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(P0.05)。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(P0.01)。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。     

添加凋落物对土壤跳虫群落的影响

在湖南会同森林生态系统国家野外科学观测研究站研究了添加凋落物对土壤跳虫群落的影响。结果表明添加凋落物对土壤跳虫群落的多度、生物多样性以及土壤生物学质量指数均有显著性的影响,其中土壤跳虫的数量增加1.25倍,土壤生物学质量增加1.48倍。进一步通过对跳虫各属的多度和分布范围进行分级,显示这些显著性的变化主要由优势属包括等节属(Isotoma)和裸长角属(Sinella)的增加引起。因此结果揭示了土壤动物的一些优势属可能对土壤质量以及土壤群落的形成有关键性作用。     

土壤微生物群落结构对凋落物组成变化的响应

凋落物分解是陆地生态系统养分循环的关键过程,明确凋落物多样性如何影响土壤微生物群落构成和多度,继而潜在地改变凋落物分解的微生物学机制有助于认识生物多样性和森林生态系统功能的关系。通过小盆模拟试验,应用磷脂脂肪酸谱图的方法研究了我国南方红壤丘陵区典型物种马尾松和湿地松的凋落物分别与白栎和青冈的凋落物混合,与单一针叶凋落物分解时相比,针阔混合凋落物分解过程中土壤微生物群落结构的变化,结果显示:(1)针阔混合凋落物分解时土壤微生物群落磷脂脂肪酸(Phospholipidfatty acids,PLFA)总量低于单一针叶处理,细菌和放线菌的相对多度高于单一针叶处理,真菌则相反,群落真菌/细菌低于单一针叶处理,土壤微生物生物量的差异主要来自于真菌;(2)主成分分析表明:针阔混合凋落物分解与单一针叶凋落物分解的土壤微生物群落结构差异显著,两个时期(分解9个月和18个月)主成分一分别可以解释65.74%和89.63%的变异,第一主成分主要包括18∶2ω6,9、18∶1ω9c、17∶0和10Me18∶0等磷脂脂肪酸;(3)土壤微生物群落结构受凋落物初始C/N和木质素/N调控,土壤微生物群落细菌的相对多度与凋落物初始C/N和木质素/N显著负相关,真菌则与凋落物初始C/N和木质素/N显著正相关,群落真菌/细菌与凋落物初始C/N和木质素/N显著正相关。针阔凋落物混合分解通过改变凋落物C/N和木质素/N,提供了对分解者更为有利的微环境。     

我国热带亚热带森林凋落物及其对土壤的影响

本文研究了我国热带、亚热带森林凋落物的数量、化学组成、分解速率及其土壤发育特点。研究表明,季雨林的凋落物量 > 雨林 > 常绿阔叶林;凋落物中灰分总量以季雨林的最大、雨林的次之,阔叶林最少;凋落物的分解速率以最初的90天内最快,以后渐趋缓慢,凋落物在地表的分解速率比表土层快10-20%。热带亚热带森林有明显地生物富集作用,通过凋落物不断增加土壤有机质、提高土壤肥力,改善土壤结构。凋落物归还给土壤的养分元素总量为0.305-1.123吨/公顷·年。由此可以判断土壤发育进程的快慢,如季雨林土壤的发育进程相刘较快,雨林次之,常绿阔叶林最慢。     

桉树凋落物对土壤微生物群落的影响:基于控制实验研究

全面认识桉树种植对土壤微生物群落结构和功能的影响及机制,对于阐明单一物种对生态系统服务功能的影响具有重要意义。通过室内小盆模拟控制试验,采用随机区组设计,以土壤碳、氮含量有显著差异的3种天然次生林土壤为对象,以不添加凋落物的处理和添加天然次生林混合凋落物的处理为对照,研究桉树凋落物对土壤微生物群落结构及功能的影响。结果表明:(1)与天然次生林的混合凋落物相比,桉树凋落物具有较高的碳含量和较低的氮含量,其碳氮比也较高;(2)添加桉树凋落物的土壤中细菌、真菌、放线菌以及磷脂脂肪酸的总丰度显著高于不添加凋落物的土壤,但是显著低于添加天然次生林混合凋落物的土壤,并且不同凋落物处理下土壤微生物群落的磷脂脂肪酸组成存在显著差异;(3)不同凋落物处理下土壤微生物群落的碳代谢方式差异显著,添加桉树凋落物的土壤微生物群落的碳代谢功能优于未添加凋落物的处理,但是显著低于天然次生林混合凋落物处理的土壤,包括:碳代谢的活性和多样性。综上所述,与天然次生林本身的凋落物相比,桉树凋落物影响下的土壤微生物群落的生物量、多样性和代谢活性均较低,表明桉树凋落物为土壤微生物群落提供生境和食物的能力较弱。     

