地下水位变化对泥炭地的植被组成及多样性具有明显的调控作用, 从而可能会深刻改变泥炭地的储碳潜力。目前, 有关泥炭地植物多样性和土壤有机碳含量对水位波动的响应还存在较大争议, 且有关亚热带贫营养泥炭地地下水位对植物多样性及生物量与土壤有机碳含量影响的研究鲜有报道。本研究选择鄂西南贫营养泥炭地为研究对象, 调查了4个地下水位梯度(-4 cm、-8 cm、-12 cm、-20 cm)下的植被组成、多样性、生物量及土壤有机碳含量, 以探究不同水位梯度对鄂西南贫营养泥炭地植物多样性、生物量及土壤有机碳含量的影响。结果表明: (1)地下水位下降, 土壤含水量、土壤有机碳含量和总酚含量显著降低, 而溶解氧含量显著增加(P < 0.05)。并且, 低水位(-20 cm)处土壤有机碳含量是高水位(-4 cm)处土壤有机碳含量的72%。(2)地下水位显著改变鄂西南贫营养泥炭地物种组成, 随着地下水位下降, 灌木物种数量增加, 且以浅根系的杜鹃花科和蔷薇科植物为主。(3)总体上, 随着地下水位的降低, 灌木多样性呈现显著增加的趋势(P < 0.05), 而草本植物多样性变化不显著。(4)地下水位对植被地上总体生物量影响不显著, 但随地下水位的降低, 灌木生物量极显著增加(P < 0.01)、草本生物量显著增加(P < 0.05), 而苔藓生物量降低。本研究表明, 较高的地下水位是维持鄂西南贫营养泥炭地土壤有机碳含量的关键, 维管植物多样性的提升并不能增加该泥炭地的固碳潜力。

矿质元素是土壤养分的重要组分, 关系着森林生态系统的群落组成和生物地球化学循环。喀斯特局域尺度内地形异质性较高, 目前尚缺乏地形等非生物因子和生物因子如何影响喀斯特地区土壤矿质元素空间分布方面的研究。本文在弄岗北热带喀斯特季节性雨林15 ha森林动态监测样地中沿海拔梯度设立的100个凋落物收集器所在位点进行土壤取样, 对样品中的K、Ca、Mg 3种矿质元素含量进行测定, 并基于空间回归模型和变差分解等方法对喀斯特季节性雨林中土壤K、Ca、Mg与生态因子之间的关联进行定量分析, 探讨非生物因子和生物因子与其空间分布特征的内在关联, 以期为北热带喀斯特生物地球化学循环研究和脆弱喀斯特生态系统保护提供科学依据。结果表明, 研究区内土壤K、Ca、Mg均存在空间自相关性, Ca与海拔和凹凸度显著正相关, 主要聚集在山脊区域; K与地形湿润度指数显著正相关, 主要在洼地聚集; Mg在中坡位表现出聚集特征。变差分解显示生态因子对土壤K、Ca、Mg空间分布的驱动作用强于空间结构, 单个生态因子中海拔的解释度最高, 并且非生物因子的解释度总体上高于生物因子, 生物因子中物种丰富度解释度最高, 同时Mg的聚集伴随着较高的物种丰富度水平。

全球气候变化背景下, 降水格局发生改变, 呈现降水总量不变, 但降水强度增加、降水频率降低的趋势, 影响了地下生态系统的结构和功能。土壤微食物网作为地下生态系统的重要组成部分, 在驱动生态系统多功能性方面起着重要作用。降水格局的变化能够通过土壤微食物网的改变对生态系统产生影响。然而, 以往研究多关注于降水量的变化对微食物网的影响, 降水格局变化对其影响的研究较少。因此, 本研究在内蒙古温带草原开展连续8年的降水添加控制试验(控制降水总量不变, 降水频率及强度改变), 包括5个降水强度处理(2 mm、5 mm、10 mm、20 mm和40 mm), 通过磷脂脂肪酸法(PLFA)确定微生物含量, 高通量测序法(16S和ITS)确定微生物多样性及群落结构, 线虫形态学鉴定确定线虫群落组成及结构。结果表明在降水总量不变降水强度改变的背景下, 高降水强度(20 mm)促进了北方温带草原真菌含量的增长, 适度降水强度(10 mm)促进了微生物的多样性。而线虫的多度随着降水强度的增加而增大, 中高降水强度下线虫多样性最高。土壤微食物网的变化进一步影响了生态系统多功能性, 主要通过提高真菌生物量、食真菌线虫多度和线虫多样性, 从而提高了生态系统多功能性。

球囊霉素相关土壤蛋白(glomalin-related soil protein, GRSP)在土壤物理结构调节和土壤碳库稳定性中发挥着重要作用,但植物多样性和优势种如何影响GRSP还缺乏系统性研究。本研究依托东北林业大学哈尔滨实验林场的72块样地, 对1 m深土壤剖面分5层采样, 测定土壤易提取球囊霉素(easily extractable GRSP, EEG)、总提取球囊霉素(total GRSP, TG)及土壤理化性质, 并同时计算植物多样性指数及优势种重要值(importance value, IV), 进一步通过相关分析和冗余排序分析判断影响GRSP的主要因素与贡献。结果表明: (1)在整个土壤剖面上均表现为TG和EEG与土壤有机碳(SOC)正相关, 在部分土层深度与全氮(total nitrogen, TN)和含水量(moisture content, MC)正相关, 而与电导率(electrical conductivity, EC)和pH值负相关。(2)部分土层TG和EEG与黑皮油松(Pinus tabuliformis var. mukdensis)、樟子松(P. sylvestris var. mongolica)、胡桃楸(Juglans mandshurica)、黄檗(Phellodendron amurense)、榆树(Ulmus pumila)优势种重要值显著相关, 表现为黑皮油松重要值越高, 而黄檗、榆树重要值越小, 越有利于EEG的积累, 并且伴随EEG-C/SOC (EEG中C占SOC比例)增加、EEG/TG增大; 群落中胡桃楸、黄檗、榆树更有利于TG积累, 黑皮油松、落叶松(Larix gmelinii)、樟子松不利于TG的积累。(3)植物Simpson指数、Shannon-Wiener指数、物种丰富度与EEG、TG、EEG/TG无显著相关性, 而与EEG-C/SOC、EEG-N/TN (EEG中N占TN的比例)、TG-C/SOC (TG中C占SOC比例)、TG-N/TN (TG中N占TN的比例)显著负相关; 土壤EEG/TG和EEG-N/TN与植物均匀度指数显著正相关, 在1 m土壤不同土层趋势类似。(4)方差分解分析表明: 生物因子对GRSP变化的解释率是20.2%, 土壤理化因子解释率为7.8%, 而生物因子中植物优势种重要值的解释率最大(16.4%), 而植物物种多样性指数解释率仅为0.4%。冗余排序发现常绿针叶树种(黑皮油松和樟子松)越多且阔叶树种越少时, GRSP含量和GRSP对土壤碳氮的贡献越高(P < 0.01), 其机制可能与树种菌根类型有关: 外生菌根树种重要值与TG显著负相关, 丛枝菌根树种重要值与TG显著正相关。本研究解析了植物物种多样性对GRSP含量的重要影响, 并强调未来土壤管理和评估可以通过调整优势物种而不是树种多样性来促进GRSP积累。

