农田重金属对“土壤-植物-微生物”系统的生态效应

以农田"土壤-植物-微生物"系统为对象,综述了重金属在农田生态系统中的生态效应。认为重金属对"土壤-植物-微生物"系统的影响表现在以下3个方面:影响土壤的生化特性,抑制土壤有机质的分解及矿化过程;被农作物吸收富集,并影响农作物的生长发育;影响微生物种群结构及生物活性,从而影响有机质矿化过程。     

冻融循环对土壤性状特征影响研究进展

土壤冻融是由于大气温度的周期性变化,土壤层出现冻结与融化交替的现象,在草原、农田、森林等生态系统广泛存在。土壤冻融对农业生产、土壤资源的有效利用以及生态气候与水文环境的预测具有重要的指示作用。近年来,关于土壤冻融的生态效应备受关注。论文重点阐述了近年来国内外关于土壤冻融循环研究方面的进展,从冻融循环对土壤的物理、化学以及生物特性3个角度的影响进行分析。现有研究表明,冻融循环是以土壤为传递基质的水分运移发生了变化,也是土壤能量输入和输出的过程。此外,冻融循环也会影响到土壤抗侵蚀性能,尤其在春季解冻期间较为严重,其中土壤含水量较高和有积雪的地域十分明显。冻融循环过程对土壤生物化学的影响主要是通过作用于土壤微生物区系、微生物量和活性等方面,使微生物群落组成和结构发生变化。基于此,论文从冻融循环对土壤理化性质(水热状态、团聚体和抗剪程度)、碳氮循环、土壤酶活性以及土壤微生物活性影响等方面对国内外研究现状进行了归纳与总结,并提出了研究展望,以期加深人们对土壤冻融循环生态效应的认知,并为挖掘冻融循环下植物-土壤-微生物耦合关联机理的研究提供一定的科学依据。     

植物内生菌影响土壤微生物区系的研究进展

土壤微生物区系是土壤生态环境的重要组分,其结构的稳定性对作物的健康生长至关重要。本文重点综述了植物内生菌对土壤微生物区系的调节作用,调节机制及潜在应用,指出了植物内生菌影响土壤微生物区系研究中出现的问题。一些植物内生菌不仅对植物生长有益,还可以显著改善土壤微生物区系,主要表现在对土壤微生物种类及数量、微生物生物量、酶活性及相关酶基因表达的影响,这可能是内生菌在土壤中和植物体内引发的多种效应的综合。植物内生菌可以在土壤中作为腐生菌与土壤微生物存在生态位竞争,通过产生某些抗菌活性物质和有机酸影响土壤微生物生长,通过降解复杂有机物如木质素、酚类化感物质等调节微生物区系,并吸收和转运重金属降低其对土壤微生物区系的危害等等。最后提出了今后的研究方向。     

植物凋落物分解对土壤有机碳稳定性影响的研究进展

凋落物是植物向土壤输入有机碳的主要途径,源于凋落物的碳一部分以CO₂的形式散失到大气,另一部分以有机碳的形式输入到土壤中,在土壤微生物的作用下经过一系列的周转参与稳定有机质的形成。但土壤作为“黑箱”,凋落物向土壤有机碳转移的过程和作用机理仍不明确。结合国内外该研究领域的主要成果,简要介绍了植物凋落物分解的研究方法、土壤有机碳组分及土壤有机碳稳定性,并从植物凋落物分解对土壤有机碳及其组分、土壤呼吸和激发效应、土壤微生物群落结构及酶活性的影响以及植物-土壤-微生物相互作用过程对有机碳稳定性的影响等方面进行概述,厘清植物凋落物分解与土壤稳定有机碳形成的关系,并提出了未来该领域亟待关注的研究方向和研究内容。     

微塑料对土壤-植物系统的生态效应

近年来,塑料污染已经成为全球性环境问题。陆地生态系统中的微塑料污染受到越来越多的重视,尤其是农业生态系统。由于降解性差,微塑料在土壤中的累积可能会对土壤生态系统造成不利影响,并通过食物链等威胁人畜健康。本文介绍了微塑料在土壤环境中的来源、分布和迁移,重点阐述了微塑料对土壤-植物系统的直接和间接生态效应。证据显示微塑料可以直接影响土壤理化性质、微生物与酶活性、土壤动物,影响植物种子萌发、根系对水分和养分的吸收,并可以被植物吸收和转运,对植物产生毒性效应;也可以通过改变土壤性质、与重金属等污染物联合作用等方式对植物产生间接效应。最后还对未来土壤-植物系统中微塑料相关研究进行了展望。以期为了解土壤微塑料的生态效应和潜在风险管控提供理论依据和科学指导。     

