中国土壤生物学研究的回顾与展望

土壤生物是土壤发生与发展的重要推动力,是土壤生态系统中最为活跃的组成部分。本文在系统查阅近10年来国内外土壤生物学文献的基础上,分析了中国土壤生物学研究的现状特点,从土壤生态学、土壤生物化学、土壤微生物学、土壤?植物系统、土壤动物学几个方面概括了土壤生物学研究的主要进展。结合国际土壤科学发展的前沿和热点问题,建议重点开展土壤生物与全球环境变化、土壤生物与土壤质量、土壤生物多样性与生态功能、微生物宏基因组学与活性物质开发、土壤污染与生物修复、土壤酶学与元蛋白质组技术等方面的研究。     

转基因作物对土壤微生物群落的影响及主要研究策略

土壤生态系统是农业生态系统安全和农业可持续发展的重要载体,也是人类赖以生存的基础。随着基因工程技术的应用和转基因作物大量种植,在带来重大经济效益的同时,也可能会引发一定的生态风险,包括会对农田土壤生态系统尤其是微生物群落结构和功能产生难以预测的复杂影响。目前这些研究方向已成为土壤生物安全的研究热点。本文简要分析了近年来转基因作物对土壤微生物群落的影响,着重介绍了转基因作物种植影响根际土壤微生物群落多样性的研究进展、土壤微生物群落多样性的研究方法及其评估研究的主要策略等。     

土壤健康的生物学监测与评价

土壤是维持陆地生态系统功能和持续性的至关重要的有限资源。土壤质量和土壤健康与农牧业的可持续发展和环境质量的改善息息相关。土壤健康可简单定义为:“土壤作为一个动态生命系统具有的维持其功能的持续能力”。土壤微生物是土壤生物区系的关键性功能要素,一些微生物学参数可以综合判断土壤健康状况。文中提出土壤健康评价的指标体系可区分为土壤中微生物的量、活性、多样性和功能性4个方面,其中与微生物生物量水平相关的基本指标和衍生参数可成为土壤健康的敏感性量化指标,并有潜力作为土壤生态系统受污染和胁迫的预警性监测指标。     

转基因作物对土壤生物学特性的影响

随着转基因作物的大力推广,其对农田生态系统的潜在风险备受关注。本文综述了转基因作物在土壤生态系统释放可能引起的生态风险及其对土壤部分生物学特性的影响,涉及土壤生物多样性、土壤动物、土壤微生物及土壤酶活性。最后,提出了今后相关研究中应该注意的几个问题。     

《土壤生态学》简介

土壤生态学是一门年轻的应用生态学分支学科，是土壤学、生态学、地理学以及环境科学相互交叉的一门具有广泛研究领域的新兴学科。它以土壤生物为中心，研究土壤生物之间、土壤生物与土壤环境之间的相互作用，探讨土壤生态系统的结构、功能和人类活动对土壤生态系统的影响及过程。     

污染土壤的微生物多样性研究

土壤微生物多样性是土壤微生物生态学的重要研究内容，目前已成为国际上生态学发展的崭新方向之一。土壤微生物多样性包括微生物群落功能多样性、结构多样性及分子遗传多样性，是指示土壤生态系统稳定性及其功能的重要传感器。本文基于分离培养以及生物标志分子方法。从不同生态层次上认识微生物多样性，较全面、系统地综合评述国内外污染土壤环境的微生物群落功能、结构及分子遗传多样性的研究进展，并针对新形势下土壤污染所面临的新问题，探讨了近期土壤微生物生态学过程研究的重要手段与科学问题。     

“十四五”土壤生物学分支学科发展战略

土壤生物是地球生物多样性的重要组成部分。土壤生物驱动着土壤中有机质降解、元素循环、污染物转化与降解以及温室气体的产生与消耗,在全球粮食安全、环境保护以及应对气候变化等方面发挥着重要作用。土壤生物学是研究土壤生物多样性与分布、土壤生物的过程与功能以及土壤生物的调控与应用的科学。21世纪以来,分子生物学技术的突破与生态学理论的广泛应用极大地推进了土壤生物学研究的发展。本文回顾了土壤生物学科的发展历程,详细介绍了土壤生物学科的发展现状,提出了土壤生物学科在理论与应用上的发展趋势,并对未来土壤生物学科的发展方向进行了展望。随着多学科交叉融合以及研究手段的进步,土壤生物学迎来了一个新的发展时期。土壤生物学研究在生物资源挖掘、时空分布格局、生态服务功能和生物调控等方面取得的重要成果,将更好地服务于土壤健康、植物健康、人类健康以及我们的星球健康。     