荒漠是重要的陆地生态系统之一, 其生态系统极其脆弱, 极易发生荒漠化。荒漠土壤的稳定和功能对于荒漠生态系统结构和功能的维持至关重要。但在荒漠地区, 大多数土壤功能的研究还主要集中在单一的土壤功能性。本研究基于准噶尔荒漠79个样点的土壤有机碳(SOC)、氮(N)、磷(P)、有效氮(AN)和有效磷(AP)等指标, 通过平均值法和因子分析法计算土壤多功能(soil multifunctionality, SMF)指数, 研究SMF空间变异特征及驱动因素。空间分析所示从整体来看, 荒漠SMF在空间分布上具有较大的异质性, 自西向东, SMF总体呈现逐渐增加的趋势, 而从南向北, SMF呈现先增加后降低的趋势。最优拟合显示, SMF与年均降雨量(MAP)和年均温(MAT)呈显著二次函数关系, 随着MAP和MAT的增加表现出先降低后升高的趋势; SMF与pH和植被增强指数(EVI)呈显著线性关系, SMF随着pH的增加表现出显著降低趋势, 而随着EVI的增加表现为显著上升的趋势; SMF与Aridity (干旱度)之间既符合二次函数关系也呈现线性关系(二者R²相同), 随Aridity增加而减少。结构方程模型结果表明, 土壤含水率(SWC)是SMF变化的最重要的驱动因素, 其次为EVI。土壤pH、SWC、MAT、Aridity和EVI对荒漠SMF具有显著的直接效应, 其中SWC和EVI为显著正效应, 其他为负效应。MAP、经度(Lon)、纬度(Lat)和海拔(Alt)可通过影响MAT等指标对SMF产生间接效应。研究结果对深入理解准噶尔荒漠SMF的空间变异特征及驱动因素具有重要意义, 将有助于预测环境变化对荒漠生态系统多功能性的影响, 为生态系统科学管理服务。

自Janzen-Connell (J-C)假说提出后半个世纪以来, 生态学家在热带及亚热带森林对该假说开展的大量实证研究表明, 由专性天敌导致的J-C效应所引起的负密度制约是维持森林多样性和决定群落组成的重要驱动力, 该假说成功地解释了热带及亚热带森林的丰富多样性。土壤病原真菌所引起的植物-土壤负反馈是J-C效应最主要的表现形式。然而, 对于植物-土壤负反馈是否能够维持森林群落中的大量稀有种仍然存在许多争议。基于当代物种共存理论的“稀有种优势”假说认为, 只有在满足“可入侵准则” (即物种在稀有时具有种群增加的趋势)的前提下, 稀有种才能在群落中与其他物种长期共存。然而, 当前基于土壤反馈的实验结果与该理论预测相悖, 因此在稀有种的维持机制方面仍存在较大的分歧。本文通过介绍植物-土壤反馈理论, 整合了可能对稀有种维持有较大影响的因素, 包括共生菌根真菌、土壤养分以及植物细根性状等在影响土壤负反馈方面的相关研究, 并对这些因素如何影响群落中物种多度和稀有种在群落中的维持进行了探讨。最后, 我们也从其他角度探讨了一些对稀有种维持的研究。我们认为在未来对稀有种的研究中, 探讨使其长期存续的“优势”和制约其种群扩大的“限制”同等重要, 将当代物种共存理论与新技术、新方法相结合对于探究稀有种的维持机制具有重要的意义, 可为稀有种保护提供理论依据。

土地利用变化是生物多样性与生态系统服务变化的主要原因之一。评估土地利用变化对生物多样与生态系统服务影响对于政府决策具有重要作用。钱江源国家公园体制试点区是钱塘江的源头, 也是国家的重点生态功能区。本研究以钱江源国家公园体制试点区为研究区, 首先设计自然发展情景、规划情景、生态保护情景和开发利用情景等4种2025年不同土地利用变化情景, 随后采用InVEST模型和CLUE-S模型分析不同情景下钱江源国家公园水资源供给、涵养水源、固碳释氧、土壤保持、环境净化和生境质量等生态系统服务及其价值变化。结果表明: (1)核心保护区和生态保育区的生态系统服务价值占钱江源国家公园总价值的88.30%。(2)生态保护情景下钱江源国家公园生态系统服务价值最高, 有129.17亿元; 规划情景下生态系统服务价值次之, 有126.92亿元。(3)规划情景下钱江源国家公园水资源供给服务优于生态保护情景, 其他生态系统服务则次于生态保护情景。考虑到钱江源国家公园为下游提供重要的水资源这一功能, 将规划情景作为试点区2025年最优的土地利用变化情景。

为探明热带森林恢复过程中蚂蚁筑巢对土壤易氧化有机碳(readily oxidizable carbon, ROC)时空动态的影响及机制, 本研究以西双版纳白背桐(Mallotus paniculatus)群落、野芭蕉(Musa acuminata)群落和崖豆藤(Mellettia leptobotrya)群落3种恢复阶段热带森林为研究对象, 设置“蚂蚁筑巢地”与“非巢地”2种处理进行野外控制实验, 对比分析蚁巢和非蚁巢土壤ROC含量的时空变化特征, 并揭示这些变化与土壤微生物生物量碳及理化性质之间的相互关系。结果表明: (1)蚂蚁筑巢显著影响热带森林土壤ROC含量(P < 0.05), 蚁巢土壤ROC含量较非蚁巢提高了14.2%。不同恢复阶段蚁巢与非蚁巢土壤ROC含量大小顺序为: 野芭蕉群落 > 崖豆藤群落 > 白背桐群落。(2)不同恢复阶段热带森林蚁巢与非蚁巢土壤ROC含量均呈单峰型的时间变化趋势(P < 0.05), 最大值出现在6月, 且各月份蚁巢土壤ROC含量均高于非蚁巢。(3)不同恢复阶段热带森林蚁巢和非蚁巢土壤ROC含量均随土层深度增加呈显著递减的垂直变化趋势(P < 0.05), 且蚁巢土壤ROC含量均大于非蚁巢(P < 0.05)。(4)蚂蚁筑巢引起的土壤理化性质变化对土壤ROC含量产生了一定的影响。土壤ROC含量与土壤pH和容重呈显著负相关(P < 0.05), 与土壤有机碳、微生物生物量碳、全氮、铵态氮及硝态氮呈显著正相关(P < 0.05)。土壤微生物生物量碳与总有机碳是蚁巢土壤ROC时空变化的主要贡献者, 而铵态氮、全氮和总有机碳是非蚁巢ROC时空变化的主控因子。因此, 蚂蚁筑巢改变热带森林土壤微生物量(如微生物生物量碳)及土壤理化性质(如总有机碳、铵态氮与全氮等), 进而显著影响土壤ROC的时空动态。

