒栽培中施用PGPR可显著提高辣椒植株体内的氮、磷、钾含量,从而提高辣椒植株的株高、根长、干重和鲜重.利用PGPR菌剂对辣椒进行灌根处理可有效防治辣椒病害和提高辣椒产量.该文论述了植物根际促生菌的作用机制及其在辣椒田间栽培中的应用,并探讨了PGPR作为生物菌剂防治植物病害的应用潜能,可为生态农业的发展提供新思路.     

南京典型城市道路植物多样性与土壤因子的耦合关系

目的 植物-土壤系统的作用机制复杂,揭示城市道路绿地植物群落正向演替的限制因子,筛选配置最优的植物群落类型,为城市道路绿化景观再设计提供数据支撑,也为城市道路绿化带土壤管护提供理论指导。方法 以南京市大气污染程度排名前列的3条城市道路(江北大道、诚信大道和仙林大道)为研究对象,选取典型的植物群落进行实地勘察和土壤采样分析,根据植物的生活型划分群落类别(单层群落、双层群落、3层群落和4层群落),采用灰色关联度分析方法测算不同类型群落的物种多样性与土壤因子的耦合关系。结果 随群落层次结构的增加,城市道路绿地的植物群落物种多样性水平呈现升高趋势。4层群落的土壤含水率普遍较高;土壤有机质、土壤全氮和土壤速效钾的含量随群落层次的增加呈现增大趋势。土壤因子更易影响植物的分布,而对植物种类的影响最小;土壤全钾、土壤容重、土壤有机质、土壤全氮、土壤全磷和土壤pH是植物生长的主要限制因子,平均关联系数均大于0.90,与物种多样性的关联度极强。随群落层次结构的增加,物种多样性与土壤因子的耦合度增大。结论 结构层次丰富的植物群落,其生态系统稳定性强,因此,城市道路绿化景观建设中,在考虑环境条件和交通需求的基础之上,植物群落的构建应首先推荐结构丰富的4层群落。     

林地土壤水分研究概述

土壤水分的动态变化是诸多环境因素综合作用的反映。准确掌握土壤水分动态变化规律,对我们实施的各项生态环境治理工程具有科学的指导意义。它也是生态效益的一个重要衡量因子。本文简要介绍林地土壤水分的入渗性、植被对土壤水分的影响,以及林地土壤水分的季节和垂直变化规律。     

雅鲁藏布江巨柏分布区植物群落特点、分布与环境解释

在植物群落和环境特征的野外调查观测基础上，通过双向指示种分析(TWINSPAN)聚类和典范对应分析(CCA)排序的方法，研究了巨柏(Cupressus gigantea)分布区植物群落分布及与环境的关系．结果表明:巨柏分布区植物群落结构简单，可分为3类，包括巨柏群落、巨柏-白莲蒿(Artemisia sacrorum)群落和高山松(Pinus densata)群落．CCA排序结果显示:第1排序轴与海拔和土壤含水量、密度、质地关系显著，主要反映水热和土壤条件的影响；第2排序轴与纬度、坡向和土壤磷含量、年降雨量、土壤全钾、土壤氮磷比相关，主要反映土壤营养、降水和光照条件的变化．影响该区域群落分布变化的主要原因是海拔和坡向变化造成的水热差异，以及土壤理化性质的不同．巨柏群落、巨柏-白莲蒿群落、高山松群落分布的主要海拔范围分别为3 000~3 400、>3 400~3 500、>3 500~3 600 m．研究结果为深入认识巨柏分布区的植物群落环境特征提供了科学参考，有助于更加有效地保护巨柏植物资源．      

