外来入侵植物与地下生态系统相互影响的研究进展

生物入侵已成为世界性的生态、经济问题,是人类当前面临的巨大挑战.作为入侵生物中一个重要组分的外来入侵植物,其入侵不仅改变了入侵地地上植物群落的多样性,而且对入侵地的地下生态系统也产生了深刻影响.国内外的生态学家对于外来植物的入侵虽已提出多个机制假说,但真正机理还未明确.近年来兴起的外来入侵植物与入侵地土壤生态过程相互影响的研究为外来植物入侵机理的揭示提供了新思路.从两个方面综述了近年来对外来入侵植物与入侵地地下生态系统相互作用的研究结果:(1)入侵植物与入侵地土壤微生物的相互影响:外来入侵植物可通过破坏土著植物与土壤微生物问的共生关系、分泌化感物质影响入侵地微生物群落结构和功能、逃避原产地土传天敌、改变入侵地的微生物群落结构进而间接改变土壤养分循环等途径实现入侵;(2)入侵植物与入侵地土壤养分的相互影响:主要是入侵植物与入侵地土壤氮、磷、钾等几种大量元素及其他元素之间的相互作用.在综述国内外研究的基础上,探讨了外来入侵植物入侵机理研究中存在的问题及未来的研究方向,以期为外来植物入侵的预防、控制与生境恢复提供依据.     

马缨丹入侵对根际和非根际土壤理化性质的影响

通过野外样方试验,研究了马缨丹入侵对根际、非根际的土壤养分、土壤酶活性、土壤微生物生物量与土壤微生物功能多样性的影响效应。结果表明:马缨丹的入侵提高了土壤的有机质、全氮、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾和微生物生物量碳、氮、磷的含量,同时显著提高了土壤的脲酶、蛋白酶、蔗糖酶、纤维素酶、过氧化氢酶活性以及土壤微生物群落的代谢活性、碳源利用率和多样性指数,并且其对根际土壤的促进作用高于非根际土壤。     

紫茎泽兰入侵对生物多样性及土壤养分的影响

研究了不同强度紫茎泽兰入侵(重度入侵,HI;中度入侵,MI;轻度入侵,LI;未入侵,CK)对入侵地生物多样性及土壤养分的影响.结果表明,紫茎泽兰改变了土壤结构并且降低了入侵地生物多样性,土壤容重和pH随紫茎泽兰入侵强度的增加表现为降低趋势,土壤含水量、电导率和总孔隙度表现为增加趋势,除了土壤全磷以外,土壤其他养分和微生物量也呈相应的增加趋势,均表现为HI＞MI＞LI＞CK,表明了紫茎泽兰入侵显著提高了土壤养分和微生物量,其中土壤有效养分对于茎泽兰入侵较为敏感;在紫茎泽兰入侵条件下土壤养分和微生物量呈现出季节同步变化规律,具体表现为冬季＞秋季＞夏季＞春季,表明紫茎泽兰入侵对土壤养分及微生物量的影响与其生长节律有关.相关性分析结果表明,紫茎泽兰入侵条件下生物多样性和土壤养分与微生物量呈显著的相关性,它们作为相互作用和影响的有机整体表现出统一性和同步性.     

紫茎泽兰入侵对生物多样性及土壤养分的影响

研究了不同强度紫茎泽兰入侵（重度入侵,HI;中度入侵,MI;轻度入侵,LI;未入侵,CK）对入侵地生物多样性及土壤养分的影响。结果表明,紫茎泽兰改变了土壤结构并且降低了入侵地生物多样性,土壤容重和pH 随紫茎泽兰入侵强度的增加表现为降低趋势,土壤含水量、电导率和总孔隙度表现为增加趋势,除了土壤全磷以外,土壤其他养分和微生物量也呈相应的增加趋势,均表现为HI>MI>LI>CK,表明了紫茎泽兰入侵显著提高了土壤养分和微生物量,其中土壤有效养分对于茎泽兰入侵较为敏感;在紫茎泽兰入侵条件下土壤养分和微生物量呈现出季节同步变化规律,具体表现为冬季>秋季>夏季>春季,表明紫茎泽兰入侵对土壤养分及微生物量的影响与其生长节律有关。相关性分析结果表明,紫茎泽兰入侵条件下生物多样性和土壤养分与微生物量呈显著的相关性,们作为相互作用和影响的有机整体表现出统一性和同步性。     