凋落物是森林生态系统的有机质和养分储藏库, 是土壤和植物间物质交换的枢纽, 是森林土壤肥力的主要来源之一。本文选取弄岗喀斯特季节性雨林15 ha森林动态监测样地中布设的90个凋落物收集器自2014年3月至2015年2月收集的6个常见种的凋落叶, 结合2014年7月沿海拔梯度(185-368 m)采集的50个土壤样品, 研究了土壤和凋落物的C、N、P化学计量学特征及其沿海拔梯度的变化趋势。结果表明, 除P含量在高坡位及峰顶较低外, 土壤中的C、N、P含量均达到了全国第二次土壤普查分类标准中的一级水平; 土壤的C、N含量及C : P和N : P与海拔呈正比, P含量和C : N与海拔呈反比。因本文采样的海拔差异较小, 推测上述土壤养分含量与海拔的关系主要是由于微地形引起的土壤差异而不是海拔差引起的气象因子差异所致。与其他森林生态系统相比, 这6个常见种凋落叶的C、N、P含量的平均值呈现出高C和N、低P的格局; 而不同海拔凋落叶的C、N、P并未表现出类似土壤中的变化规律; 6个常见种凋落叶均表现出春季较高的C含量和夏季较高的N、P含量。虽然桂西南喀斯特季节性雨林中土壤的C、N、P含量总体水平较高, 但其单位面积内的胸高断面积之和却远低于其他森林生态系统, 表现为生物承载量较低; 受个体生长环境差异的影响, 同种凋落叶的C、N、P化学计量学特征可能会存在个体间差异。研究结果将为我国西南地区典型喀斯特生态脆弱区的生态功能恢复与植被重建提供科学依据。

过去30年, 毛乌素沙地采取飞播、禁牧等一系列生态恢复措施进行荒漠化治理, 在改善区域生态环境方面取得了显著成效; 然而, 植被恢复后, 土壤多功能性的变化情况仍不明晰, 尤其是土壤微生物对土壤多功能性的影响缺乏深入认识。本文以毛乌素沙地同期建植的黑沙蒿(Artemisia ordosica)、北沙柳(Salix psammophila)和柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii) 3种固沙灌木林地土壤为研究对象, 使用高通量测序技术测定了土壤微生物群落结构, 采用平均值法量化了林地土壤多功能性并分析二者关系。研究结果显示: (1) 3种固沙灌木林地土壤有机碳、全氮、全磷、微生物量碳、微生物量氮存在显著差异(黑沙蒿林地 > 北沙柳林地 > 柠条锦鸡儿林地), 黑沙蒿和北沙柳林地土壤蔗糖酶、碱性磷酸酶、土壤多功能性无显著差异, 但高于柠条锦鸡儿林地; (2) 黑沙蒿林地土壤微生物Chao 1指数、物种数、Shannon指数显著高于柠条锦鸡儿林地, 柠条锦鸡儿林地土壤净种间亲缘关系指数显著低于其他两类林地, 3种林地土壤微生物Shannon指数、系统发育多样性、网络拓扑性质(节点、边、边密度)及柠条锦鸡儿林地土壤净种间亲缘关系指数均与土壤多功能性呈正相关; (3)微生物参数对土壤多功能性的解释度从高到低依次为网络拓扑性质(24.46%)、物种多样性(19.72%)、谱系多样性(5.92%), 土壤微生物多样性通过促进网络结构间接地对土壤多功能性产生正向影响。研究结果表明, 不同灌木林地对土壤微生物参数和土壤多功能性影响不同, 土壤微生物多样性通过正向调控微生物种间关系影响土壤生态系统功能。结果有助于从土壤微生物视角, 理解以不同固沙灌木为优势种组成的植被群落对土壤功能的影响, 并可为荒漠化防治植物种的选择提供理论依据。

长期以来对陆地生态系统的研究主要集中于地上部分。由于测度上的困难, 人们对地下部分(belowground)的认识还处于相当模糊的状态。当今的生态学家已经越来越强烈地认识到, 地上生态系统与地下生态系统存在着不可分割的相互联系。100多年来的研究表明, 作为地下生态系统最活跃部分的土壤生物, 是联结地上部分与地下部分物质循环和能量流动的纽带, 对地上部分的结构、功能及过程起着重要的反馈调控作用。土壤生物受资源的时空异质性、营养的可获得性以及非生物因素的选择性所驱动, 通过直接作用于根系, 或通过改变养分的矿化速率及其在土壤中的空间分布, 改变植物根际的激素状况以及土壤环境等间接作用方式, 对地上生物产生正、负反馈作用。因此, 从土壤生物和地上生物的相互作用过程、土壤生物功能群及土壤食物网等角度分析土壤生物反馈作用的时空尺度、生物组织形式、方式、模型、驱动因素及其机制, 能为理解地下生态学过程、维持生态系统稳定性以及制定生物多样性保护策略提供参考, 并有助于理解全球变化下陆地生态系统结构及功能的动态和响应过程。

甲螨是土壤动物主要的三大类群之一, 数量庞大且种类丰富。截至2020年, 中国已报道的甲螨仅占世界所有已知甲螨种类的7.6%, 这与我国已知甲螨种类真实物种状况仍有较大的差距。值此中国甲螨学开创100周年之际, 本研究以甲螨亚目为研究对象, 分别基于世界2020-2021年度和中国2007-2021年度发表的分类学文献资料, 编制了世界新增分类单元名录和近15年中国发表甲螨新种名录, 分析了新分类单元的地理分布、学者贡献和出版刊物情况。研究结果表明, 2020-2021年, 世界甲螨亚目共描述238个新分类单元, 包括新属及新亚属21个, 新种217个; 新分类单元发表的热点地区在埃塞俄比亚界、东洋界和新热带界; 描述的新分类单元由27位作者所贡献, 其中外国学者贡献占比高; 论文均发表在国外期刊上, Systematic and Applied Acarology是新分类单元发表的主要期刊。2007-2021年, 中国发表甲螨亚目新种183个, 无新科和新属发表; 新种发表的热点地区在华南区和西南区; 描述的新种由24位作者所贡献, 中国学者占主要贡献; 论文多发表在国外期刊上, Systematic and Applied Acarology和Zootaxa是新分类单元发表的主要期刊。基于以上结果, 本文认为目前从事甲螨分类学研究的学者相对较少, 发表的新分类单元在类群分布和区域分布上均表现出极不均衡的现象。传统分类学未来的发展将面临机遇和挑战。