凋落物对土壤呼吸的贡献研究进展

土壤呼吸是土壤碳库输出的主要途径,凋落物是影响土壤呼吸的重要因素。明确凋落物对土壤呼吸的贡献,有助于准确评估植物-土壤-大气三个碳库之间的碳收支过程。本文综述了近年来国内外有关凋落物对土壤呼吸贡献的研究成果,阐明了凋落物对土壤呼吸的贡献机理,讨论了凋落物对土壤呼吸贡献率及其存在的时空分异特征,在此基础上,对该领域研究前景进行了展望。     

杉木凋落物及其生物炭对土壤微生物群落结构的影响

以福建建瓯万木林自然保护区内的杉木人工林土壤为研究对象,设置单独添加生物炭、单独添加凋落物以及混合添加凋落物和生物炭处理,进行一年的室内培养实验,研究不同添加物处理对土壤性质及微生物群落结构的影响。结果表明:与对照(S)相比,单独添加凋落物与混合添加凋落物和生物炭均使土壤磷脂脂肪酸(PLFA)总量、真菌丰度以及真菌/细菌比值显著增加;单独添加生物炭与混合添加凋落物和生物炭均使革兰氏阳性细菌/革兰氏阴性细菌比值显著增加。混合添加凋落物和生物炭处理的放线菌丰度显著高于单独添加凋落物处理的。主成分分析表明,不同添加物处理的土壤微生物群落结构存在显著差异;典范对应分析表明,不同添加物处理通过改变土壤p H、全碳、全氮、C/N、可溶性有机碳(DOC)和可溶性有机氮(DON)等性质,进而影响土壤微生物群落结构。     

转Bt基因棉对土壤无脊椎动物群落结构的影响

采用干、湿漏斗分离法,运用群落生态学方法,研究了转Bt基因棉"GK12"和"新棉33B"对棉田0～15 cm土层土壤无脊椎动物群落结构的影响.结果表明,线虫和螨类为棉田土壤无脊椎动物优势类群,其频度分别为54%以上和18%以上,与亲本常规棉"泗棉3号"相比,"GK12"提高了土壤线蚓数量,但降低了某些土壤无脊椎动物类群(如同翅目、目和双翅目)的数量;两种Bt棉田中,"新棉33B"棉田的同翅目昆虫数量显著高于"GK12",蜘蛛目数量显著低于"GK12"棉田,其他土壤无脊椎动物类群的数量则基本上无显著差异."GK12"显著降低了土壤无脊椎动物类群的丰富度、多样性和均匀度;两种Bt棉中,"新棉33B"棉田土壤无脊椎动物类群的丰富度、多样性和均匀度较高.Renyi多样性指数曲线也表明,"GK12"棉田各土层土壤无脊椎动物群落的多样性均显著低于"泗棉3号"棉田;"新棉33B"棉田各土层土壤无脊椎动物群落的多样性高于"GK12",但10～15 cm土层常见类群和优势类群的多样性较低.在各土层中,土壤无脊椎动物数量、多样性指数和均匀度指数动态在不同类型棉田趋势基本相同.7～11月期间,10月是土壤无脊椎动物数量的高峰期,此时在"泗棉3号"棉田土壤无脊椎动物在0～5 cm的表层和10～15 cm的深层土壤均较多,在"GK12"和"新棉33B"棉田则集中于10～15 cm的深层土壤.11月, "泗棉3号"土壤无脊椎动物类群的多样性和均匀度呈下降趋势,"GK12"则呈上升趋势.可见,种植Bt棉"GK12"可改变某些土壤无脊椎动物类群的数量,降低类群的丰富度、多样性和均匀度;两种Bt棉田的土壤无脊椎动物群落结构也有一定的差异,"新棉33B"棉田土壤无脊椎动物群落的多样性高于"GK12".     