黄顶菊(Flaveria bidentis)入侵对土壤微生物功能多样性的影响

外来植物入侵对土壤生物多样性的影响已成为生态学领域的研究热点之一。运用Biolog技术和氯仿熏蒸浸提法研究了黄顶菊入侵对土壤微生物群落功能多样性及土壤微生物量的影响。结果表明,黄顶菊入侵后土壤微生物代谢活性显著升高;土壤微生物群落平均吸光值(AWCD)的变化趋势为:入侵地根际土(RPS)>入侵地根围土(BS)>未入侵地(CK),且差异显著;而CK的功能多样性指数(H)高于BS,RPS亦高于BS,差异均显著(P<0.05)。主成分分析结果表明,黄顶菊入侵使土壤微生物群落的碳源利用方式和代谢功能发生改变。对不同碳源利用的分析结果表明,糖类、氨基酸类、羧酸类和聚合物为土壤微生物利用的主要碳源。入侵样地BS和RPS的微生物量碳分别比CK高27.05%、121.52%;BS和RPS的微生物量氮分别比CK高37.40%、79.80%。相关性分析表明,AWCD与微生物量碳和微生物量氮均呈极显著正相关(P<0.01)。由此可知,黄顶菊入侵增强了入侵地土壤微生物代谢活性,降低了土壤微生物群落的功能多样性,增加了土壤微生物量碳、氮水平。     

紫茎泽兰入侵对土壤微生物、酶活性及肥力的影响

 【目的】通过比较外来植物紫茎泽兰不同入侵程度样地的土壤微生物、酶活性及肥力变化,以期揭示外来植物入侵对土壤生态的影响机制。【方法】本文采用传统培养的方法研究了紫茎泽兰对入侵地土壤微生物群落的结构变化;比较了入侵对8种土壤肥力因子和3种土壤酶活性的影响。【结果】紫茎泽兰入侵提高了土壤有机质、NO3--N、NH4+-N、有效磷、有效钾和土壤脲酶、磷酸酶和蔗糖酶的含量。重度入侵生境中铵态氮含量最高达53.00 mg?kg-1,分别是空白对照土、混生当地植物土和单一当地植物土的14.1、9.9和5.9倍。脲酶含量在重度为2.87,显著高于当地植物区,并为空白区的3.9倍。培养结果表明紫茎泽兰入侵提高了土壤自生固氮菌、氨氧化细菌和真菌的数量。【结论】紫茎泽兰改变了入侵地土壤微生物群落结构和功能,暗示着微生物的改变引起土壤酶活性的改变进而影响了土壤肥力,形成对自身生长有利的微生态环境以利于入侵扩张。     

影响植物根际微生物区系之因素研究进展

根际是土壤、植物生态系统物质交换的活跃界面,植物作为第一生产者将部分光合产物转运至根部,通过分泌物供给根际微生物碳源和能源;根际微生物则将有机养分转化成无机养分利于植物吸收利用,植物、土壤、微生物的相互关系维持着土壤生态系统的生态功能。近年来,随着对根际土壤微环境研究的深入,根际微生物研究内容不断丰富和发展。笔者结合近年来国内外研究结果综述了不同因素对植物根际微生物生物多样性和生态功能产生的影响,并提出了今后这一领域的研究思路及方向。     

土壤微生物对化学农药的生态效应及其适应机制

综述了化学农药对土壤微生物生物量、土壤呼吸作用、氮素循环、土壤酶活性、土壤微生物功能多样性、DNA序列多样性以及土壤微生物群落结构的影响,并分析了土壤微生物群落适应化学农药污染的分子机制。     

植物对土壤微生物多样性的影响研究进展

土壤微生物是植物-土壤系统中比较活跃的组成成分,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.通过植物类型、植物多样性、植物不同生长发育阶段、同一植物不同基因型、植物根系分泌物和外来植物入侵对土壤微生物多样性的影响分析,探讨植物和土壤微生物多样性之间的内在联系,为植物保护和农业可持续发展研究提供参考.     