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。     

城乡复合生态系统土壤微生物群落特征及功能差异

土壤微生物在陆地生态系统多个过程中发挥着重要作用,而城市化过程使得城市及其周边地区土地利用发生剧烈变化,形成了异质性环境梯度,直接或间接地影响了土壤微生物群落的组成和功能,进而影响了其承载的生态系统服务。本文综述了城乡复合生态系统不同景观单元土壤微生物群落的组成特征、主要影响因素及其功能差异,发现城市化对土地利用的改变驱动了土壤微生物群落的组成、结构和功能差异,土地利用、土壤污染物、植被覆盖、土壤性质等因素共同影响土壤微生物群落,并且在不同景观中影响土壤微生物的主导因素有所不同。进一步探讨了土壤微生物的生态服务功能,并分析了不同景观中土壤微生物功能存在的差异性。今后需进一步解析社会—经济—自然复合生态系统格局特征对土壤微生物的影响,揭示城乡复合生态系统不同功能区土壤微生物对土壤生态服务的产生和维持机制,明确变化环境下土壤微生物对土壤安全和人类健康的维持机制,以提升土壤生态服务功能、维护城乡土壤安全和人居环境健康。     

变化环境下土壤生物多样性潜在威胁与影响因素

作为地球上生物最为丰富的生境,土壤生态系统具有高度的生物多样性,并与地上生态系统有着密切联系。随着经济快速发展,人为干扰日益严重,土壤生物多样性遭受严重威胁,在物种大量灭绝及对土壤生物多样性总体认识相对局限的双重背景下,有效保护土壤生物多样性迫在眉睫。首先,提出了土壤生物多样性的威胁框架,并详述了土地利用变化、农业管理措施、土壤退化、转基因作物、外来植物入侵五大威胁因素在生态系统,物种,基因三个尺度下的不同作用过程。其次,阐明了各威胁因素对土壤生物多样性的具体影响及其驱动机制。最后指出,尽管人们对于上述威胁因素的研究已经有了部分成果,但对于研究各威胁因素在不同尺度下的影响,明确因素间相互作用方式及贡献程度,进行土壤生物多样性威胁的空间精细化制图等方面还面临着巨大挑战。分析土壤生物多样性潜在威胁能够为实现对其综合定量评估、保护土壤生物多样性以及城市规划等提供有力依据。     

土壤质量生物学指标研究进展

本文对近年土壤微生物、土壤酶活性和土壤动物等土壤质量生物学指标研究成果进行了综合评述。土壤微生物是土壤有机组分和生态系统中最活跃的部分,被认为是最敏感的土壤质量生物学指标:微生物生物量代表参与调控土壤中能量和养分循环及有机物质转化所对应微生物的数量,但须结合多样性研究以弥补其无法反映土壤微生物组成和区系变化的缺陷;微生物群落组成和多样性动态反映土壤中生物类群的多变性和土壤质量在微生物数量和功能上的差异;土壤微生物活性体现在土壤微生物商、微生物呼吸和代谢商等方面,应考虑生物量大小与微生物种群活性间的相关关系以反映微生物种群内的差异。土壤酶活性具有极高时效性,在较短时间内就能反映出土壤质量的变化。土壤动物通常以种类的组成和数量,土壤动物区系的相对丰度、多样性或活性作为评价土壤生物质量的敏感指标。与土壤理化指标相比,土壤生物学指标更能对土壤质量的变化做出灵敏迅速的响应,因而被广泛地用于评价土壤质量。     

不同土地利用方式下的蚯蚓种群特征及其与土壤生物肥力的关系

采用样方法对华北平原(河北曲周)盐渍化改造区7种土地利用方式下的蚯蚓种群进行详细调查,并通过培养实验研究了蚯蚓种群特征对若干土壤生物学指标的影响。结果表明:(1)在7种土地利用调查样地中共存在蚯蚓有3个科,5个属,5个种,其中赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)占调查样地总个体数的60%以上,梯形流蚓(Aporrectodea trapezoides)和赤子爱胜蚓两个种在本地区广泛分布,样点出现频率分别为74%和44%,为该地区的优势种;(2)不同土地利用方式的蚯蚓种群密度及生物量变化趋势是:庭院菜地>直立免耕>清茬免耕>商品菜地>传统玉米地>果园>原貌地。其中庭院菜地蚯蚓种群的平均密度和生物量分别达到272 Ind.m-2和68.04gm-2;(3)蚯蚓种群密度和物种数等种群特征与土壤基础呼吸强度、微生物生物量碳含量成显著正相关(p<0.01),与土壤基础呼吸商成显著负相关(p<0.01);(4)不同土地利用方式下,蚯蚓的种群密度、生物量等种群特征对土壤中微生物群落的影响作用显著。蚯蚓生物量越大、种群越丰富的土壤有机质、氮、磷、钾等有效成分越高,反之则相反。室内培养实验表明,随着蚯蚓个体数量增加土壤原生动物总丰度、微生物生物量碳、氮也存在升高的趋势,与用土壤生物学特性指标及土壤化学特性指标评价的结果基本一致。     