木质残体可为大型无脊椎动物提供重要栖息地、食物等资源, 并影响其生物多样性。目前针对不同树种、径级及分解阶段的木质残体如何调控土壤大型无脊椎动物群落结构尚不清楚, 相关研究在亚热带森林地区尤为稀缺。为此, 本文选取湖南省八大公山国家级自然保护区柳杉(Cryptomeria fortunei)、亮叶水青冈(Fagus lucida)及檫木(Sassafras tzumu) 3种树种为研究对象, 每种树种分别选取两类径级(直径分别为10 ± 2 cm、4 ± 2 cm)不同分解阶段的木质残体, 对其中的大型无脊椎动物进行调查。调查于2020年10-11月完成。结果显示: 共捕获大型无脊椎动物2,558只, 隶属4门10纲23目, 不同树种的优势类群、常见类群及稀有类群均存在差异。亮叶水青冈木质残体中大型无脊椎动物个体密度显著高于柳杉和檫木。亮叶水青冈和檫木大径级木质残体中大型无脊椎动物Shannon-Wiener多样性指数显著高于小径级, 3个树种大径级木质残体中大型无脊椎动物的类群数、特有类群数均大于小径级。木质残体中大型无脊椎动物的Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数及Pielou均匀度指数与木材密度显著负相关, 表明随着分解的进行木质残体中大型无脊椎动物群落呈明显变化趋势。木质残体的理化性质(相对含水率、全氮、全碳及碳氮比)和土壤温度、湿度与木质残体中大型无脊椎动物群落特征具有相关性。研究初步表明, 大型无脊椎动物群落特征在所选树种、径级及分解阶段木质残体中具有差异, 在亚热带森林中同时保留不同树种、不同大小径级的木质残体或有利于增加大型无脊椎动物多样性。

土壤动物是陆地生态系统的重要组分, 在有机质分解过程中具有重要作用。目前有关土壤动物在生态系统分解中的作用研究主要聚焦于植物凋落物的分解, 而对动物粪便分解的研究稀少。本研究在内蒙古典型草原设置了马粪和牛粪分解原位实验, 使用不同孔径的金属隔离网排除不同体型大小的土壤动物, 通过测定大中型土壤动物对畜粪分解过程中质量损失、碳氮含量和微生物呼吸以及土壤养分动态变化的影响, 解析其在分解中的作用。设置5个处理, 即CK, 仅土壤, 无粪; T0, 粪添加+0.425 mm隔离网(排除了粪居型和掘洞型粪金龟和中型土壤动物); T1, 粪添加+1 mm隔离网(排除了粪居型和掘洞型粪金龟); T2, 粪添加+2 mm隔离网(排除了掘洞型粪金龟); T3, 仅粪添加(不排除土壤动物)。结果表明: (1)在畜粪分解60天内, 土壤动物对畜粪的干质量损失没有显著的促进作用(P > 0.05); 相反, 在畜粪分解360天, 不隔离土壤动物处理(T3)显著地提高了牛粪干质量损失(P < 0.05), 而降低了马粪干质量损失(P < 0.05)。(2)在畜粪分解的60天内, 畜粪中碳和氮含量下降速度在有土壤动物存在的情况下(T3)快于隔离土壤动物(T0和T1)。(3)两种畜粪添加增加了土壤微生物的呼吸, 且这种增加趋势在实验的第15天和第30天在土壤动物存在时(T3)最明显。(4)与对照(CK)相比, 马粪添加处理提高了土壤速效氮、有机碳的含量和土壤含水量, 且这种增加趋势在排除掘洞型粪金龟(T2)和不排除土壤动物(T3)条件下表现更显著(P < 0.05), 而牛粪添加处理没有明显改变这些指标(P > 0.05)。研究表明, 分解初期粪金龟的取食和活动会改变畜粪的理化性质, 进而影响分解后期土壤生物在畜粪分解中的作用。

土壤无脊椎动物可能会通过促进土壤持水能力和增加土壤肥力而缓解植物的干旱胁迫。本研究采用蚯蚓和干旱水平的双因子完全交互设计, 模拟了干旱胁迫条件下蚯蚓对土壤性质及番茄抗旱性的影响。结果表明, 在高干旱胁迫时, 蚯蚓通过增加番茄茎叶抗氧化能力提高了植物抗旱性, 上调番茄茎叶脱落酸和茉莉酸生物合成过程的基因表达(NCED、NSY、OPR、AOS和LOX), 促进脱落酸和茉莉酸含量分别增加43.2%和33.6%, 过氧化氢酶、过氧化物酶和超氧化物歧化酶含量分别增加12.9%、8.4%和47.3%。在低干旱胁迫时, 蚯蚓上调茉莉酸合成通路基因表达, 但降低了脱落酸含量, 对转录因子ABF4、MYC2基因表达和植物抗氧化能力无明显影响。干旱导致的土壤水分和养分条件变化影响着蚯蚓介导的植物抗旱性响应。本研究证明了土壤动物对植物抗旱的重要作用, 如蚯蚓对植物激素合成、信号传导和抗氧化能力的影响。了解土壤动物影响植物抗旱的内在机制, 有助于深挖和利用土壤动物的多样化生态功能。

城市化进程加快带来的环境挑战正威胁着地球上的生物多样性。土壤动物是生物多样性的重要组成部分, 对维持土壤健康及城市生态系统稳定性具有重要意义。近年来, 城市土壤动物群落结构和多样性的研究已经取得了一定进展, 但是仍缺乏系统的总结和综述。基于此, 本文梳理归纳了国内外已有的相关文献, 总结了城市化影响土壤动物的主要途径, 并阐述了城市中不同体型大小的优势土壤动物类群对城市化的响应。本文建议未来应利用分子生物学手段深入解析城市土壤动物多样性, 明晰城市土壤食物网的结构与功能, 关注土壤动物群落的保护与恢复, 揭示城市土壤动物肠道微生物组特征, 并挖掘城市土壤动物抑制人类致病菌的潜力, 以期为城市生物多样性保护、生态系统稳定和人类健康维持提供相关科学依据。

东北黑土区是保障我国粮食安全的重要土壤资源, 了解该区域内农田土壤线虫的群落组成及其对环境驱动因子的响应机制, 对于研究黑土区农田土壤生态系统的生物多样性分布格局具有重要意义。2018年9月, 我们在42°50°‒49°08° N的典型黑土区采集了93个农田土壤样品, 利用形态学鉴定技术分析了土壤线虫群落的组成与结构。共鉴定出47个线虫属(相对丰度 > 1%), 其中食细菌线虫中的拟丽突属(Acrobeloides)是典型黑土区农田土壤中的优势属(相对丰度 > 5%)。土壤线虫总丰富度和总多度均随纬度增加而显著增加, 然而类似的变化趋势只出现在食细菌和杂食/捕食线虫中。土壤有机碳是影响土壤线虫丰富度和多度最为重要的环境因子, 其次是月平均温度。典型黑土区农田土壤线虫群落结构以47° N为分界线分为南部和北部两类, 主要归因于线虫群落中植物寄生和杂食/捕食线虫的相对多度在南、北特征属中存在差异。土壤pH值和容重分别是影响南部与北部黑土区线虫群落最重要的环境因子。本研究明确了典型黑土区农田土壤线虫群落的纬度分布格局及其与环境因素的关系, 可为揭示农业活动干扰下土壤生物对环境因子的响应机制提供基础数据和理论参考。