红毛草入侵程度对根际土壤微生物的影响

【目的】研究外来种入侵对地下土壤微生物的影响,从植物与地下微生物互作的角度探索外来种的入侵机制。【方法】通过磷脂脂肪酸(PLFA)分析法和比色法,研究红毛草(Rhynchelytrum repens)不同入侵程度(未入侵、轻度入侵和中度入侵)对根际土壤理化性质、微生物群落结构、特殊功能微生物及其多样性水平的影响。【结果】供试土样中共检测到33种PLFA生物标记,其中细菌24种、放线菌4种、真菌4种、原生动物1种。随红毛草入侵程度增加,土壤碱解氮、全氮含量显著增加,含水量显著减少,速效磷、速效钾含量和pH无显著变化;根际土壤中细菌、真菌、原生动物以及PLFA标记物总含量均呈现逐渐增加的趋势;革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌含量比值逐渐减小;功能微生物含量逐渐增加,与未入侵地相比,红毛草重度入侵地根际土壤中的丛枝菌根真菌含量增加了42.46%,伯克霍尔德菌含量增加了22.32%,嗜热解氢杆菌增加了13.08%。红毛草入侵对根际土壤中微生物多样性水平有一定影响,Shannon-Wiener多样性和丰富度指数随入侵程度增加呈现升高的趋势,Pielou均匀度指数降低,Simpson优势度指数无显著变化。土壤中细菌含量与土壤全氮、碱解氮含量之间呈显著正相关;真菌含量与土壤碱解氮含量呈显著正相关。【结论】红毛草的入侵改变了根际土壤微生物的群落结构和土壤理化性质。随入侵的加剧,土壤全氮和碱解氮含量增加,细菌、真菌和原生动物含量以及一些特殊功能性微生物含量增多,土壤微生物群落多样性指数和丰富度指数增大。     

格氏栲林窗土壤微生物群落功能多样性季节动态特征

  目的  林窗作为森林生态系统中的小尺度干扰,对森林土壤养分循环与微生物群落功能多样性维持起着重要作用。明确不同林窗大小土壤养分和微生物群落功能多样性及其季节动态响应机制,有助于改善格氏栲林土壤生态环境。  方法  以格氏栲天然林林窗为对象,采用Biolog微平板法,研究不同林窗大小土壤理化性质、碳源利用能力和代谢特征的季节动态变化规律。  结果  （1）林窗生长季土壤温度、速效钾含量显著高于非生长季,pH值、速效磷含量显著低于非生长季。林窗形成促进了土壤pH值升高与速效钾积累,加速了微生物对碱解氮与速效磷的吸收和利用。（2）林窗生长季土壤微生物平均颜色变化率在培养的中后期显著高于非生长季。林窗内土壤微生物在生长季中主要利用碳源为羧酸、多聚物和氨基酸类,在非生长季中主要利用碳源为氨基酸类和羧酸类。（3）林窗土壤微生物功能多样性指数中,生长季Shannon-Wiener和Pielou指数显著高于非生长季,Simpson指数显著低于非生长季。林窗面积对生长季土壤微生物群落功能多样性指数影响不明显。非生长季小林窗Simpson指数最高,中林窗Shannon-Wiener指数和Pielou指数最高。（4）广义线性模型表明,林窗生长季的土壤温度和土壤速效钾含量升高有利于土壤微生物常见种优势度升高;非生长季土壤碱解氮含量降低,速效钾含量升高有利于微生物功能多样性升高。  结论  生长季林窗内土壤微生物群落功能多样性保持较高水平,土壤养分循环效率高;非生长季非林窗土壤环境有利于土壤微生物生长代谢,维持土壤生态系统功能。林窗形成导致土壤温度与速效养分含量的异质性是影响土壤微生物群落代谢特征和功能多样性的主要因素。      