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。     

BIOLOG在土壤微生物群落功能多样性研究中的应用

微生物功能多样性信息对于明确不同环境中微生物群落的作用具有重要意义 ,而微生物群落的定量描述一直是微生物学家面临的最艰巨的任务之一。目前 ,以群落水平碳源利用类型为基础的BIOLOG氧化还原技术为研究土壤微生物群落功能多样性提供了一种简单、快速的方法 ,并得以广泛应用。但它仍然是一种以培养为基础的方法 ,显示的代谢多样性类型也不一定反映整个土壤微生物群落的功能多样性。因此 ,这种方法优点明显 ,缺陷也存在 ,并且在应用过程中还有很多关键的操作要点与技巧。本文综述了BIOLOG研究土壤微生物群落功能多样性的原理、BIOLOG研究土壤微生物群落功能多样性的方法与技巧、应用过程中容易产生的问题及可能克服的办法 ,同时还提出了值得进一步研究的问题。旨在促进对BIOLOG测定土壤微生物群落功能多样性的了解 ,为正确运用这种方法开展土壤微生物群落功能多样性研究提供科学依据和理论指导。     

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。     

Plant biomass, soil water content and soil N:P ratio regulating soil microbial functional diversity in a temperate steppe: A regional scale study

Soil microorganisms are influenced by various abiotic and biotic factors at the field plot scale. Little is known, however, about the factors that determine soil microbial community functional diversity at a larger spatial scale. Here we conducted a regional scale study to assess the driving forces governing soil microbial community functional diversity in a temperate steppe of Hulunbeir, Inner Mongolia, northern China. Redundancy analysis and regression analysis were used to examine the relationships between soil microbial community properties and environmental variables. The results showed that the functional diversity of soil microbial communities was correlated with aboveground plant biomass, root biomass, soil water content and soil N: P ratio, suggesting that plant biomass, soil water availability and soil N availability were major determinants of soil microbial community functional diversity. Since plant biomass can indicate resource availability, which is mainly constrained by soil water availability and N availability in temperate steppes, we consider that soil microbial community functional diversity was mainly controlled by resource availability in temperate steppes at a regional scale.     

坝上地区退耕还林还草措施对土壤细菌的影响

以河北坝上地区实施退耕还林还草18年后的耕地、林地、灌丛和草地为研究对象,通过测定土壤理化性质并结合氯仿熏蒸浸提法和高通量测序技术,分析了坝上地区退耕还林还草措施对土壤微生物生物量、细菌多样性和群落结构特征的影响.结果发现:林地的土壤含水量有微弱下降趋势,但不同植被恢复类型下土壤中的碳、氮、磷、钾等元素含量无显著差异....     

The effect of electrokinetics on soil microbial communities

There is growing interest in the potential of applying an electric field to soil to move and stimulate the degradation of contaminants, but we know little of the impact of this approach on exposed microbial communities. The effect of electrokinetics (3.14 A m⁻²) on soil bacterial and fungal communities was studied using soil cartridge microcosms (13 cm×5.4 cm×5.9 cm). After 27 days of electrokinetics, a zone of low pH (<4) was detected close to the anode. Soil exposed to electrokinetics and immediately adjacent to the anode demonstrated an increase in carbon substrate utilisation potential (≤290%) and microbial respiration rates. The diversity and structure of the bacterial community showed little response to electrokinetics, with the exception of soil close to the anode. Here, an increase in the percentage of Gram-positive species isolated was identified, most notably of Bacillus megaterium. Overall, the only detectable response of the microbial community was observed in soil immediately adjacent to the anode. The results of this study provide evidence that the application of electrokinetics has no serious negative effect on ‘soil microbial health’, thus endorsing its validity as a viable soil remediation technology.     

Effect of cinnamic acid on soil microbial characteristics in the cucumber rhizosphere

In order to elucidate the effect of allelochemicals on soil microbial characteristics in the cucumber rhizosphere, the soil microbial biomass and respiration, community functional diversity and RAPD marker diversity as affected by exogenous cinnamic acid were studied. Exogenous cinnamic acid increased soil microbial respiration and the metabolic quotient, but decreased soil microbial biomass-C. Soil microbial community functional diversity and genetic diversity (as indicated by RAPD markers) were also significantly altered by exogenous cinnamic acid. These results suggest that allelochemicals can change soil microbial genetic diversity, biological activity and microbial metabolic activity, which alter soil microbial ecology and accordingly affect the growth of cucumber with accumulation in the soil of allelochemicals.     

矿区废弃地土壤重构与性能恢复研究进展

土壤重构是土地复垦研究的核心内容。本文从生物种类与活性、土壤理化性质与矿物学特性、土壤重构新技术的使用等三个方面综述了当前国外进行矿区废弃地土壤重构研究现状;同时从土壤理化性质与土壤养分、土壤微生物及生化特征、土壤剖面重构等三个方面对国内矿区土壤重构研究进展进行了阐述。