本文概括性地介绍了土壤生物类群的多样性及其在生态系统中的作用; 同时简要地回顾和比较了国内外在土壤生物学方面的研究动态, 分析了土壤生物学今后的发展趋势。鉴于土壤生物在生态系统中的重要性以及我国在土壤生物学研究方面的不足, 《生物多样性》本期刊登了一系列有关土壤生物的文章, 目的是为了使国内科学家对土壤生物多样性在生态系统中的作用有更好的认识, 并希望能够唤起更多的年轻学者加入到土壤生物学研究的行列, 以推动土壤生物学在我国的迅速发展并将土壤生物学的研究成果应用于国民经济的发展中。

土壤线虫的物种多样性和功能群丰富, 不同功能群的土壤线虫取食习惯也不一样, 而土壤线虫取食习惯的多样性以及它们自身的一些属性决定了它们在土壤中与其他生物之间关系的复杂性。土壤中不同生物之间的相互作用决定了土壤食物网的复杂性, 进而影响着土壤生态系统功能。然而, 有关土壤线虫的多样性与土壤生态系统功能之间的关系的研究还很不足。要全面了解土壤线虫在生态系统中的作用, 研究工作必须: (1) 结合室内模拟和野外控制实验; (2) 结合物种多样性调查和不同功能群的功能分析。

近二十多年来, 土壤动物的生态功能受到广泛重视。越来越多的证据表明, 土壤动物和微生物间的相互作用对土壤生态系统过程和植物生长起着重要的调节作用。本文综述了食细菌线虫和食真菌线虫对土壤微生物、土壤氮矿化和植物生长的影响。大量研究发现, 食细菌线虫和食真菌线虫都有助于土壤氮素等养分矿化, 从而促进植物生长。这种作用主要是线虫通过取食活动加速微生物周转, 并通过代谢分泌和释放微生物所固持的养分而实现的。但这种作用会因不同的线虫、微生物和植物的种类以及土壤基质的C/N营养状况而异, 此外还受线虫的营养类群及其与其他土壤动物之间复杂关系的影响。今后应该加强以下几方面的研究: (1)深入研究线虫、微生物和植物之间相互作用的机制; (2) 增加控制实验系统的复杂性, 研究线虫不同功能群之间及其与其他土壤动物之间的关系; (3)加强长期实验和观察, 在较长的时间尺度上了解线虫的生态功能; (4)加强对不同生态系统的研究, 在更大的空间尺度上综合了解土壤线虫的生态功能; (5)在全球气候变化的背景下了解土壤线虫的响应, 并预测土壤线虫对全球变化的反馈。

目前土壤生物多样性已成为土壤生态学研究的热点问题之一。土壤生物以不同的方式改变着土壤的物理、化学和生物学特性。在农田生态系统中, 土壤动物是分解作用和养分矿化作用等生态过程的主要调节者。线虫作为土壤中数量最丰富的后生动物, 其生活史和取食类型多样, 在生态系统中发挥着重要作用。本文介绍了农田生态系统中影响线虫多样性的主要因素; 回顾了土壤线虫的物种多样性、营养类群多样性、生活史多样性和功能多样性的研究现状; 并提出了今后农田生态系统线虫多样性研究的重点。建议通过综合土壤线虫的生活史策略和营养类群等信息, 深入了解其生物多样性和土壤生态系统功能, 从而更好地发挥土壤线虫对农田生态系统变化的生物指示作用。

蚯蚓能够对许多决定土壤肥力的过程产生重要影响, 被称为“生态系统工程师”。它通过取食、消化、排泄和掘穴等活动在其体内外形成众多的反应圈, 从而对生态系统的生物、化学和物理过程产生影响。蚯蚓在生态系统中既是消费者、分解者, 又是调节者, 它在生态系统中的功能具体表现在: (1) 对土壤中有机质分解和养分循环等关键过程的影响; (2) 对土壤理化性质的影响; (3) 与植物、微生物及其他动物的相互作用。蚯蚓活动及其在生态系统中的功能受蚯蚓生态类群、种群大小、植被、母岩、气候、时间尺度以及土地利用历史的综合控制。蚯蚓外来种入侵与生态系统的关系以及蚯蚓对全球变化的响应和影响是两个值得关注的问题。土壤本身的复杂性, 蚯蚓自然历史和生物地理学知识的缺乏, 野外控制蚯蚓群落方法的滞后等都限制了蚯蚓生态学的发展。其他新技术如研究养分循环的碳氮同位素分析和揭示土壤微结构的图像分析等技术的应用是蚯蚓生态功能研究的迫切需要。

跳虫是土壤生态系统中分布极广的一类小型至微型节肢动物。它们在土壤物质循环、土壤的发育及其微团聚体的形成、土壤理化特性和土壤生物群落的维护等诸多方面都发挥了重要作用。土壤中跳虫的多样性以及群落结构、物种组成都反映了土壤的质量和污染状况。本文介绍了跳虫在土壤生态系统的作用、生态学应用价值以及研究的现状和展望。

土壤健康是陆地生态系统可持续发展的基础。作者通过概述土壤微生物学特性(土壤微生物群落结构、土壤微生物生物量、土壤酶活性)与土壤质量的关系, 阐明了土壤微生物对土壤健康的生物指示功能。研究表明: 土壤中细菌、真菌和放线菌的组成及其所占比率在一定程度上反映了土壤的肥力水平: 在土壤性质和肥水条件较好的土壤中, 细菌所占比率较高。土壤微生物生物量与土壤有机质含量密切相关, 而且土壤微生物生物量碳与土壤有机碳的比值(C_mic : C_org)和土壤微生物代谢熵(qCO2)的变化在一定程度上反映了土壤有机碳的利用效率。一般情况下, 土壤酶活性高的土壤中, 土壤微生物生物量碳、氮含量也高。因此, 土壤微生物学特性可以反映土壤质量的变化, 并可用作评价土壤健康的生物指标。