海南外来入侵植物的危害、入侵机制与防治对策

外来入侵植物已经严重地威胁到海南省的许多生态系统,影响了当地的生物多样性和土著植物的生境。本文简述海南省外来植物入侵的主要生境,论述了植物外来种入侵海南岛的主要入侵途径及其入侵的机制,分析了影响植物入侵的因素,并提出有效防治海南外来入侵植物的建议。     

垂直潜流人工湿地中植物多样性对 基质有机碳动态的影响

测定了4 个季节的大型垂直潜流人工湿地中基质有机碳含量,以研究植物组成与多样性,包括植物物 种多样性,功能群多样性与植物组成对有机碳季节动态的影响方差分析结果表明院在大型人工湿地中,春季,冬季 植物物种多样性对基质有机碳含量有显著正效应且植物组成四季都有极显著的影响,而功能群多样性四季中都没 有显著效应,因而,当衡量植物多样性对基质营养季节动态如有机碳”的影响时,一般是植物组成和物种多样性要 比功能群多样性更具有说服力,同时,基质有机碳含量在春季,冬季较高而在夏秋季较低,表明基质营养(如有机 碳)的季节动态变化趋势与植物的生长周期相一致,另外四季中基质有机碳含量与基质容重呈显著正相关,而在 2008 年10 月植物生物量与基质有机碳含量呈显著负相关。     

Changes in Soil Biota Resulting from Growth of the Invasive Weed,Ambrosia artemisiifolia L. (Compositae), Enhance Its Success and Reduce Growth of Co-Occurring Plants

Exotic plant invasion presents a serious threat to native ecosystem structure and function. Little is known about the role of soil microbial communities in facilitating or resisting the spread of invasive plants into native communities. The purpose of this research is to understand how the invasive annual plant Ambrosia artemisiifolia L. facilitates its competition capacity through changing the structure and function of soil microbial communities. The soil characteristics of different areas invaded by A. artemisiifolia were examined. Greenhouse experiments were designed to assess the effect of A. artemisiifolia invasion-induced changes of soil biota on co-occurring plant growth, and on the interactions between A. artemisiifolia and three co-occurring plant species. The results showed that the soil organic C content was the highest in heavily invaded sites, the lowest in native plant sites, and intermediate in newly invaded sites. Soil available N, P and K concentrations in heavily invaded site were 2.4, 1.9 and 1.7 times higher than those in native plant soil, respectively. Soil pH decreased as A. artemisiifolia invasion intensity increased, and was lower in invaded sites (heavily invaded and newly invaded) than in native plant sites. The soil microbial community structure was clearly separated in the three types of sites, and A. artemisiifolia invasion increased anaerobe, sulfate-reducing bacteria and actinomycete abundance. Soil biota of invaded sites inhibits growth of co-occurring plants (Galinsoga parviflora Cav., Medicago sativa L. and Setaria plicata (Lam.) T. Cooke.) compared to soil biota from un-invaded sites, but facilitates A. artemisiifolia growth and competition with co-occurring plants. A. artemisiifolia biomass was 50-130% greater when competing with three co-occurring plants, compared to single-species competition only (invasion by A. artemisiifolia alone), in heavily invaded soil. Results of the present study indicated that A. artemisiifolia invasion alters the soil microbial community in a way that favors itself while inhibiting native plant species, with measurable effects on performance of co-occurring plants.     

