宁镇丘陵区村域小流域不同土壤景观下表土质量变化及评价

中国南方丘陵区存在着自然过程和人类活动交互影响的、土地利用—土地覆盖叠加变化的多种土壤景观,其土壤质量对乡村农业产业发展具有重要影响。在南京市远郊的溧水区晶桥镇芝山村域小流域,选取流域内生态保护的林地、农业利用的园地、旱地和稻田4种土壤景观,于秋季分别采集表土样品,测定土壤基础理化性质、土壤团聚体粒径组成及土壤微生物磷脂肪酸和胞外酶活性分布,分析土壤肥力、土壤团聚化、土壤生物活性等关键性质在不同土壤景观中的变异情况,并采用土壤质量评价方法探明土壤景观与表土质量的变化关系。结果表明,与原生林地相比,农业土壤景观中有机质减少50.93%~69.63%,土壤团聚体平均重量直径降低41.34%~68.71%;相应地,土壤微生物总磷脂脂肪酸含量也降低19.20%~42.04%,土壤归一化酶活性降低22.48%~63.27%。因此,与林地景观土壤相比,农业土壤景观的土壤生态系统服务功能已经显著削弱。不过,在农业土壤景观中,稻田的土壤有机质储量和微生物活性相对较高。回归分析表明,土壤有机质含量是影响土壤性质变化的最强因子。基于总数据集和最小数据集的土壤质量评价和基于土壤健康理念的土壤功能质量评价均表明,表土总体土壤质量的变化趋势为林地>稻田>旱地>园地。同时,基于土壤健康理念的评价体系能综合地反映不同土壤景观间土壤的质量变化及其生态系统功能意义。     

土壤微生物影响土壤健康的作用机制研究进展

土壤健康是农业可持续发展的中心主题。土壤微生物参与土壤生态功能、环境功能和免疫功能协同驱动土壤生命系统运转，是维持土壤健康的核心与关键。了解不同微生物介导的土壤健康调控机制对有效利用这些核心微生物维持和改善土壤健康至关重要。本文围绕微生物参与调节土壤碳循环、养分循环，改变土壤结构、抑制植物病虫害、污染控制等主要生物过程系统梳理了微生物在调控土壤健康中的重要作用，以及微生物作为土壤健康的敏感指标对土壤健康的指示与预警作用。强调未来应加强驱动土壤健康特定功能以及多个生物过程的核心微生物组信息数据库挖掘、构建与生产应用研究，为定向利用微生物改善农业土壤生态系统功能、维持土壤健康以及保障土壤可持续发展提供科学依据。     

影响土壤微生物活性与群落结构因素研究进展

土壤微生物在陆地生态系统中具有重要作用,是整个陆地生态系统物质循环、能量流动的推动者,与陆地生态系统地稳定性密切相关。本文就影响土壤微生物活性与群落结构因素研究进展作了综述,主要内容有:土壤理化性状对土壤微生物群落结构的影响;土壤微生物之间的相互作用,土壤动物多样性,植物多样性对土壤微生物群落结构的影响;不同的经营管理措施对土壤微生物群落结构的影响。并对今后的发展趋势作了探讨,提出深入研究土壤微生物群落结构与其在陆地生态系统中的功能关系,合理调控土壤微生物群落结构,维护整个陆地生态系统稳定的研究方向。     

农田土壤生态系统多功能性研究进展

健康土壤培育是耕地产能提升的先决条件,也是应对粮食安全和环境保护挑战,保障土壤可持续利用,实现农业绿色发展和构建生命共同体的基础。健康土壤培育的核心是实现土壤生态系统多功能性。在生态文明建设的新时代,土壤生态系统多功能性评价、培育过程及机制研究已成为全球土壤健康行动的焦点和前沿。本文系统梳理了土壤功能、土壤生态系统服务与土壤生态系统多功能性的概念,讨论了土壤生物多样性对多功能性的影响、土壤功能间的协同与权衡关系,总结了土壤功能评价及量化的方法,并提出了突破单一追求粮食高产目标,发展基于多功能性综合调控的农田健康土壤培育新思路。提出在不同层级上提高土壤多功能性的途径：在全国尺度调整土地利用方式及农业结构、区域尺度协调资源配置、景观尺度构建农业设施建设与景观格局、田块尺度优化田间土壤管理技术,全面提升土壤健康和多功能性。未来需要通过多学科交叉深入探索不同时空尺度的土壤多功能性形成与维持机理,与现代科技相结合,完善土壤功能管理相关政策与落地方案,强化土壤多功能性在可持续环境政策与管理中的多维作用,为山水林田湖草生命共同体协调发展和“碳达峰、碳中和”国家战略的实施提供重要支撑。     