桂北罗汉果组培苗水田种植的理论依据及生态学意义

罗汉果在长期的个体发育过程中形成了对环境条件有一定要求,传统的罗汉果在天然林间伐的空地种植有许多不足,容易引起生态问题。最近几年随罗汉果组培苗在水田种植的成功推广,带动果农走向了致富之路。就生态保护和发展罗汉果经济而言,罗汉果下山转移到水田种植是对山区生态系统的协调保护和发展当地经济的好办法,原果地废弃后三到五年次生林数量显著增加,林下植物生长较快,土壤含水量及有机质有所提高。水土流失减少,滑坡危险系数减少,在罗汉果种植区有很好的可行性。     

荆州城市公园植物群落多样性研究

目的分析荆州城市公园植物群落物种多样性,为荆州及周边地区城市公园绿地规划和植物多样性保护提供参考依据.方法采用典型样方法,对荆州市7个城市公园选取235个样方开展植物多样性现状调查,分析其群落特征.结果荆州城市公园植物物种丰富,共有植物96科248属351种,植物群落优势种明显,植物多样性总体趋势依次为:灌木层,乔木层,草本层,但各公园之间又有差异,以中山公园和荆襄河湿地公园为最高;植物多样性指数大小依次为:综合公园,带状公园,专类公园.结论荆州城市公园植物群落物种组成较为丰富,物种多样性较高,但专类公园植物单一性较高,故选择适宜的植物品种,增加乡土植物的运用,提高群落的稳定性.     

Soil fungi of three native tree species inhibit biomass production and shift biomass allocation of invasive Mikania micrantha Kunth

Soil microbes contribute to native plant species successful resistance against invasive plant.Three native tree species,Heteropanax fragrans (HF),Cinnamomum burmanii (CB),and Macaranga tanarius (MT) were effective in controlling the notorious invasive vine Mikania micrantha (MM).Biomass production and allocation patterns (shoot/root biomass ratio (shoot/root)) are important indicators of MM climbing coverage and competitive light-capturing capacity.An investigation was conducted to test the role of soil microbes associated with the three native tree species to inhibit MM biomass production and shift MM shoot/root.Rhizosphere soils originating from preculture HF,CB,MT,and MM plots were collected separately for use as inocula.The inocula were mixed with sterilized river sand at a 1:9 (w/w) ratio to grow MM.The fungicide carbendazim (methyl benzimidazol-2-ylcarbamate) was applied to half the treatments to kill pathogenic soil fungi.Two nutrient levels were established based on the natural soil nutrient concentration from a field stand invaded by MM.MM were grown from seeds in a glasshouse,harvested 15 weeks after sowing,and separated into shoot and root portions.Results showed that under interaction of soil origin and nutrient levels,MM biomass production was unchanged,but biomass allocation patterns were significantly different.MM biomass production grown in the three native tree soils under two nutrient levels was similar or higher than MM biomass production in MM conspecific soil,indicating the absence of species-specific pathogens that inhibited MM biomass production in native tree soils.However,in both conspecific and tree soils,MM biomass production was significantly reduced in the presence of pathogenic soil fungi,i.e.MM experienced significant fungal inhibition,demonstrating the pathogenic soil fungi promoted native tree resistence to MM.MM exhibited decreased shoot biomass allocation when cultivated in native tree soil relative to MM conspecific soil under field stand nutrient level conditions.Reduced resource allocation to shoot biomass could result in diminished capacity to climb,cover,and subsequent smother to native trees,and reduced surface area exposed to available light.Following fungicide application,significant biomass allocation differences disappeared,suggesting the native tree soil fungi were responsible for decreasing MM shoot biomass.The overall results indicated tree soil fungi serve an integral role in controlling invasive MM through fungal inhibition on MM biomass production,and shifts in MM biomass allocation patterns.     