土壤线虫多样性是土壤生态学研究的热点之一, 然而对土壤线虫群落组成及多样性的研究通常受到分类学和方法学的限制。当前, 分子生物学技术的快速发展丰富了我们对土壤线虫多样性的认识, 但也存在一定的局限性。本文综述了常用分子生物学技术如变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis, DGGE)、末端限制性片段长度多态性分析(terminal restriction fragment length polymorphism, T-RFLP)、实时荧光定量PCR (quantitative real-time PCR, qPCR)和高通量测序(high-throughput sequencing, HTS)技术近年来在线虫多样性研究中的应用, 重点从土壤线虫DNA提取方法、引物和数据库的选择、高通量测序技术和形态学鉴定结果的比较等方面阐述了高通量测序技术在线虫多样性研究中的优势与不足, 并提出选择合适的线虫DNA提取方法结合特定引物和数据库进行注释分析, 仍是今后使用高通量测序技术开展线虫多样性研究的重点。当研究目标是土壤线虫多样性时, 优先推荐富集线虫悬液提取DNA的方法, 因此, 研究人员应根据具体目标选择最优组合开展实验研究。

收获蚁蚁穴是戈壁生态系统中重要的微生境, 它通过汇集凋落物和改善土壤环境强烈影响动植物的分布及多样性。鉴于此, 本文选择戈壁荒漠收获蚁(Messor desertus)蚁穴为研究对象, 于2020年5月、6月和10月利用陷阱法调查了蚁穴及毗邻裸地大型土壤动物的种类组成及数量变化, 并分析其影响要素。结果表明: (1) 10月, 蚁穴和裸地间大型土壤动物群落组成存在显著差异, 而5月和6月二者间相差较小, 10月(62.9%)蚁穴和裸地大型土壤动物的平均相异性高于5月(34.8%)和6月(39.3%); (2) 5月, 蚁穴大型土壤动物均匀度指数显著低于裸地, 6月, 蚁穴大型土壤动物活动密度和类群丰富度均显著高于裸地, 10月, 蚁穴大型土壤动物类群丰富度和多样性指数均显著高于裸地; (3)荒漠收获蚁蚁穴显著提高了其他食性土壤动物的活动密度及类群丰富度, 还增强了捕食性和非捕食性土壤动物的相互作用关系并改变了荒漠收获蚁与蚁穴大型土壤动物类群的种间相互作用关系; (4) pRDA排序结果表明, 土壤电导率、全氮和粉粒含量是影响蚁穴和裸地大型土壤动物分布的主要土壤因子。总之, 戈壁生态系统荒漠收获蚁蚁穴微生境提高了大型土壤动物多样性, 改变了大型土壤动物类群间的营养和非营养关系, 这会影响大型土壤动物的营养结构及其功能。

大量的采矿活动导致矿区周边土壤重金属污染, 严重危害土壤生物安全。汞、铊等重金属元素毒性强, 相关污染的土壤生态风险鲜有研究。跳虫作为土壤环境变化指示生物, 能很好地反映土壤质量的健康状况。本研究以贵州省某汞铊矿区周边的农田土壤为研究对象, 按离矿区距离和作物类型设置4个采样区, 每个采样区种植2种作物, 每种作物农田设置3个样方。研究土壤跳虫群落结构和多样性及其影响因子。结果表明, 调查区内跳虫平均密度为12,000 ind./m²; 采样区距离矿区越近, 土壤重金属污染程度越大, 综合污染指数越高, 跳虫种数、密度、多样性和丰富度指数均呈先增加再降低的趋势; 环境因子分析表明重金属显著影响跳虫群落结构: Folsomides americanus、Isotomiella minor和Protaphorura encarpatus数量与汞、铊和砷含量呈负相关。高有机质含量能缓解重金属对土壤跳虫的影响, 但作物类型(玉米与薏仁)对土壤跳虫群落结构的影响无显著差异。本研究结果表明土壤有机质或能反向调节重金属污染对土壤跳虫群落的影响。

森林演替会通过改变植物群落组成和土壤环境影响土壤生物群落, 反过来, 土壤生物群落的变化也会对生态系统的演替产生反馈作用, 但迄今南亚热带森林演替过程中土壤生物群落的变化特征尚不清晰。本研究以广东省鼎湖山的南亚热带森林演替序列(马尾松(Pinus massoniana)林-针阔叶混交林-季风常绿阔叶林)为对象, 研究了森林演替过程中土壤线虫多样性和群落结构的动态变化及其影响因素。通过采集不同演替阶段的土壤样品, 分析和比对了不同演替阶段土壤线虫的多度、多样性、群落组成、土壤线虫生态指数以及土壤理化性质的差异。结果表明: (1)在南亚热带森林演替过程中, 针阔叶混交林和季风常绿阔叶林土壤线虫的α多样性显著高于马尾松林, 但土壤线虫总数和各营养类群多度及其相对丰度并无显著变化; (2)针阔叶混交林中土壤线虫富集指数显著高于马尾松林, 表明其土壤养分状况要好于马尾松林, 而季风常绿阔叶林土壤线虫结构指数较高, 表明其受干扰程度较低; (3)针阔叶混交林的土壤含水量和土壤理化性质(除土壤总磷含量)已达到季风常绿阔叶林的水平, 但两者的土壤pH值均显著低于马尾松林, 而土壤pH值和土壤含水量是影响土壤线虫群落动态变化的主要因素。综上所述, 南亚热带森林中土壤线虫多度、多样性和群落结构对森林演替的响应略有不同, 演替过程中土壤环境因素的趋同是导致针阔叶混交林和季风常绿阔叶林中土壤线虫多样性和群落特征相似的主要原因。

蚯蚓被喻为土壤中的“生态系统工程师”, 具有高度的多样性且在全世界都有分布, 被用作土壤健康的指示生物。蚯蚓具有极强的环境适应能力, 在不断适应的过程中促进了自身基因组的进化。本文对近年来蚯蚓全基因组以及线粒体基因组的研究进展进行了综述。蚯蚓全基因组的测序、拼装和分析为研究蚯蚓生态学、污染物对蚯蚓致毒的分子机制、免疫防御的分子机制、蚯蚓再生的分子机制等奠定基础。而线粒体基因组多应用于蚯蚓分子系统发育方面的研究, 目前已有多种蚯蚓通过线粒体基因组测序完成了物种的鉴定。本文建议今后重点开展以下几方面的研究: (1)针对现有的4种蚯蚓全基因组测序结果, 进一步进行比较基因组学、进化基因组学和功能基因组学的研究。(2)完善不同种蚯蚓的基因文库和表达序列标签。(3)建立线粒体基因组、全基因组与蚯蚓物种多样性的关联分析。

