森林土壤动物生态功能研究进展

森林土壤动物是森林土壤生态系统中不可分割的重要组成部分，对森林土壤生态系统的物质循环和能量流动起着重要作用。文中综述了近10年森林土壤动物生态功能的相关研究进展，包括森林土壤动物对土壤理化性质、微生物、植物的影响以及外来土壤动物入侵对土壤生态系统的影响等；展望了我国森林土壤动物的未来研究方向，未来研究应多关注森林土壤动物生态功能的作用机制、森林土壤动物对全球变化的响应、外来土壤动物入侵对森林生态系统的影响、森林土壤动物种类的研究范围以及新技术的应用，以期为我国森林土壤动物生态功能、土壤动物与生态系统、可持续利用土壤动物等领域研究提供科学参考。     

铁氧化物影响下生物质炭对土壤细菌群落结构的影响

为探究铁氧化物影响下不同制备方式获得的秸秆生物质炭(水热炭、裂解炭)对土壤细菌群落结构及组成的影响,以北方棕壤土为研究对象,分别添加铁氧化物、玉米秸秆及其制备产生的水热炭、裂解炭,进行为期120 d的室内培养试验.采用高通量测序技术,通过测定不同处理下土壤细菌16S rDNA V3～V4区序列,分析生物质炭及其与铁氧化物交互施用对土壤细菌群落结构的影响.结果表明:施用裂解炭对细菌丰度(Chao1指数)和多样性(Shannon指数)无明显影响,对细菌群落结构的影响也较小;单独施用水热炭和玉米秸秆均显著降低了细菌的丰度和多样性(P0.05),改变了土壤细菌群落结构,其中,施用水热炭后,土壤中变形菌门和放线菌门的相对丰度显著提高,而绿弯菌门和芽单胞菌门的相对丰度显著下降,表明水热炭对土壤细菌产生一定的负面影响;相较于单独施用水热炭,铁氧化物与水热炭的混施则显著提高了细菌的丰度和多样性,利于绿弯菌门的生长,但显著降低了变形菌门的相对丰度,在一定程度上改良了土壤环境.因此,在施用水热炭的同时,建议添加铁氧化物以抵消水热炭对土壤理化性质的不利影响.冗余分析和相关性分析结果表明,NH~+_4-N含量是影响细菌群落丰度和多样性的主要因素,其他土壤理化性质也与细菌优势菌群之间具有显著相关性.     

杉木凋落物对土壤物理性质的影响

杉木凋落物归还林地供其再度吸收和利用是杉木人工林生态系统物质循环和能量流动的重要途径。虽然前人对杉木人工林、混交林凋落物的特性和养分循环进行了大量的实验与研究,并取得了一定的成果,对凋落物的特性与土壤养分循环有了较深的了解,但杉木凋落物对土壤各项物理性质影响的相关综合论述类文献较少。文章通过分析近年大量的研究成果和数据,运用对比、举例说明的方法阐述了杉木凋落物对土壤容重、孔隙度、通气性、水分、温度、团聚体等物理性质的影响,并对改善杉木人工林地的土壤性质进行了探讨。     

红壤侵蚀区不同植被类型土壤磷垂直分布特征及影响因素研究

为探讨红壤侵蚀区不同植被类型下土壤磷素有效性,选取福建长汀红壤丘陵生态系统国家定位观测研究站的裸地(CK)、针叶林(CF)、针阔混交林(CB)以及阔叶林(BF)4种植被类型,分别测定其铁氧化物、各级磷素形态,并采用高通量测序技术对解磷菌(PSM)进行测定。结果表明:随着植被类型的转变,中等活性磷含量增加,低活性磷含量总体上减少,游离态氧化铁(Fe_d)含量逐渐减少。土壤中解磷菌的丰富度和多样性随植被类型的转变增加。在门分类水平上,优势类群主要有变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、异常球菌—栖热菌门(Deinococcus-Thermus)等。变形菌门和酸性磷酸酶的含量随植被类型的转变总体呈现出增加趋势,变形菌门与ACP呈极显著正相关。综上所述,随着植被类型转变,稳定态磷逐渐向可利用态磷转化,土壤潜在磷源增加;游离态氧化铁含量的减少有利于有机磷的解吸和矿化,进而增加磷的有效性;解磷菌群落结构与多样性变化会受到土壤理化性质的影响,解磷微生物可通过分泌酸性磷酸酶的方式水解有机化合物并降解固定在土壤的无机磷,进而提高磷的有效性。     