宁杭高铁不同乔木覆盖下侵蚀强度季节差异

高铁线路边坡具有跨度大、跨地貌多、治理耗时长的特点,以宁杭高铁江苏段为例,宁杭高铁已正式运营7年,自然恢复条件下土壤流失现状的调查和研究可以为水土流失的综合治理提供指导意见。对2018年3月—2019年2月典型样地土壤抗冲性、抗剪性、土壤理化性质、侵蚀强度进行了季度监测。选取4处扰动后的缓地样地,以及相邻处的原状样地,样地植被类型主要为刺槐(Robinia pseudoacacia L.)、马尾松(Pinus massoniana Lamb.)、榉树(Zelkova serrata(Thunb.)Makino)、女贞(Ligustrum lucidum),研究表明:①全量元素和有机质变化趋势呈现春夏渐增、秋冬渐衰的趋势。马尾松、刺槐养分水平较高,女贞、榉树养分水平偏低,但养分含量稳定性较优良;②抗冲刷指数与抗剪性指标全年变化趋势为春夏季下降,秋冬季上升,马尾松和刺槐林分抗冲抗剪性较为优良;③夏季土壤侵蚀强度高于春季、秋季、冬季,马尾松和刺槐林分土壤侵蚀强度较小;④土壤含水率、降雨量、降雨强度、全磷含量、抗冲刷系数、抗剪性、草本植被覆盖度和土壤侵蚀强度具有较强的相关性,降雨强度、含水率和日最大降雨量、有机质、覆盖度、抗剪性和抗冲刷系数对土壤侵蚀的贡献率较高。     

上海人工林林下木本植物更新格局及其影响因素

以上海市中心城区和外环绿带人工林为对象,于2007—2009年采用法瑞学派调查法和每木调查法相结合,共计调查典型样地908个,测定记录林下更新层木本植物的种类、数量、盖度及其生境特征,分析更新层物种组成及出现频率、不同群落类型及结构特征,并探讨影响其多样性格局的主要限制因子.结果表明:①人工林样地更新层木本植物丰富度普遍高于林木层,针阔混交林和常绿落叶阔叶混交林更新层多样性较最高,乔—灌—草结构和乔—草结构更新层物种多样性高于灌—草结构;②林下更新层共出现木本植物101种,占林木层总种数的65.1%,其中常绿树种33种,落叶树种68种,出现频率≥1%的有36种,生活型以落叶阔叶乔木为主,乡土物种占75%,女贞(Ligustrum lucidum)和香樟(Cinnamomum camphora)出现频率最高,分别为58.6%和53.7%;③种源、种子散布方式、光照强度、土壤湿度和草本层盖度等生境因子是人工林林下自然更新的主要限制因素.     

抗逆性灌木树种--银莓的引种及抗性评价

银莓Elaeagnus commutataBernh(silverberry)是加拿大和北美大部分地区的乡土灌木树种,具有抗风沙、抗干旱、耐瘠薄、耐盐碱、耐寒等多项优良特性.从银莓的种子处理、苗木培育、田间抗逆性试验、组织培养及营养成分分析等几方面入手,对银莓在吉林省西部引种试验的研究现状及初步结果进行了报道.研究结果表明:银莓可在吉林省安全过冬,具有较强的抗逆性,可以作为吉林省西部荒漠化治理和生态工程建设的一种较为理想的引进灌木树种.     

井冈山大学校园湿地松人工林植物多样性研究

植物多样性对于区域生态平衡和生态功能的维护以及生物资源的可持续性有重要意义。湿地松(Pinus elliottii)是我国南方丘陵区主要的造林树种,具有显著的经济效益,且发挥着维护生态环境的重要作用。本试验对井冈山大学校园湿地松人工林的植物多样性进行研究,结果表明湿地松人工林的植物物种有37种,Margalef物种丰富度指数(12.302±1.450)与江西省吉安县湿地松人工林的物种多样性丰富度指数相近,Shannon-Wiener多样性指数(0.444±0.219)和Simpson多样性指数(0.972±0.011)均低于相同气候区湿地松人工林植物多样性指数,说明试验区湿地松人工林群落结构单一,不利于植物群落的稳定和正常生态功能的发挥。应合理配置一些阔叶树种来形成异龄混交林结构,以提高植物多样性、系统稳定性及生态系统服务功能。