土壤动物类群包含庞大的生物多样性, 由于传统的形态学鉴定技术很难满足该类群多样性调查和监测的巨大需求, 基于DNA等遗传物质的分子层面的鉴定技术(分子分类预测)逐渐登上舞台。然而, 分子分类预测能否在参考分子序列严重匮乏的土壤动物分类研究中实现有效鉴定、如何利用分子分类预测更为准确高效地获取土壤动物的分类信息, 是当下分子分类预测在土壤动物应用中的两大难题。为探究这两大难题, 本文基于宏条形码技术, 对5款常用的分子分类预测软件(VSEARCH、HS-BLASTN、EPA-NG、RAPPAS和APPLES; 前两款基于相似度算法, 其余基于系统发育位置算法)进行了准确性(科和属阶元)、运行速度和内存占用等性能的比较和评估。其中, 预测准确性的评估基于4类土壤动物(弹尾纲, 蜱螨亚纲, 环带纲和色矛纲)和3种分子标记(COI、16S和18S)展开。结果表明: EPA-NG在大部分场合下准确性最高, 尤其是在使用COI标记时, 准确性远高于其他工具。VSEARCH和HS-BLASTN准确性也较高, 基于16S和18S标记时, 它们的准确性和EPA-NG相当。此外, VSEARCH在所有软件中运行速度最快且内存占用最小, 这使得它在16S和18S的应用中比EPA-NG更具竞争力。RAPPAS和APPLES具有较低的假阳性, 但假阴性很高, 相对保守的算法使得它们无法将一些物种鉴定到低阶元。总体来说, 即使是在参考数据库缺少目标物种且小部分物种在分类上存在界定争议的前提下, 5款分子分类预测软件都能极为准确地将土壤动物预测至科级阶元, 因此分子分类预测在土壤动物应用中前景远大。COI标记在土壤动物科、属和种阶元上的覆盖度最广且能有效实现分子鉴定, 在目前最适合作为土壤动物尤其是土壤节肢动物的分子标记。在应用COI标记且参考数据库规模不大时, EPA-NG是分子分类预测的最佳选择; 而在应用16S、18S标记或参考数据库规模较大时, 更推荐使用VSEARCH。

土壤动物多样性地理分布及其生态功能研究已成为地学和生态学等领域共同关注的科学前沿。本文在介绍相关研究最新进展的基础上, 讨论已有研究的局限性或不确定性, 展望未来研究的重点方向。近10年来, 代表性土壤动物类群的全球分布研究取得突破性进展; 国内土壤动物研究的尺度和采样区域也有明显拓展, 尤其在蚯蚓和线虫相关研究上取得了系列成果。结果表明, 土壤动物多样性随纬度的变化模式主要有两种, 即在低纬度的热带最高或在中纬度的温带最高; 而土壤动物多度与多样性可能同步变化、无明显关系、截然不同甚至相反; 降水、植物生产力和土壤有机质是土壤动物分布格局的关键驱动力, 但它们的影响力因土壤动物类群不同而异。土壤动物具有改善土壤物理结构、促进养分循环和有机碳稳定、提高作物健康水平等多重功能; 土壤动物的多功能性评估方兴未艾, 但仍面临诸多挑战。简单分析土壤动物随经纬度等的变化规律存在较大局限性, 考虑在基于地质-生态历史及“经纬度-海拔-离海岸距离”等构建的多维时空框架内, 探究土壤动物分布特征及其驱动力。土壤动物分布格局对其潜在的生态功能有关键影响, 但是目前对土壤动物分布格局的预测和模拟仍主要依靠经验模型; 代谢生态学等理论在土壤动物群落研究中的应用值得关注。探究分类多样性的冗余机制, 突出功能多样性, 可以将生物多样性与生态功能更好地联系起来; 同时, 需要在特定条件和时空下, 从整个土壤食物网及其与植物的联系中理解土壤动物多样性与多功能性的联系。建议未来关注两个研究方向: (1)量化人类活动和气候变化给土壤动物多样性和生态功能带来的巨大不确定性; (2)完善土壤动物群落特征预测的理论框架和开展土壤动物群落的精准调控, 综合评价其多功能性, 进而将土壤动物与人类福祉更紧密地联系起来。

下辽河平原农田生态系统在管理过程中频繁的耕作、施肥以及农用化学品施用等引发了一系列问题, 如土壤退化、耕地数量减少以及生产力下降等, 不可避免地对土壤生物健康产生影响。为探究农田土壤人工管理对土壤生物群落动态的影响, 本研究在辽宁沈阳农田生态系统国家野外科学观测研究站开展了农田土壤线虫群落组成的季节变化研究, 对4个季节农田和废弃农田(对照)的土壤线虫群落组成、多度以及多样性等进行了比较分析。研究结果表明, 土壤线虫总多度在废弃农田中显著高于农田, 但季节间差异不显著。季节变化主要显著影响了自由生活线虫的多度, 其在9月达到最高; 季节变化也显著影响了属的数量, 其在非生长季的11月最低。与废弃农田相比, 农田管理显著降低了杂食捕食线虫和食真菌线虫的多度, 土壤食物网结构相对稳定; 而废弃的农田更易受到季节波动的影响, 土壤食物网也受到一定的干扰。

以农田土壤动物长期监测样地为平台, 阐明土壤动物物种和功能多样性空间分布格局, 是揭示农田土壤动物多样性维持机制、提高农田土壤质量的重要基础。本试验于2020年10月, 对河南商丘农田土壤动物大型固定样地(9 ha)的210个采样点进行土壤样品野外采集和室内分离, 将土壤螨样品鉴定到种并测量其体长体宽数据, 以说明小麦-玉米轮作农田土壤螨多样性及其体长体宽的空间分布格局。结果表明: (1)共捕获成螨个体17,256头, 其中甲螨亚目为优势类群, 其个体数占总捕获量的94.67%; MGP分析表明样地甲螨群落属于P型, 说明受人为因素影响强烈; 生态位宽度和重叠度分析表明, 进化程度越高甲螨的生态位宽度越宽, 进化程度越相近甲螨之间的竞争越激烈。(2) Moran’s I分析显示, 在20-100 m的空间尺度上, 土壤螨群落、优势种的个体数和体长体宽多为显著正相关; 在220-300 m的空间尺度上, 部分为显著负的空间自相关。半方差函数结果表明, 甲螨群落物种数、个体数和体长体宽的空间变异主要受确定性过程影响, 中气门螨群落的空间变异由确定性和随机性过程共同影响。(3)土壤螨个体数与体长体宽存在显著弱的负相关关系, 这种关系普遍存在于土壤螨各群落与优势种中。本研究建议同时开展物种多样性和以体长体宽为代表的功能多样性空间格局研究, 对揭示土壤螨群落维持机制、保护土壤螨多样性具有重要意义。

在全球环境变化的大背景下, 生物多样性丧失日益加剧。土壤动物作为生物多样性重要组成之一, 受到广泛的关注。位于我国江西省新岗山的亚热带森林生物多样性与生态系统功能实验样地(BEF-China)是全世界25个森林生物多样性控制实验样地之一。本研究自2019年9月至2022年4月在BEF-China两个不同树种组成的样地(A样地和B样地)内采样, 共获得甲螨23,704头, 隶属于34科50属61种。本文分析和对比了两个样地内甲螨群落结构的差异, 及其多度、物种丰富度、Shannon多样性指数的季节性差异; 通过Pearson检验探讨了甲螨多度与环境因子的关系。结果表明: 在A、B两个不同树种组成的森林生态系统内, 土壤甲螨群落结构及其季节动态具有显著差异。具体表现在: A样地奥甲螨科、罗甲螨科、若甲螨科和尖棱甲螨科的相对多度高于B样地; B样地菌甲螨科、盖头甲螨科和礼服甲螨科的相对多度高于A样地。A样地中夏季和秋季甲螨多度、物种丰富度和Shannon多样性指数显著低于春季和冬季; 而B样地中秋季甲螨多度和物种丰富度与春季差异不显著。Pearson检验结果显示, 凋落物木质素含量与单翼甲螨科和菌甲螨科多度呈负相关关系, 而与奥甲螨科多度呈正相关关系。菌甲螨科多度与土壤和凋落物同一理化因子的相关性基本相同(碳氮比除外), 但与凋落物碳氮比呈正相关关系而与土壤碳氮比呈负相关关系。