多氯联苯污染土壤植物修复的机理、遗传缺陷及转基因技术

综述了多氯联苯污染土壤植物修复研究的主要进展,包括植物提取、植物转化和根际效应等方面的修复机理,自然植物及其根际微生物在多氯联苯污染修复功能方面存在的遗传缺陷,采用转基因技术对植物和根际微生物的修复功能进行遗传改造。同时对相关研究进行了评述,探讨了今后的发展趋势和重要研究方向。     

植物根际沉积与土壤微生物关系研究进展

【目的】活跃的根际微生物被喻为植物的第二套基因组,在植物的生长发育过程中发挥着关键作用。植物通过根际碳沉积影响根际土壤微生物群落的结构和功能;作为根际微生态系统中的物质流、能量流和信息流,根际碳沉积是连接大气、植物和土壤系统物质循环的重要纽带;因此,理解根际碳沉积在根际微生态中的作用对于提高植物抗逆性,增加作物产量,调控根际养分循环等方面具有重大的理论意义。【主要进展】本文就近年来关于根际微生物领域的研究成果,重点综述了根际微生物多样性和组学研究;根际碳沉积的组成和产生机理;根际微生物群落结构的形成机制;根际微生物在促进作物养分吸收、提高作物抗逆性等方面的生态功能;以及气候变化和长期施肥对植物-微生物互作关系的影响。在此基础上我们提出了未来可能的研究重点和发展方向:1)植物根际沉积物原位收集方法和检测技术的改进和发展;2)稳定同位素探针与分子生态学技术的结合,将植物、土壤和微生物三者有机地联系起来,综合分析根际界面中微生物的活性与功能;3)高通量测序、组学技术和生物信息学等新技术的引入势必使根际微生物学研究发生革命性的变化;4)随着全球气候变化和土壤肥力改变,例如全球变暖、CO2浓度升高和长期施用化肥,根际沉积物在植物-土壤-微生物中的分配与调节机制,以及这种环境选择压力下植物如何诱导根际促生菌发挥更大作用。希望通过平衡作物与微生物之间的相互关系来实现作物的高产高效,促进农田的可持续利用。     

根系分泌物与土传病害的关系研究进展

根系分泌物是植物–土壤–病原微生物相互作用的桥梁,是决定病原菌–作物关系的关键生态因子,影响着土传病害的发生与发展。本文阐述了根系分泌物的定义、分类及产生机理;重点从根系分泌物的化感自毒效应,根系分泌物诱导根际微生物群落,根系分泌物影响病原菌丰度,根系分泌物影响根际土壤环境4个方面阐述了根系分泌物与土传病害的关系;并从研究方法和研究领域方面展望了今后研究的方向与重点。未来需要建立根系分泌物的原位收集、实时监测、量化方法技术体系,耦合利用组学技术,建立植物根系分泌物–根际微生物组成与功能–病害之间关系的数据库网络公用平台,加强根际病原菌与其他微生物相互作用关系研究,亟需根系分泌物作用下导致植物发病的病原菌浓度阈值研究,以期为发展土传病害的产生原理和完善土传病害根际防控技术提供依据。     

喀斯特生态系统中乔木和灌木林根际土壤微生物生物量及其多样性的比较

我国喀斯特区域面积分布较广,而喀斯特生态系统的退化已成为当前西南地区面临的严重的生态问题。本研究选取贵州中部两种不同植被类型的生态系统—乔木林和灌木林,以乔木林中的白栎、园果化香和灌木林中的火棘、竹叶椒等主要优势树种为对象,研究不同的植物树种对根际土壤微生物生物量及其细菌群落结构的影响。结果显示:乔木林系统中根际土壤微生物生物量碳、氮显著性高于灌木林,植物的根际效应在乔木林中表现更为显著;同时乔木林中的优势树种通过根系分泌物的作用显著提高根际土壤细菌多样性指数,而灌木林中优势树种的根际土壤微生物量及多样性均未表现出明显的根际效应。因此,植被的演替通过改变土壤微生物的特性影响植物-微生物-土壤之间的物质和能量循环,进一步影响喀斯特生态系统的稳定和健康功能。     