不同凋落物质量对杉木人工林土壤微生物群落结构的影响

凋落物是森林生态系统的重要组成部分。对福建南平峡阳林场7年生二代杉木人工林生态系统进行添加8种不同凋落物处理3年后,分析不同质量凋落物对土壤微生物群落组成的影响。结果表明:(1)添加高质量的桉树凋落物会使土壤磷脂脂肪酸总量、革兰氏阳性、阴性细菌生物量比添加杉木凋落物分别增加了27%、35%和19%,而添加低质量的樟树凋落物使得土壤磷脂脂肪酸总量和革兰氏阴性细菌较杉木显著降低29%和10%。(2)桉树凋落物添加下土壤真菌/细菌比(0.14)显著高于其他凋落物添加的比值,樟树凋落物添加下土壤的革兰氏阳性细菌/革兰氏阴性细菌比(1.64)显著高于其他凋落物添加处理的比值。(3)不同质量凋落物添加处理对土壤pH和碳氮比无显著影响。毛竹凋落物添加下土壤中硝态氮含量最高。(4)相关性分析表明,凋落物碳含量与土壤中脂肪酸总量、革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌、真菌和菌根真菌具有正相关关系。烷基碳(Alkyl C)与脂肪酸总量、革兰氏阳性、阴性细菌、细菌、真菌及真菌细菌比均有正相关性。甲氧基碳(N-alkyl C)、氧烷基碳(O-alkylC)和芳碳(ArylC)与革兰氏阳性阴性细菌比呈显著正相关。冗余分析表明,烷基碳(AlkylC)与16︰1ω7c、18︰1ω7c、18︰2ω6c、18︰1ω9显著正相关,对土壤微生物群落结构有显著影响。可见,不同树种之间凋落物烷基碳组分的差异是影响土壤微生物生物量和群落组成的重要指标。     

改变凋落物和根系输入对米槠天然林土壤微生物群落的影响

伴随气候变化下亚热带地区米槠天然林净初级生产力变化,凋落物以及植物根系输入亦会发生改变,这将显著影响土壤微生物群落。于2019年7月在设置7年的米槠天然林植物残体添加和去除试验（the detritus input and removal treatments,DIRT）样地采集不同处理（对照、去除地上凋落物、去除地下根系、无凋落物输入、添加双倍地上凋落物）的2个土层土壤（0—10,10—20 cm）,测定微生物磷脂脂肪酸（phospholipid fatty acid,PLFA）含量,计算各微生物群落比值以及多样性,进一步揭示凋落物和植物根系输入对亚热带米槠天然林土壤微生物群落组成和多样性的影响。结果表明：（1）不同处理下0—10 cm土层微生物磷脂脂肪酸含量约为10—20 cm土层的2倍;（2）地上凋落物变化均使得革兰氏阳性菌、阴性菌及放线菌等细菌含量出现不同程度的下降,但不会对丛枝菌根等真菌含量产生影响,而去除根系处理显著降低丛枝菌根真菌含量;（3）微生物群落Shannon-wiener、Simpson多样性指数不受凋落物输入的影响,凋落物去除降低表层土壤微生物群落的Margalef丰富度,提高Pielou均匀度,表明0—10 cm土层微生物群落含量与分布状况受凋落物输入变化影响较大;（4）地下植物根系存在可提高真菌（如丛枝菌根真菌）含量,而地上凋落物输入主要改变细菌丰度以及群落结构。可溶性有机碳以及矿质氮是影响不同处理土壤微生物群落组成和多样性的主要因素。可见,凋落物和根系输入通过土壤理化性质的变化而影响了微生物群落,研究结果可为全面认识植物、土壤与微生物间的相互作用对森林生产力的影响提供科学依据。     

黄顶菊入侵对土壤磷细菌多样性的影响

采用选择性培养基和rep-PCR聚类分析等手段,通过盆栽试验,研究了入侵植物黄顶菊对土壤中磷细菌多样性的影响。结果表明,黄顶菊入侵后增加了土壤中无机磷和有机磷细菌的数量,入侵后其数量分别为入侵前的1.17倍和1.08倍。rep-PCR基因指纹分析结果显示,黄顶菊入侵前土壤磷细菌包含19个聚类群,其中无机磷细菌10个聚类群,有机磷细菌9个聚类群;入侵后土壤磷细菌包含22个聚类群,其中无机磷细菌11个聚类群,有机磷细菌11个聚类群。多样性分析结果表明,黄顶菊入侵后土壤中无机磷细菌的丰富度指数、香农-威纳多样性指数分别为11和2.369,高于入侵前的10和2.303;有机磷细菌的丰富度指数、香农-威纳多样性指数分别为11和2.398,高于入侵前的9和2.197,而2种细菌的物种均匀度指数基本不变。本文从土壤微生态学的角度初步探讨了黄顶菊入侵对土壤微生物群落中磷细菌的影响,为进一步研究黄顶菊入侵的地下化感机制和竞争机制提供一定的理论依据。     

Influence of coastal plain yellowtops (Flaveria bidentis) residues on growth of cotton seedlings and soil fertility