基于细胞壁吸附固定特性的小飞蓬耐Cd机制研究

为探究小飞蓬根、叶细胞壁在Cd吸收过程中发挥的作用,以小飞蓬为供试植物,扫描电镜(SEM)观察Cd在小飞蓬组织中的分布及受损情况,通过细胞壁化学改性,利用吸附动力学和傅里叶红外光谱技术(FTIR)对小飞蓬根、叶细胞壁的Cd吸附固定特性进行了研究。扫描电镜结果显示,Cd胁迫下小飞蓬根、叶组织结构排列不规则,并出现晶体堵塞导管的现象,皮层组织是小飞蓬吸附固定Cd的重要部位;经酯化改性、氨基甲基化改性和果胶酶改性后,吸附动力学试验表明根细胞壁对Cd的累积吸附量分别相对降低了49.1%、38.5%和26.1%,叶细胞壁分别相对降低了39.47%、20.14%和30.23%。根细胞壁上的羧基和氨基在Cd吸附中的贡献作用较大,而叶细胞壁上的羧基和果胶在Cd吸附中的作用较明显。利用FTIR表征了小飞蓬根、叶细胞壁上Cd吸附位点的官能团信息后表明,在小飞蓬根、叶细胞壁吸附Cd的过程中,羟基、羧基和氨基是Cd的主要结合位点。其中,果胶为Cd的结合提供羟基官能团,纤维素和半纤维素为Cd的结合提供羧基官能团,而细胞壁蛋白提供了氨基官能团等结合位点。由此可见,细胞壁各组分中的羟基、羧基和氨基提供Cd结合位点,使细胞壁对Cd具有较高的吸附固定能力,是小飞蓬耐Cd的一种重要机制。     

类芦根细胞壁对铅的吸附固定机制

为探究类芦对Pb的耐性机制,采用对根细胞壁化学改性处理,测定Pb吸附动力学。结果表明,通过酯化改性去除部分羟基官能团后的根细胞壁对Pb~(2+)的吸附量相对降低了68.1%,其次为通过果胶酶改性去除部分果胶和通过甲基化改性去除部分氨基后的细胞壁,对Pb2+的吸附量相对降低48.9%与41.1%。利用傅里叶红外光谱分析,再结合FTIR图可得出,果胶提供的羟基基团、纤维素和半纤维素提供的羧基基团以及细胞壁蛋白提供的氨基官能团都是类芦固定Pb~(2+)的重要位点。研究表明,细胞壁组分中的羟基、羧基和氨基可以提供Pb结合位点,特别是羟基官能团可以使细胞壁对Pb具有较高的吸附固定能力,这也是类芦能够抵御Pb胁迫的一种重要机制。     

RNA-Seq定量分析盐肤木对铅胁迫的响应

为探究重金属污染地生态修复先锋植物——盐肤木对重金属胁迫的分子响应机制,设置3个铅胁迫水平(0、250、1000mg·kg~(-1)),应用Illumina HiSeq~(TM)2000进行盐肤木根系的转录组测序,并通过Gene Ontology(GO)与Pathway功能显著富集分析方法,分析说明盐肤木响应不同铅胁迫水平下的差异表达基因。结果表明,盐肤木在遭受轻度铅胁迫时,主要有4类水解酶与2类磷酸酶相关基因显著富集,说明盐肤木主要通过调节细胞内水解酶与磷酸酶相关基因来抵御胁迫,而在重度铅胁迫下,主要有6类氧化还原酶相关基因出现显著富集,此时氧化还原酶相关基因起到主要调节作用;盐肤木在铅胁迫下细胞受损,在轻、重度铅胁迫下,分别有24、16类细胞相关基因显著富集,但其自身可通过调节细胞内细胞器、细胞质等相关的细胞运动以应对逆境;核糖体代谢通路是盐肤木适应铅胁迫的主要代谢通路。研究表明,核糖体相关基因是盐肤木响应铅胁迫的主要应答与调节基因。     

不同水分条件下生物炭对红壤磷素形态及磷酸酶活性的影响

为探究土壤不同水分条件下生物炭对红壤磷素形态转化及磷酸酶活性的影响,以期为土壤磷素管理和生物炭合理利用提供参考。通过设置土壤不同含水量(33%、66%、100%)与生物炭添加量(0、0.5%、2%)进行培养试验,测定土壤的有效磷、各磷素形态(Al-P、Ca-P、Fe-P、O-P)及土壤酸性磷酸酶与碱性磷酸酶活性。结果表明:生物炭的施入显著提高了土壤有效磷含量;在培养前期,生物炭主要增加土壤中难溶态的Al-P含量,这主要是由生物炭带来的可溶性磷进入土壤中转化所导致;在培养后期,水分与生物炭都能够在一定程度上活化土壤中的Ca-P、Fe-P与O-P,释放更多磷素。生物炭本身呈碱性,添加到土壤中,有效中和了土壤酸度,使得土壤pH值上升2.82～3.13个单位,土壤酸性磷酸酶活性下降。此外,淹水条件能够降低土壤的酸性磷酸酶与碱性磷酸酶活性。研究表明,生物炭的添加能够有效提高土壤pH值、有效磷含量,同时降低土壤酸性磷酸酶的活性。