重度火烧迹地微地形对土壤微生物特性的影响——以坡度和坡向为例

通过对大兴安岭重度火烧迹地不同坡度和坡向的土壤微生物群落进行调查研究,旨在揭示重度火烧迹地过火6a后森林恢复过程土壤微生物群落的变化规律与影响因素。研究结果表明:平地土壤微生物生物量碳含量(MBC)和土壤微生物生物量碳氮比(MBC/MBN)均高于坡地,其中MBC/MBN达到差异极显著水平。平地土壤微生物的代谢活性AWCD值、对31种4类碳源(糖类、脂类、氨基酸、代谢物)的利用能力和Shannon-Winner多样性指数(H'')均极显著低于坡地。西坡土壤微生物AWCD值和H''高于南坡,但AWCD和H''与土壤养分、pH值、EC无显著相关关系,说明坡向可能与土壤微生物代谢活性和多样性的关系并不密切,反映了两坡向土壤微生物群落结构的相似性。坡度由于影响了土壤养分和水分条件,进而影响了土壤微生物的生物量、群落结构、物种多样性和碳源利用能力。火烧迹地恢复初期平地土壤微生物量碳高于坡地,西坡高于南坡;恢复6a后,土壤微生物量碳的差异已不显著,但土壤微生物群落结构、物种多样性以及代谢特性仍具有显著差异,这可能与地形坡度仍然显著影响土壤水分含量的因素有关。     

土壤养分异质性对入侵植物节节麦与小麦竞争关系的影响

【目的】土壤养分异质性在自然界中广泛存在,会对植物间的竞争关系造成影响。分析土壤养分异质性对入侵植物竞争能力的影响,可为其入侵危害研究提供参考。【方法】以入侵杂草节节麦Aegilops tauschii及其主要危害作物小麦Triticum aestivum为试材,设置同质性及异质性养分条件,结合de Wit取代实验方法,依据株高、叶面积及生物量等指标,探讨了土壤养分异质性对节节麦生长发育及其与小麦竞争关系的影响。【结果】(1)土壤养分异质性促进了小麦和节节麦幼苗株高、叶面积及单株分蘖数的增加,2种植物总生物量增加显著(P<0.05)。(2)种间竞争条件下,异质性土壤中节节麦的根冠比降幅最大,表明节节麦通过将更多的生物量分配至地上以加大对小麦的竞争抑制作用。(3)从竞争平衡指数可知：异质性土壤中节节麦的竞争平衡指数大于0,并较同质性土壤中略有增加,表明土壤养分异质性一定程度上促进了节节麦对小麦的竞争作用。【结论】土壤养分异质性促进了节节麦幼苗的生长发育,并提高了其对小麦的竞争抑制作用。因此认为,土壤养分异质性会进一步加剧节节麦对小麦的危害程度。图5表1参46     

植被恢复对土壤微生物的影响

土壤微生物对土壤植物生态系统中的物质循环和能量流动起着决定作用,在土壤养分转化循环、系统稳定性和抗干扰能力以及土壤可持续发展中占据主导地位,其指标通常被用来评价退化生态系统中生物群系与恢复功能之间的关系.土壤微生物的研究是近年来恢复生态学研究的热点.阐述不同区域、不同植被恢复措施（不同植被类型、不同恢复年限）对土壤微生物的影响,从微生物结构、微生物生物化学特性、微生物功能多样性3个方面分析植被恢复对土壤微生物的影响.随着植被恢复对土壤微生物影响的研究不断完善和改进,综合利用多种方法研究植被恢复对土壤微生物的影响应进一步加强,为植被恢复提供理论依据.     

外来植物豚草入侵对土壤碳氮转化的影响

选取撂荒田地为试验样地,以入侵植物豚草（Ambrosia artemisiifolia L.）为对象,以土著优势物种窃衣（Torilis scabra Thunb.）为参照,通过对入侵植物和土著植物根际土壤的采样分析,研究了入侵植物对入侵地土壤特性及土壤碳氮转化的影响。结果表明,与土著物种窃衣相比,豚草入侵使土壤有机质含量增加89.13%,全氮含量增加42.15%,铵态氮含量增加43.69%,硝态氮含量增加35.36%,微生物量碳增加52.08%,微生物量氮增加61.26%,氮净矿化速率增加1.41倍,氮净氨化速率增加206倍,但硝化速率和反硝化速率变化不明显。由此可见,豚草显著改变了入侵地土壤的理化特性,加速了土壤碳氮转化过程。