土壤中微塑料的生态效应与生物降解

塑料污染已成为环境污染治理中重要的一部分,其生态效应和防治一直是近几年污染防治的关注点。由于塑料在环境中较难降解,经过环境中风化等物理作用,这些难以降解的塑料最终形成了直径小于5 mm的微塑料。微塑料作为近几年全球重点研究的污染物,其生态效应和降解方法一直备受关注。除了塑料垃圾污染外,一次性塑料产品、地膜等农用材料的使用,也会造成土壤中微塑料的污染。土壤中的微塑料会通过发生横向和纵向迁移扩大污染范围,加大微塑料在土壤中的污染程度,给土壤微塑料治理带来了很大的挑战。本文从土壤环境、土壤微生物、植物体、食物链等方面综述了微塑料的生态效应,总结了近几年微塑料的危害,探讨了微塑料在植物和食物链中的积累,并且对微塑料沿食物链富集的风险进行分析。土壤微塑料的生态效应主要来自三个方面：塑料的主要成分、塑料合成过程中的添加剂、微塑料在环境中吸收挟带的污染物。微塑料能直接改变土壤的理化性质,影响土壤微生物群落的功能和结构多样性,并且会在植物体内积累,影响植物体健康。微塑料可能会通过饮食、饮水和呼吸等方式进入动物体和人体。除了通过沿食物链传递外,土壤微塑料还能通过扬尘的方式扩散到空气中,从而被食物链中不同...     

酸雨对土壤生态系统影响的研究进展

酸雨是人类当前面临的最严重的环境问题之-,并目益成为土壤学和生态学研究的热点.现有的大量研究表明,酸雨对土壤生态系统的功能特性,包括土壤的盐基离子以及重金属与微量元素的淋溶、土壤营养、土壤酸化、土壤微生物数量及其活性、土壤缓冲性能、土壤对酸雨的敏感性、土壤结构、土壤矿物风化等方面均会产生一定的影响.本文就酸雨对土壤生态系统特性的影响研究进展进行了综述,旨在为其他学者今后开展相关研究提供参考.     

放牧管理对青藏高原东缘高寒草甸土壤线虫的影响及作用机制

不同强度、季节的放牧是草地生态系统中主要的放牧管理措施,在生物多样性维持以及生态过程发挥中起着重要的作用,然而,关于青藏高原东缘高寒草甸地区放牧对土壤线虫群落的研究甚少。本文调查了放牧（轻度、中度和重度）对植物群落、土壤理化性质和线虫群落的影响。结果表明：植物群落、土壤理化性质和线虫群落受到放牧、时间以及放牧和时间共同作用的影响;食细菌线虫、植物凋落物生物量、根生物量、土壤含水量、土壤有机碳含量在轻度放牧草地内最高（p＜0.05）;杂类草生物量在中度放牧草地内最高;杂食线虫数量在重度放牧地内最低（p＜0.05）。植物群落和土壤特性与土壤线虫群落有明显的相关关系（p＜0.05）。结构方程模型显示食草动物主要通过植物群落影响植食和食细菌线虫,进一步的研究应针对植物群落多样性以及个体特征对线虫群落的影响。     

Impact of agricultural land use on physicochemical properties of soils derived from sedimentary rocks in Malaysia

ABSTRACT

In Malaysia, soils derived from sedimentary rocks are extensively used for agricultural purposes with oil palm and rubber being the main dwellers. In order to understand the environmental impact of these perennial crops planting, the variability of physicochemical properties of 25 representative soils derived from sedimentary rocks under different ecosystems (agriculture land and natural forest) at six study sites spread across Malaysia was examined. Among the soil physicochemical properties, total soil organic carbon, total nitrogen, and fertility level were found to be generally higher in the forest ecosystems followed by rubber plantation and finally oil palm plantations. Likewise, projection of principal component analysis showed an associative relationship between soil physicochemical properties and microhabitats. Finally, this study showed that soils from different agricultural and natural sites, but derived from similar sedimentary rocks, had distinctive weathering conditions and soil properties. Therefore, site-specific field management according to soil type, soil management techniques as well as fertilizer strategies are required to maximize crop production and to sustain ecosystem services. The output of this study will enable farmers to improve their crop yield via the selection of suitable crops cultivation based on soil characteristics.     

Microbial diversity and multidimensional interactions in the rice ecosystem

The sustainability of rice production systems globally is intricately related to the chemistry, physics and biology of rice soils – with basic properties differing considerably in wet/dry land soils, tropical/temperate areas or even with the soil surface or rhizosphere niche of the field. Rice fields represent unique aqua-terrestrial ecosystems in which the tremendous diversity of soil microbes, soil fauna and plants – ranging in function from nitrogen fixers, nitrifiers, methanogens, methane oxidizers, phosphate-dissolving microbes, sulfur oxidizers to catabolizers of pesticides is observed. This diversity is inclusive of bacteria, cyanobacteria, archaea, planctomycetes and β-proteobacteria, besides the increasing members of endophytes associated. The complexity and dynamic nature of this ecosystem requires in-depth investigations of the tripartite interactions among plants, microbes and the soil–water environment. This needs to be complemented with studies on the ecological compartmentalization due to diffusion gradients of nutrients and gases, which is of extreme significance in the current scenario of problems associated with greenhouse gas emissions from agricultural areas, especially rice paddies. This article provides an overview of the interactions between the microflora and crop, with emphasis on nutrient transformations in the rhizosphere, so as to develop effective and efficient environmentally sustainable strategies for this crop.     