城市化对生态系统服务功能的影响机制探讨与实证研究

城市化空间格局控制着生态系统的动态。该文首先总结了城市化对生态系统服务功能影响的机制,并以西安市南郊平原为样区,实证分析了城市化水平与生态系统服务功能之间的定量关系。结果表明：（1）城市化过程中的人口聚集、工业化、土地利用变化是导致生态景观格局、生物物理过程和生物栖息地、生物地球化学循环改变的主要原因,进而对生态系统服务功能产生了重要影响。（2）总体上,城市化必然导致生态系统服务功能的降低。但人口城市化、经济城市化、景观城市化分别对生态系统的不同服务功能产生的影响不同;景观城市化对生态系统服务功能产生的负面影响更为显著。实证分析表明：在西北河谷平原地区,城市化对气候调节、土壤形成与保护、废物处理、食物生产等功能的负面影响比较显著,而对生物多样性保护功能、原材料生产功能和娱乐文化功能等的影响不显著。     

昆嵛山国家级自然保护区生态系统服务价值演变

昆嵛山国家级自然保护区位于山东省东部沿海,是胶东半岛重要的生态屏障区,研究该区土地利用类型和生态系统服务价值的动态变化,为进一步明确该区域主体服务功能,完善昆嵛山自然保护地体系构建提供科学依据。通过解译2008—2018年的遥感影像数据,分析不同土地利用类型动态变化,运用当量因子法估算昆嵛山国家级自然保护区生态系统服务价值。结果表明2008—2018年昆嵛山国家级自然保护区土地利用类型变化主要是裸地及其他、耕地和林地之间的转移,面积增加最多的土地利用类型是林地,面积减少较大的土地利用类型是耕地、裸地及其他。2008—2018年,昆嵛山国家级自然保护区生态系统服务价值由3.36亿元增长至3.68亿元,食物生产功能价值呈减少趋势,原料生产、水资源供给、气体调节、气候调节、净化环境、水文调节、土壤保持、维持养分循环、生物多样性、美学景观功能价值均呈不同程度的增长趋势,其中气候调节和水文调节功能价值增长显著。生态功能是昆嵛山的主要服务功能,其中调节服务是昆嵛山的主要生态功能。不同土地利用类型中,林地的生态服务能力较高,也是维持昆嵛山生态系统服务的主体,昆嵛山自然保护区土地利用结构向着增强其生态功能的方向发展。     

红壤微生物群落结构及其演变影响因素的研究进展

南方红壤丘陵区面临土壤肥力和生物功能退化问题,研究红壤微生物资源分布及其演变规律是培育红壤生物肥力的理论基础。本文综述了环境和人为因素对红壤微生物群落组成及其演变的影响,提出了红壤微生物群落组成及其功能调控研究的重点。土壤微生物群落组成受历史因素(地理距离、土壤类型)和现代因素(气候和土壤条件的变化)的共同影响,但不同因素间的相对贡献仍不清楚。土地利用方式和耕作施肥的改变均影响了红壤微生物群落的结构特征,但微生物结构和功能在耕作施肥过程中的长期变化规律仍需进一步研究。未来需要加强土壤?根系?微生物系统中生物交互作用及其对养分协同代谢和转化的影响,建立最佳管理措施修复退化红壤的微生物功能。     

土壤剖面微生物群落分布规律研究进展

微生物在土壤有机质转化和养分循环过程中发挥着重要的调节作用。明确微生物在土壤剖面中的变化规律对于了解微生物群落调控生态系统功能的机制至关重要。以往有关土壤微生物的研究多数局限于表层土壤,而对深层土壤微生物群落多样性和形成机制的研究相对较少。然而,深层土壤微生物在土壤形成、碳固存以及元素化学循环等过程中的作用不容忽视。因此,本文综述了不同生态系统中土壤剖面微生物分布格局的研究进展,分析了微生物丰度、多样性和群落组成在土壤剖面中的分布规律及其与土壤理化指标的关系,阐述了土壤微生物相互作用模式以及装配过程随着土壤深度的变化规律,并对未来的研究重点加以展望,以期为深入认识土壤的形成机制和保护利用好土壤资源提供理论依据。     