菌食性管蓟马是土壤动物的重要组分, 它们在生物多样性保护与利用、植物保护、动物地理等领域具有重要的研究价值, 但在我国其分类和物种多样性研究仍有较大不足, 大尺度分布格局形成原因也不清楚。本文基于对我国大部分地区广泛的野外采集调查和国内外多家研究机构馆藏标本的检视, 整理了我国菌食性管蓟马物种名录和地理分布信息, 总结了我国菌食性管蓟马的分类研究现状与简史, 分析了菌食性管蓟马物种多样性的分布格局并探讨了该格局形成原因。目前我国记录菌食性管蓟马237种, 其中管蓟马亚科39属156种, 灵管蓟马亚科22属81种; 竹管蓟马属(Bamboosiella)、剪管蓟马属(Psalidothrips)、网管蓟马属(Apelaunothrips)和全管蓟马属(Holothrips)是物种较多的属, 包含物种数均超过10种; 中国特有73种; 广东、台湾、海南和云南是物种最丰富的省份, 均超过60种, 这些省份都具热带和亚热带气候特征, 适合其生存; 相对多度分析结果表明在热带和亚热带地区森林凋落物层菌食性管蓟马是土壤动物的常见类群; 气温、降水量、食物等是限制其分布的主要因素。本结果丰富了土壤生物多样性的研究内容, 为菌食性管蓟马多样性大尺度空间格局研究提供了数据支持。

我国农田土壤动物面临严峻的多样性丧失问题, 建设监测样地并开展长期监测是解决该问题的重要途径, 但至今国内外仍缺乏农田土壤动物长期监测样地科学调查监测的实施方法。依据BCI 50 ha大型固定样地建设规范, 参照我国已建成的森林和农田土壤动物大型固定样地监测经验, 本文提出了农田土壤动物长期监测样地科学调查监测的实施方法。首先, 需要明确科学问题, 确定科学调查监测应遵守的基本原则。其次, 需要规范长期调查监测涉及的专业术语, 依据研究目的和实际情况选择地点和样地, 参照建设规范和农田特征建立农田土壤动物大型固定样地。第三, 以研究农田土壤动物多样性为核心, 揭示土壤动物在农田生态系统健康和功能中的作用, 有选择性地开展4类27项科学指标的长期监测工作, 要求按照统一的、规范化的工作流程开展野外调查和室内实验。最后, 要科学规范地完成标本的鉴定描述和保存保管, 研发体现农田土壤动物特征的数据库和管理信息系统。希望本文的研究结果能推动我国乃至世界范围的规范化样地建设和标准化网络监测, 为我国农田土壤动物评估与保护提供长期可靠的数据支撑。

土壤线虫在农田生态系统中数量丰富且对土壤环境变化敏感, 可用于评估不同田间管理条件下的土壤健康。本文探究了紫色土区长期不同施肥措施及土壤团聚体粒径对线虫群落的分布及其生态功能多样性的影响。试验设置了5个施肥处理: 不施肥(对照, CK)、单施化肥(NPK)、生物炭 + 化肥(BCNPK)、商品猪粪 + 化肥(OMNPK)和秸秆 + 化肥(RSDNPK)。团聚体粒径分为: 原状土(BS)、大团聚体(> 2 mm; LA)和小团聚体(0.25-2 mm; SA)。结果表明, 与对照相比, 施肥可促进线虫数量增长, 其中单施化肥处理下增幅最小(66%); 有机物料与化肥配施对线虫数量的提升更为显著, 秸秆 + 化肥处理下增幅达206%。不同施肥处理间线虫类群相对丰度差异显著, 大小均表现为: 食细菌线虫(BA) > 杂食/捕食线虫(OP) > 植食线虫(PP) > 食真菌线虫(FU)。小团聚体较其他土壤团聚体的杂食/捕食线虫丰度更低, 食细菌线虫丰度较高。秸秆与化肥配施处理下线虫群落结构指数和富集指数显著增加, 且各施肥处理下线虫功能足迹呈现明显差异。有机肥与化肥配施(尤其是秸秆 + 化肥)可提高土壤养分供应且有利于形成稳定健康的土壤生态系统, 助推区域农业的可持续发展。

线虫是土壤食物网的重要组分, 也是土壤健康与生态系统恢复的重要指示生物, 因此准确测定线虫群落特征是发挥其生态指示作用的基础。传统线虫学研究多采用形态学鉴定方法, 但高通量测序技术近年来也逐渐受到重视。然而, 关于这两种方法的对比研究目前仍比较缺乏。本研究同时采用形态学鉴定和高通量测序法, 在黄土高原宁夏南部山区, 对不同植被恢复方式下(农田、自然恢复草地、柠条(Caragana korshinskii)人工林地和苜蓿人工草地)土壤线虫的数量、群落格局和生态指数进行了测定和比较。结果表明: (1)高通量测序仅能提供线虫类群的相对多度, 而形态学鉴定法能够测定土壤线虫的绝对多度, 后者测定结果表明3种植被恢复样地, 特别是自然恢复草地和柠条人工林地, 较农田具有更高的土壤线虫多度; (2)高通量测序法检获的线虫类群数(3纲4目26科42属)高于形态学鉴定法的测定结果(2纲3目18科27属), 但两种方法仅检获15个共有线虫属, 前者检测到的植物寄生线虫属数(22属)较后者(7属)显著增加, 而食细菌线虫和杂食-捕食线虫则相反; (3)在两种方法下, 相比农田, 3种植被恢复样地尤其是自然恢复草地和柠条人工林地, 其食微线虫的相对多度均显著下降, 而植物寄生线虫和杂食-捕食线虫的相对多度大幅上升, 这也导致线虫成熟度指数(MI)和植物寄生线虫指数(PPI)的提高及瓦斯乐卡指数(WI)的显著下降; (4)相比形态学鉴定法, 高通量测序法能检测到更丰富多样的植物寄生线虫, 在该方法下土壤线虫群落的组成、结构和生态指数在植被恢复样地与农田之间的差异也更为显著。综上所述, 采用形态学鉴定和高通量测序法测定的不同植被恢复方式下的线虫群落特征具有显著差异。