土壤生态系统硝化微生物研究进展

微生物主导的硝化作用是生态系统中氮素循环的关键过程,其不仅与酸雨、温室气体、水体富营养化等环境问题的发生有关,还作用于土壤中氮素营养的转化,与人类生产生活密切相关。土壤生态系统中进行硝化作用的微生物包括细菌、古细菌、真菌等。这些微生物根据自身能量代谢类型的不同,利用不同的生物酶进行着不同机制的硝化作用。本文综述了目前已报道的生态系统中进行自养(经典自养硝化和全程氨氧化)和异养硝化作用的微生物类群、硝化作用关键酶及其编码基因类型、其在生态系统中多样的分布特征,以及其前沿的分子生态学研究方法。同时对不同类型硝化微生物类群今后的研究热点提出了展望,以期为系统地研究土壤生态系统中硝化微生物提供参考。     

Increased microbial activity and nitrogen mineralization coupled to changes in microbial community structure in the rhizosphere of Bt corn

The interactions between plant roots and soil microorganisms are essential for the function and stability of ecosystems, primary agricultural production and plant health. Despite the importance of soil microbes the response of these microbes to large-scale cultivation of genetically modified (GM) crops is still poorly understood. This study evaluated the potential impact of two lines of transgenic Bt maize on rhizosphere microorganisms. A time-course field experiment was conducted over a period of two years in two fields in Guadalajara (Spain) with monthly sampling from April to September. Rhizosphere soil was collected from transgenic (TG) and unmodified (WT) maize plants from each field and sampling time for the analysis of several important functional and structural soil quality parameters. Total microbial activity, as determined by H³-Thymidine and C¹⁴-Leucine incorporation, was found to be higher in the rhizospheres of the transgenic plants. Similarly, differences in potential ammonification and nitrification were observed in the second year of the study. In contrast, bacterial and fungal microbial catabolic abilities, as determined by Biolog ECO and FF plate analyses, respectively, were more influenced by sampling time than the transgenic nature of the plants. Microbial community structure was also studied by bacterial and phylum-specific PCR-DGGE and PCR cloning approaches. In general, differences were again more pronounced between sampling times, as opposed to between TG versus WT plants, although marked differences were observed within the Betaproteobacteria between plant lines. For the first time it describes the presence of Iamiaceae family in soil, specifically to TG plant rhizosphere. To summarize, the study showed that some important properties of rhizopshere microbes may be impacted by Bt maize cultivation and highlighted the fact that such potential effects need to be viewed within the context of seasonal and spatial variability.     

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。     

农田中的(微)塑料污染:来源、迁移、环境生态效应及防治措施

近年来,继海洋中的微塑料污染受到广泛关注后,土壤微塑料的环境风险逐渐受到重视,有关微塑料对土壤生态环境影响的研究取得了积极进展。本文总结了迄今为止的有关农田土壤中(微)塑料的研究成果和进展,阐明了当前国内外农田微塑料污染现状;详细论述了农田土壤中(微)塑料的来源以及不同源对农田微塑料污染的潜在贡献;对农田微塑料污染现有的研究方法尤其是采样方案和微塑料的提取技术做了较为详尽的分析和论证;探讨了微塑料在土壤中的迁移、老化、与其他污染物的相互作用等环境行为和归趋,以及由此带来的环境效应和生态风险,并重点关注了微塑料污染对于农田土壤质量和食品安全带来的挑战;最后列举了部分现有的微塑料污染防治策略及其对农田中微塑料污染防治的意义,并对未来土壤中微塑料的研究方向进行展望。文章认为,农田土壤的塑料与微塑料来自多种源头,其中塑料固体废物尤其是农业地膜是农田中微塑料的主要来源之一。微塑料进入土壤后,在外界物理、化学与生物等因素扰动或作用下,会发生不同尺度的迁移转化甚至生物反应,造成广泛的环境生态影响,主要有对土壤理化性质、微生物群落、土壤动物、植物生长等的不利影响,从而损害土壤健康,影响农业生产和农产品质量;此外,细小的微塑料颗粒尤其是纳米塑料存在经由食物链向人体富集的潜在风险。塑料在土壤环境中可能被生物碎化与缓慢生物降解。考虑到微塑料在环境中的广泛分布,持久性和生态风险,结合各国现有的防治策略,提出了相关的防治建议。     

转基因作物在土壤环境中的残留及其对土壤生物的影响

随着转基因作物的推广和应用,其对农田生态系统造成的潜在危害日益引起人们的重视。本文综述了转基因作物在土壤中的残留及其对土壤动物、土壤微生物和土壤酶活性影响的研究进展,为转基因作物对土壤环境的生态风险性评价提供参考。