土壤氮素内循环对生态覆被变化响应的研究进展

随着人口增长对粮食需求的不断提高,人类对自然生态系统扰动频繁,生态覆被/土地利用变化伴随着土壤活性氮库、氮形态组分及氮素内循环过程的改变,直接影响生态系统的持续与稳定,进而引起全球气候变暖,生物多样性减少等诸多生态环境问题。生态覆被/土地利用变化是全球生态系统变化的重要内容。本综述探讨了活性氮的基本概念及其引发的环境效应,国内外自然生态系统中森林与草地间转换、自然生态系统开垦为农田、弃耕撂荒或退耕还林还草、城市化发展等生态覆被/土地利用变化对土壤氮库消长、氮矿化产物形态变化以及影响氮循环的关键土壤微生物影响等,并探讨了制约氮循环的土壤微生物研究进展。指出农业开垦或农田弃耕撂荒会导致土壤全氮大幅度下降,同时引起土壤硝态氮(NO3--N)增加,造成环境活性氮增加的风险;退耕还林修复生态覆被过程中氮库完全恢复需要漫长的时间;运用现代微生物分子生态学的前沿技术是研究土壤氮循环对生态覆被/土地利用变化响应机理的关键。本综述为自然生态系统的保护与开发利用、退化生态系统的修复与重建以及人工生态系统的科学规划等提供了理论依据。     

土壤微生物多样性的科学内涵及其生态服务功能

土壤微生物多样性是指土壤生态系统中所有的微生物种类、它们拥有的基因以及这些微生物与环境之间相互作用的多样化程度,当前研究主要集中在物种多样性、遗传多样性、结构多样性及功能多样性等4个方面。土壤微生物多样性作为全球性研究迄今仅有10余年时间,但已呈现对象广、内容多、水平宽、方法新等特点,特别是分子生物学技术在很大程度上决定并体现了其研究水平和发展进程。然而,如何进一步改进土壤微生物的培养技能、加强土壤宏基因组学分析与应用、耦合土壤微生物多样性与生态功能、揭示土壤微域结构的影响机制是土壤微生物多样性研究的4个关键科学问题。当然,土壤微生物多样性的生态系统服务功能是其根本价值所在,主要包括有机物分解、物质循环和生态安全调控等3个方面。今后,土壤微生物多样性研究应紧紧围绕其与土壤生物过程、生态服务功能三者之间的联系,着重建立土壤微生物多样性的研究指标和方法体系,进而阐明人类生产活动影响土壤微生物多样性及其生态服务功能的土壤生物过程。     

城市五种景观植物土壤微生物多样性研究

绿地为城市提供广泛的生态服务,绿地土壤微生物群落是其中的关键组成部分。为探究城市绿地土壤微生物多样性及其影响因素,通过16S rRNA基因的高通量测序对城市绿地5种常见景观植物土壤微生物进行分析,发现不同景观植物土壤微生物优势物种具有较高的一致性,以变形菌门、放线菌门、酸杆菌门、绿弯菌门、粘球菌门为优势门。但其α多样性和β多样性根据景观植物不同表现出明显相异性。另外,各土壤中古菌趋同性极高,几乎都属于氨氧化古菌。微生物相互作用关系主要受土壤含水量、盐离子浓度和pH等因子的影响。     

土壤微生物多样性与地上植被类型关系的研究进展

土壤微生物是生态系统中重要的组成成分,土壤微生物多样性代表着微生物群落的稳定性,对植物的生长发育和群落结构的演替具有重要作用。同时地上植被也影响土壤微生物多样性,地上植被和地下微生物间具协同作用和正负反馈效应的互作机制。探讨植被和土壤微生物多样性之间的互作关系,为植物保护和生态系统的可持续发展研究提供参考。     