作者对潮棕壤不同土地利用方式(旱田、撂荒地和林地)下土壤线虫群落时空分布特征进行了研究, 结果表明, 不同土地利用方式能够影响线虫群落及其优势属的时空分布。线虫优势属对不同土地利用方式的响应不同, 撂荒地和林地处理中板唇属(Chiloplacus)线虫主要分布在5–30 cm土层, 而其他线虫优势属则主要分布在0–20 cm土层; 在旱田处理中, 短体属(Pratylenchus)线虫均匀分布在各个土层。由于土地利用方式的改变而引起的土壤环境因素的变化能够对土壤线虫产生影响, 研究发现土壤孔隙度、土壤有机碳、全氮和碳氮比与土壤线虫优势属的数量具有显著的正相关关系。线虫区系分析结果表明, 撂荒地和林地处理中土壤环境相对稳定, 土壤食物网向较成熟的阶段演替。线虫区系分析方法可用来揭示不同土地利用方式下土壤食物网的变化, 为进一步研究土壤生态过程对土地利用方式的响应提供了有效的工具。

应用类群数、个体密度、多样性指数和功能类群指数等多个群落参数, 研究刈割活动对松嫩草原碱化羊草草地土壤线虫群落特征的影响。本研究共捕获土壤线虫8,335条, 分别隶属于线虫动物门2纲7目23科40属。结果表明, 与围栏封育样地相比, 刈割活动样地中线虫个体密度和类群数显著减少, 群落多样性指数(H′)、均匀度指数(J)和丰富度指数(SR)虽低于围栏封育样地, 但两类处理间差异不显著, 表明刈割活动尽管明显降低土壤线虫群落个体密度和类群数, 但对土壤线虫群落多样性的影响有限; 样地间PPI／MI值差异明显, 表明刈割活动在一定程度上确实改变了土壤线虫功能类群组成, 其中受影响的主要是非植物寄生线虫。

为了解不同演替阶段热带森林土壤节肢动物群落结构特征及其与地表凋落物的关系, 2001年9月采用样线调查法对西双版纳23年次生林、35年次生林、季节雨林地表凋落物及其中的土壤节肢动物进行了调查。所获数据表明, 地表凋落物数量(现存量干重)和质量(N和C/N)总体上表现为35年次生林最好, 23年次生林次之; 蜱螨目和弹尾目为3林地地表凋落物土壤节肢动物群落优势类群, 膜翅目蚂蚁、马陆目、鞘翅目、双翅目和半翅目为常见类群。土壤节肢动物个体密度和个体相对密度均表现为35年次生林>季节雨林>23年次生林。群落的丰富度指数以季节雨林最高, 多样性和均匀度指数显示为23年次生林最高, 35年次生林的优势度指数最高, 3林地土壤节肢动物群落类群组成相似性达到较好水平。相关分析表明, 3种不同演替阶段热带森林土壤节肢动物个体密度与林地地表凋落物现存量呈正相关, 而现存凋落物N元素储量与土壤节肢动物的相关性仅表现在23年次生林和季节雨林。研究认为, 热带森林土壤节肢动物群落的发展与森林植被演替密切相关, 其群落个体数量和多样性受森林地表凋落物数量、质量的调控, 但其他环境因素如捕食效应、人为干扰等影响亦不可忽视。

为探讨洞庭湖退田还湖工程的生态恢复进程, 2005年10月对洞庭湖退田还湖区3类典型生境7个样地土壤动物群落结构进行了调查, 共获土壤动物标本8,484头, 隶属于5门11纲32个动物类群。其中, 还湖湿地捕获土壤动物类群26类, 优势类群为线虫类、蜱螨目; 未还湖农田生境捕获土壤动物类群28类, 优势类群为线虫类、蜘蛛目; 原始湿地(对照)仅捕获土壤动物13类, 优势类群为腹足类。对Shannon-Wiener多样性指数(H')、Pielou均匀性指数(E)、Simpson优势度指数(C)、Margalef丰富度指数(D)和复杂性指数(C_j) 5个多样性指标进行分析, 结果表明: (1)与Shannon-Wiener多样性指数(H')相比, 复杂性指数(C_j)表征的土壤动物多样性更能客观地反映土壤动物分布的真实情况; (2)群落多样性与均匀度显著相关(P<0.05), 而与其他指数关系不密切; (3)在类群数上, 还湖湿地和未还湖农田都多于对照的原始湿地, 有极显著差异(P<0.01); 个体数量上看, 未还湖农田多于原始湿地, 存在极显著差异(P<0.01), 还湖湿地与原始湿地相比却没有显著差异(P>0.05)。这说明: 洞庭湖退田还湖后生态恢复较慢, 恢复效率较低。

作者采用野外调查和群落多样性指标数据统计结合的方法, 对上海市世博会会址区域内土壤动物群落组成和多样性进行了研究, 目的是了解该地区的土壤健康状况, 并为城市规划提供科学依据。采样共获得土壤动物10,765头, 隶属于23个类群。中小型土壤动物中蜱螨目是该地区的主要优势类群, 弹尾纲是次优势类群; 大型土壤动物中, 后孔寡毛目为主要优势类群, 等足目、鞘翅目和腹足纲为次优势类群。总体结果显示: 该地区土壤动物种类丰富, 其垂直分布整体遵循随土壤层的加深而递减的趋势; 但水平分布因采样点的不同存在显著性差异。