Flaveria bidentis (L.) Kuntze is an alien species that is highly invasive in Hebei Province. An assessment of the influence of F. bidentis leaf residues on the growth of cotton (Gossypium herbaceum L.) seedlings and on soil fertility was carried out under controlled environmental conditions. Also, the concentrations of phenolics were determined in both F. bidentis residues and residue-amended soil. The results showed that the residues could significantly reduce height, root length and weight of cotton seedlings. The inhibitory effects increased gradually with increases in residue concentration. Peroxidase (POD), superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) activity, as well as the concentration of malondialdehyde (MDA), also increased. POD and SOD activity were not significantly increased by 10 g kg^?1 of residues, but the differences were significant at 20 g kg^?1 of residues. Available K increased with increasing concentration of residues, whereas available P decreased, but the concentration of hydrolyzed N did not change in the soil. The concentration of phenolics also increased with increases in the residue concentration. It is concluded that F. bidentis residues adversely affect the early growth of cotton and have an impact on soil fertility by releasing water-soluble allelochemicals into the soil.     

Assessment of allelopathic effects of residues of Flaveria bidentis (L.) Kuntze on wheat seedlings

Flaveria bidentis (L.) Kuntze, an invasive plant, poses a serious threat to the structure and function of the native ecosystem in Hebei Provience, China. However, little is known about the allelopathic activity of the residues of this plant species. In this study, the impact of the phytotoxicity of unburnt (UR) and burnt (BR) residues of the exotic invasive weed on the growth of wheat (Triticum aestivvm L.) was assessed. Extracts prepared from both UR and BR reduced the shoot length, root length and dry weight of wheat significantly compared with the control, thereby indicating the presence of some water-soluble allelochemicals in F. bidentis residues. Growth studies conducted in soil amended with UR and BR extracts or residues also revealed phytotoxic effects towards wheat. A significant amount of phenolics was detected in the residue extracts and in residue-incorporated soil. The phenolic content rose with increasing residue concentration, thereby showing their direct involvement in the observed growth inhibition. The inhibition of wheat growth by the burnt residue and its water extracts was similar to that of unburnt residue, so burning it is not a good way to eliminate the allelopathic effects of the residue of F. bidentis on native plants.     

黄顶菊入侵对土壤微生物、土壤酶活性及土壤养分的影响

通过采样分析,研究了外来植物黄顶菊入侵对非耕地和耕地,以及对玉米根系土壤微生物、土壤酶活性、土壤速效养分的影响,旨在揭示黄顶菊入侵农田和贫瘠荒地的机制。本试验比较了距根系不同距离土壤的微生态变化;分析了根系土壤3大微生物类群结构、5种土壤理化性质以及5种土壤酶活性之间的相关性。结果表明,非耕地黄顶菊根表速效氮、速效磷、速效钾的含量分别为对照的4.44、6.88、2.64倍,耕地中分别为对照的5.31、13.78、7.56倍;非耕地黄顶菊根表土壤细菌、真菌、放线菌数量分别为对照的13.23、6.67、21.40倍,耕地中分别为对照的9.27、2.15、2.24倍,可见黄顶菊对非耕地土壤中可培养的细菌、真菌、放线菌数量的影响更为明显;非耕地中黄顶菊根表土壤碱性磷酸酶、酸性磷酸酶、脲酶、脱氢酶、蔗糖酶的活性分别为对照的19.44、5.39、1.64、1.74、4.62倍,说明细菌非常活跃。耕地中分别为对照的2.26、3.45、1.53、0.95、4.89倍。另外在玉米与黄顶菊互作时,其根表土壤速效氮、磷、钾分别为非互作条件下的63.54%、64.70%、80.71%、,黄顶菊入侵明显降低了玉米根表速效养分。综上,黄顶菊入侵增加了其根系周围可培养土壤微生物数量、土壤酶活性及土壤速效养分含量;降低了附近玉米根表土壤中可培养微生物数量、土壤酶活性和速效养分含量。     

重金属镉胁迫下入侵植物黄顶菊表观遗传变异特征

为探究入侵植物黄顶菊在重金属镉(Cd)胁迫下耐受性获得的表观遗传机制,本研究通过网室盆栽试验模拟不同浓度Cd污染生境,采用甲基化敏感扩增多态性(MSAP)技术对不同Cd浓度胁迫[0(CK)、2(Cd-1)、4(Cd-2)和8(Cd-3) mg·kg^-1]处理植物叶片基因组DNA甲基化变异特征进行分析。结果表明,15对引物共扩增出726条甲基化条带,且引物多态性百分比为84.75%;随着Cd胁迫浓度的升高,黄顶菊叶片全甲基化和整体甲基化发生比例呈逐渐增加的趋势,Cd-1、Cd-2和Cd-3的全甲基化发生比例分别为CK的1.51、1.95和2.11倍,整体甲基化发生比例分别较CK升高了39.28、53.30和63.97个百分点;不同处理下叶片甲基化状态变化分析结果表明,Cd胁迫下黄顶菊基因组DNA重新甲基化和去甲基化2种甲基化模式均有发生,但以重新甲基化类型为主要变化模式;Cd胁迫下植物表型可塑性与表观遗传相关性分析结果表明,DNA全甲基化和整体甲基化水平与黄顶菊生长指标及地上部耐受性指数的表型可塑性呈显著负相关,与抗氧化酶活性、各组织Cd含量及富集与转移系数呈显著正...     