稻田土壤微生物群落对稻鳖共作模式的响应特征

稻鳖共作是一种绿色、高效的生态农业种养模式,然而有关共作模式对稻田土壤微生物群落结构与功能特征的影响及其驱动因子的研究鲜有报道。为此,该研究以水稻单作（RM）和稻鳖共作（RT）处理的稻田土壤为研究对象,采用Illumina高通量测序技术分析土壤细菌和真菌群落结构的变化,并探讨土壤理化性质和微生物群落间的相关性。结果表明：1）稻鳖共作模式使土壤有机质（Soil Organic Matter,SOM）、总钾（Total potassium,TK）、碱解氮（Alkali-hydrolyzale Nitrogen,AN）、有效磷（Available Phosphorus,AP）和速效钾（Available potassium,AK）含量显著提高了37.72%、15.15%、13.80%、37.37%和21.57%（P<0.05）。2）稻鳖共作模式提高了土壤微生物丰富度和多样性,改变了微生物群落结构。共作使土壤细菌变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteriota）、真菌子囊菌门（Ascomycota）和罗兹菌门（Rozellomycota）相对丰度分别增加了6.42%、1.16%、0.44%和2.96%,真菌担子菌门（Basidiomycota）相对丰度降低了0.22%。3）共线网络分析表明,稻鳖共作增加了细菌微生物网络总节点数、边数、平均聚类数和模块化,增强了微生物网络复杂度,加强了群落间的联系;共作降低了真菌微生物网络节点数,但增加了正相互作用的微生物,增强了微生物间的协同合作。4）冗余分析（Redundancy Analysis,RDA）表明,土壤有机质、全钾和速效钾含量是影响细菌群落结构变化的主要环境因子,全钾、速效钾和有效磷含量是影响真菌群落结构变化的主要环境因子。综上,稻鳖共作有利于提高稻田土壤肥力,改变土壤微生物群落结构,并提高了微生物多样性,使微生物群落间的联系更紧密。该研究为探究科学合理的稻田栽培模式提供了重要的科学依据。     

土壤微生物多样性与地上植被类型关系的研究进展

土壤微生物是生态系统中重要的组成成分,土壤微生物多样性代表着微生物群落的稳定性,对植物的生长发育和群落结构的演替具有重要作用。同时地上植被也影响土壤微生物多样性,地上植被和地下微生物间具协同作用和正负反馈效应的互作机制。探讨植被和土壤微生物多样性之间的互作关系,为植物保护和生态系统的可持续发展研究提供参考。     

Benefactor and allelopathic shrub species have different effects on the soil microbial community along an environmental severity gradient

Patches where shrubs have either positive or negative effects on their understory plant community are common in arid ecosystems. The intensity and balance of these effects change along environmental severity gradients but, despite the major role of soil microbes in plant interactions, little is known about the differences among soil microbial communities under these species and their possible influence on such contrasting shrub effects. We hypothesized that microbial communities associated to benefactor and allelopathic shrubs would differ among them and that differences would increase with environmental severity. To test these hypotheses we characterized soil microbial biomass, activity and community composition under a benefactor shrub species, Retama sphaerocarpa, an allelopathic shrub species, Thymus hyemalis, and in bare soil among plants (gaps) at three sites along an environmental severity gradient. Shrubs promoted an increase in soil bacterial diversity, being bacterial communities associated to benefactor shrubs, allelopathic shrubs and gaps different in composition. Microbial enzymatic activity and biomass increased under shrubs and under more mesic conditions; nonetheless, they were highest under benefactor shrubs at the most arid site and under allelopathic shrubs at the less severe site. Compared to gaps, the presence of shrubs induced changes in microbial activity and community composition that were larger at the most severe site than at the less severe site. Along the gradient, benefactor shrubs enhanced the abundance of bacterial groups involved in organic matter decomposition and N fixation as well as plant pathogens, which could contribute to Retama's outstanding positive effects on understory plant biomass and diversity. Plant patches mitigate the effects of extreme conditions on associated plant and soil microbial communities and promote soil biodiversity and ecosystem functioning in arid ecosystems, with shrubs actively selecting for specific microbial groups in their understory.     

广州市不同土地利用方式下冬季土壤动物群落结构的研究

对广州市越秀区和天河区3种土地利用方式(绿地、林地、农田)下、6种不同样地(人民公园东部绿地、天河体育中心广场绿地、华南植物园、华南农业大学树木园、郊区岑村农田和郊区凤凰街农田)中小型土壤动物群落的数量和结构组成、分布及其变化规律进行了研究。调查期间共获得中小型土壤动物1 365个,共25个类群,分别隶属于7门16个类群,优势类群为线虫纲(Nematoda)、蜱螨目(Acarina)和弹尾目(Collembola),共占总捕获量的83.44%。不同样地生境中土壤动物的类群组成以及个体数不同。各样地土壤动物群落复杂性指数(C)以华南植物园为最高,达2.822,人民公园绿地为最低。观测样地中小型土壤动物表现出明显的表聚现象,垂直分布有明显差异,类群数和个体数随深度增加而减少。群落排序的结果显示,土壤动物群落对人类活动干扰的响应有所不同,其中倍足纲(Diplopoda)和石目(Archaeognatha)这两类土壤动物为稀有类群,仅在观测的林地类样地中有分布,对干扰最为敏感,可用于指示城市化进程S中土地利用类型的变化。     