土壤线虫是地下食物网的重要组成部分, 在生态系统能量流动和物质循环中起着至关重要的作用。大量研究报道了肥力等土壤环境对土壤线虫物种多样性及各功能群多度的影响, 而我们对土壤线虫功能多样性如何响应土壤环境变化依然知之甚少。本研究以群落水平个体大小和个体大小多样性表征土壤线虫功能多样性。在青藏高原高寒草甸选择3个研究点, 调查和分析了不同生境(沟底平地、阴坡、阳坡和山顶)土壤线虫物种多样性、各功能群多度和功能多样性及其与土壤理化因子和植物多样性的关系。结果表明: (1)土壤线虫个体多度和物种多样性在阳坡最高, 随土壤pH值和土壤总磷增加而升高; 而基于个体大小的土壤线虫功能多样性主要受土壤养分影响, 随土壤总氮和有机质增加而增加, 随土壤总磷含量增加而减少; (2)食细菌和食真菌线虫多度在沟底最高, 植食与捕食杂食线虫多度在山顶最低; 除捕食杂食线虫外, 各功能群多度也主要随土壤磷增加而升高; 除食真菌线虫外, 各功能群多度随植物物种丰富度的增加而减少。本研究强调了土壤线虫物种和功能多样性受不同土壤环境因子的影响, 丰富了土壤线虫多样性研究的内容, 为理解高寒草甸土壤动物多样性形成、维持和变化提供了更广阔的 视角。

探明土壤生物多营养级相互作用是了解生态功能调控机制的核心。本研究通过调控土壤线虫的典型功能团的完全交互设计(食微线虫有无、植食线虫有无、捕杂食线虫有无)探索了线虫功能团对水稻(Oryza sativa)生长及褐飞虱(Nilaparvata lugens)数量的影响。结果表明, 与不接种线虫相比, 植食线虫显著增加水稻根系生物量(P < 0.05), 显著增加其茎叶总酚含量(P < 0.05); 单独的食微线虫增加了褐飞虱数量(P < 0.05), 但显著降低水稻根系生物量(P < 0.05); 捕杂食线虫促进水稻茎叶生长, 降低了褐飞虱数量; 当食微、植食和捕杂食线虫同时存在时, 植物茎叶及根系总酚含量均处于较高水平, 暗示其抗虫潜力更强。总之, 处于较高营养级的捕杂食线虫能够通过调控植食和食微线虫的数量, 提高植物的防御能力, 暗示土壤生物调控措施在植物地上部病原物防控方面有重要的前景。

为了解城市近郊深层土壤中动物群落结构组成, 2012年在北京市北四环和北五环之间的中国科学院奥运村科技园区埋设陷阱收集器, 对地下30 cm和55 cm土层活动的动物进行采样。2013-2017年8次调查共捕获动物3门10纲20目10,163头, 优势类群分别是膜翅目(61.0%)、蜱螨目(12.1%)和弹尾目(11.2%)。30 cm土层动物类群数和个体数均高于55 cm, 30 cm土层优势类群为膜翅目(69.4%), 55 cm土层优势类群除膜翅目(45.7%)外还有蜱螨目(21.8%)和弹尾目(16.4%)。夏秋季动物个体数和类群数高于冬春季, 环节动物门仅出现于冬春季, 而缨翅目、啮虫目和革翅目仅出现于夏秋季。不同绿化带类型间动物群落Jaccard相似性指数均高于0.75, Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数和Pielou均匀度指数均不存在显著性差异(P > 0.05)。结果表明: 深层土壤中存在着大量的动物类群, 动物个体数和类群数均随土层加深而减少。不同季节人工绿地土壤中动物结构存在差异, 而不同植被类型下动物群落组成高度相似。

连作障碍不仅严重影响作物产量, 而且会导致土壤生物多样性下降、有益微生物减少及病原菌增加等一系列微生态失衡问题。土壤微生态失衡反作用于植物, 导致植物发生更严重的病害、减产等。作为土壤生态系统工程师, 蚯蚓的取食、掘洞和爬行等活动对土壤微生态具有重要的调控作用, 既可以改善土壤环境, 又可以强化土壤生物群落功能, 有望为缓解作物的连作障碍问题提供一条新途径。本文总结了土壤微生态与土壤功能维持及蚯蚓调控土壤生物作用的研究进展, 在此基础上, 结合蚯蚓对化感物质降解作用的研究, 分析了蚯蚓通过调控土壤微生态缓解作物连作障碍的微生物作用机制的三条途径: 直接调控微生物群落、通过改变化感物质组成以及通过调控土壤动物区系调控微生物群落。蚯蚓对微生物群落的调控可改善失衡的土壤根际微生态, 有效缓解作物连作障碍。

蚯蚓作为生物量最大的土壤动物, 对土壤生态系统和环境质量影响深远。本研究介绍了华南地区主要应用的皮质远盲蚓(Amynthas corticis)、毛利远盲蚓(A. morrisi)、壮伟远盲蚓(A. robustus)、参状远盲蚓(A. aspergillum)、南美岸蚓(Pontoscolex corethrurus)和赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)的生态特征, 阐述了它们与土壤pH值、酶活性、金属富集和有效性改变、孔道和微团聚体形成之间的紧密关系: (1)蚯蚓生存的土壤酸碱性范围较广(pH为3.8-7.9), 其存活率与土壤类型、有机质含量和成分、土壤污染程度和蚯蚓种类相关; (2)肠道内、蚓粪和蚓触圈的酶活性分别表征了蚯蚓取食喜好、土壤养分循环及微生物种群特征; (3)蚯蚓能够富集不同种类的金属并改变其有效性, 这些变化具有蚓种间、金属种类间和土壤类型之间的差异; (4)蚯蚓活动及其生产的蚓粪能改变土体结构、产生孔道、影响土壤团聚体数量、大小和分布。蚯蚓的上述作用使其在解决中国南方红壤酸化、土壤金属污染、茶园土壤养分不平衡、高速公路建设临时用地土壤损毁等方面具有广阔的应用前景。目前, 由于华南远盲蚓的生理特征差异研究较少, 远盲蚓繁育技术的缺乏一定程度上限制了这些蚯蚓在中型和大型尺度下应用技术的研究和推广。有必要进一步挖掘蚯蚓在土壤修复中的潜力, 进行蚯蚓主导的相关技术研发, 深入探讨其影响机制。

为研究大气CO₂浓度升高条件下土壤动物的响应, 本文采用开顶式气室(OTC)控制大气CO₂浓度, 设置了3个梯度, 分别为低浓度370 ppm背景CO₂ (AC)、中浓度550 ppm CO₂ (EC1)和高浓度700 ppm CO₂ (EC2)。于2017年秋季取样并用改良Tullgren干漏斗法和Baermann湿漏斗分离土壤动物。结果表明: (1)共捕获土壤动物6,268头, 隶属于7纲15目, 优势类群为甲螨亚目, 占捕获量的88.13%; 常见类群为弹尾目和双翅目幼虫, 合计占捕获量的9%。不同CO₂浓度水平下, 优势类群(甲螨亚目)和常见类群(弹尾目、双翅目幼虫)相同, 但是稀有类群存在一定差异。(2) CO₂浓度升高显著增加了甲螨亚目的类群数和个体密度, 显著降低了弹尾目的类群数和个体密度, 对其他土壤动物无显著影响。(3)三江平原不同浓度条件下土壤动物的Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数均为AC > EC1 > EC2, 而优势度指数为EC2 > EC1 > AC, 丰富度指数为AC > EC2 > EC1。研究表明, 气候变化有可能影响土壤动物的群落结构以及土壤动物的多样性。