黄顶菊水提液对玉米幼苗株高及叶片生理生化指标的影响

以黄顶菊新鲜植株为材料,用蒸馏水浸提活性物质,得到0.1、0.05和0.01g/mL三种不同干物质含量的黄顶菊水提液.以蒸馏水为对照,利用不同含量的黄顶菊水提液处理无土栽培的玉米幼苗,每4d测定幼苗叶片中MDA(丙二醛)、POD(过氧化物酶)、SOD(超氧化歧化酶)、CAT(过氧化氢酶)和CHL(叶绿素)含量.结果表明,黄顶菊水提液处理对玉米幼苗株高产生了明显的抑制作用,且每个处理与对照相比差异达显著水平(P＜0.05).黄顶菊水提液中含量越高,抑制作用越显著.幼苗叶片中MDA含量、POD、SOD、CAT活性均高于对照,而CHL含量低于对照.研究还发现,不同含量处理和不同处理时间对玉米幼苗MDA含量、抗氧化酶和CHL含量的影响之间存在极显著的交互作用.结果预示黄顶菊水提液能够抑制幼苗生长,含量越大,作用效果越明显,可为进一步研究黄顶菊总体化感提供参考.     

油松枯落物的水土保持作用研究

油松枯落物的截留量与其自身的干燥程度有关,同时受降水历时、降水量和天气情况的影响。在不同的月份,其截留量不同,年截留率为9.27％。油松枯落物阻延径流流出的时间与其厚度呈正相关,与地面坡度、径流深度呈负相关;油松枯落物还能有效地抑制土壤水分蒸发、显著提高土壤的抗蚀性,2cm厚枯落物的油松林地即可免遭土壤冲刷。     

荒漠草原4种主要植物群落枯落物层水土保持功能

枯落物层是草地除冠层外,大气与矿质土壤层、植物根系层进行物质与能量交换的重要介质,在生态学中起着不可替代的作用。通过研究荒漠草原4种主要植物群落(蒙古冰草群落、甘草群落、赖草群落和沙蒿群落)水土保持功能,结果表明:荒漠草原4种植物群落枯落物层年截留率在4.58%～5.61%,截留量为22.77～27.87mm,且枯落物对降雨的截留量随降雨量增加而增大,而截留率随降雨量增加而减小,当降雨等级在0～2mm时,截留率为100%,当降雨等级高于2mm时,截留率随1次降雨降雨量的增加而减少。枯落物层抑制土壤蒸发的效应与枯落物层厚度的增加呈正相关,有枯落物层比无枯落物层覆盖的土壤蒸发量减少了19.25%～76.82%,但当土壤含水量升高为田间持水量的3/4时,不同植物群落枯落物减少土壤水分蒸发的效应有所不同。围封内枯落物对土壤风蚀的抑制显著低于围封外,枯落物对风蚀的抑制作用与枯落物的蓄积量呈正相关。     

单性木兰生存群落凋落物及土壤水文生态效应

[目的]分析广西壮族自治区木论自然保护区单性木兰成片分布区群落的凋落物和土壤水文效应,为更好地评价单性木兰生存群落的水文生态效应提供依据。[方法]在单性木兰成片分布区内,采用样方法,对单性木兰生存群落林下凋落物层和土壤层水文生态做定量研究。[结果]林分凋落物现存量为11.68t/hm2,最大持水总量为19.46t/hm2,有效拦蓄能力为13.87t/hm2;半分解层凋落物现存量远大于未分解层,占整个蓄积量的77.06%,其有效拦蓄量也占整个拦蓄量的75.56%。林分土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度分别为1.14~1.26g/cm3,51.36%~68.68%,41.58%~45.73%,8.80%~27.10%,土壤最大持水量和有效持水量分别为868.75~941.04,64.00~133.73t/hm2。林地总蓄水量变化范围79.75~148.74t/hm2。[结论]单性木兰成片分布区林地蓄水功能主要集中在土壤层中,林分密度对土壤容重和土壤有效持水量有显著影响。