中国北方温带草原土壤微生物对气温变暖与添加氮素的响应特征

The responses of soil microbes to global warming and nitrogen enrichment can profoundly affect terrestrial ecosystem functions and the ecosystem feedbacks to climate change. However, the interactive effect of warming and nitrogen enrichment on soil microbial community is unclear. In this study, individual and interactive effects of experimental warming and nitrogen addition on the soil microbial community were investigated in a long-term field experiment in a temperate steppe of northern China. The field experiment started in 2006 and soils were sampled in 2010 and analyzed for phospholipid fatty acids to characterize the soil microbial communities. Some soil chemical properties were also determined. Five-year experimental warming significantly increased soil total microbial biomass and the proportion of Gram-negative bacteria in the soils. Long-term nitrogen addition decreased soil microbial biomass at the 0-10 cm soil depth and the relative abundance of arbuscular mycorrhizal fungi in the soils. Little interactive effect on soil microbes was detected when experimental warming and nitrogen addition were combined. Soil microbial biomass positively correlated with soil total C and N, but basically did not relate to the soil C/N ratio and pH. Our results suggest that future global warming or nitrogen enrichment may significantly change the soil microbial communities in the temperate steppes in northern China.     

三种城市景观竹土壤微生物群落结构特征

为探究城市景观竹林对土壤微生物群落的影响，于上海辰山植物园选取3种常见景观竹利用Illumina MiSeq高通量测序技术结合土壤理化指标分析不同景观竹林对土壤理化性质和微生物群落结构特征的影响。发现不同竹林土壤全磷、速效磷、有机质、全氮、全钾含量和电导率存在显著差异（P<0.05），土壤细菌丰富度和多样性指数在毛竹林土壤中最高，在淡竹林土壤中最低，土壤细菌优势门为Actinobacteriota、Proteobacteria、Acidobacteriota和Chloroflexi，真菌优势门为Ascomycota，其中Actinobacteriota、Chloroflexi在淡竹土壤中的相对丰度显著最高，而Proteobacteria、Myxococcota的相对丰度在毛竹林土壤中最高，土壤真菌优势门的差异并不显著。此外细菌群落结构和丰度受土壤全磷、硝态氮、电导率、含水率、pH影响显著，而真菌群落变化与所选环境因子无显著相关性。     

Soil carbon content drives the biogeographical distribution of fungal communities in the black soil zone of northeast China

Black soils (Mollisols) are one of the most important soil resources for maintaining food security in China, and they are mainly distributed in northeast China. A previous comprehensive study revealed the biogeographical distribution patterns of bacterial communities in the black soil zone. In this study, we used the same soil samples and analyzed the 454 pyrosequencing data for the nuclear ribosomal internal transcribed spacer (ITS) region to examine the fungal communities in these black soils. A total of 220,812 fungal ITS sequences were obtained from 26 soil samples that were collected across the black soil zone. These sequences were classified into at least 5 phyla, 20 classes, greater than 70 orders and over 350 genera, suggesting a high fungal diversity across the black soils. The diversity of fungal communities and distribution of several abundant fungal taxa were significantly related to the soil carbon content. Non-metric multidimensional scaling and canonical correspondence analysis plots indicated that the fungal community composition was most strongly affected by the soil carbon content followed by soil pH. This finding differs from the bacterial community results, which indicated that soil pH was the most important edaphic factor in determining the bacterial community composition of these black soils. A variance partitioning analysis indicated that the geographic distance contributed 20% of the fungal community variation and soil environmental factors that were characterized explained approximately 35%. A pairwise analysis revealed that the diversity of the fungal community was relatively higher at lower latitudes, which is similar to the findings for the bacterial communities in the same region and suggests that a latitudinal gradient of microbial community diversity might occur in the black soil zone. By incorporating our previous findings on the bacterial communities, we can conclude that contemporary factors of soil characteristics are more important than historical factor of geographic distance in shaping the microbial community in the black soil zone of northeast China.