土壤原生生物的生态功能及其影响因素

【目的】土壤原生生物是指土壤中除植物、动物和真菌以外的所有真核生物,具有明显的系统发育和功能多样性特征,是地下生态系统的关键组成部分之一。与原核生物(细菌与古菌)和真菌相比,原生生物在土壤食物网中的作用常被忽视。本文系统论述了土壤原生生物的多样性及其生态功能,并综述了土壤养分、水分、pH、温度、重金属、微塑料等因子对土壤原生生物的影响,旨在阐明原生生物对土壤养分转化、土壤食物网和植物健康的生态作用及对主要环境因子的响应。【进展】土壤原生生物的数量、大小与形态各异,且营养级类群多样性丰富,它们可作为光合藻类、微生物捕食者、植物与动物的寄生者,在土壤食物网中扮演重要角色。光合型原生生物除潜在提高土壤氧浓度外,对陆地生态系统的碳储存具有重要贡献。消费型原生生物可通过捕食改变微生物群落,推动土壤微生物环,抑制植物病害,并提高植物性能。寄生型原生生物常被认为对宿主具有负面效应,如改变动物多样性,并引起植物病害。然而,寄生型原生生物对推动养分(如磷)循环也有贡献,且对植物的叶际细菌具有生防功能。总的来看,原生生物推动了陆地生态系统物质循环与能量流动向更高营养级的转移,并在土壤食物网中占据中心位置,...     

土壤微生物多样性的科学内涵及其生态服务功能

土壤微生物多样性是指土壤生态系统中所有的微生物种类、它们拥有的基因以及这些微生物与环境之间相互作用的多样化程度,当前研究主要集中在物种多样性、遗传多样性、结构多样性及功能多样性等4个方面。土壤微生物多样性作为全球性研究迄今仅有10余年时间,但已呈现对象广、内容多、水平宽、方法新等特点,特别是分子生物学技术在很大程度上决定并体现了其研究水平和发展进程。然而,如何进一步改进土壤微生物的培养技能、加强土壤宏基因组学分析与应用、耦合土壤微生物多样性与生态功能、揭示土壤微域结构的影响机制是土壤微生物多样性研究的4个关键科学问题。当然,土壤微生物多样性的生态系统服务功能是其根本价值所在,主要包括有机物分解、物质循环和生态安全调控等3个方面。今后,土壤微生物多样性研究应紧紧围绕其与土壤生物过程、生态服务功能三者之间的联系,着重建立土壤微生物多样性的研究指标和方法体系,进而阐明人类生产活动影响土壤微生物多样性及其生态服务功能的土壤生物过程。     

土壤生态学及其发展近况

本文论述了土壤生态学的发展简史、有关概念及其研究近况。作者认为,土壤动物、土壤微生物的作用是土壤生态系统的重要研究内容。作为生物能源的植物凋落物,动物、微生物残体Ⅱ等,经土壤中生物的作用,部分养分释放后供给植物生长。营养物质在系统中进行循环,对土壤肥力。系统生产力及系统功能产生有益的影响。     

土壤微生物影响土壤健康的作用机制研究进展

土壤健康是农业可持续发展的中心主题。土壤微生物参与土壤生态功能、环境功能和免疫功能协同驱动土壤生命系统运转，是维持土壤健康的核心与关键。了解不同微生物介导的土壤健康调控机制对有效利用这些核心微生物维持和改善土壤健康至关重要。本文围绕微生物参与调节土壤碳循环、养分循环，改变土壤结构、抑制植物病虫害、污染控制等主要生物过程系统梳理了微生物在调控土壤健康中的重要作用，以及微生物作为土壤健康的敏感指标对土壤健康的指示与预警作用。强调未来应加强驱动土壤健康特定功能以及多个生物过程的核心微生物组信息数据库挖掘、构建与生产应用研究，为定向利用微生物改善农业土壤生态系统功能、维持土壤健康以及保障土壤可持续发展提供科学依据。     

生物结皮土壤-水文-侵蚀效应研究进展

生物土壤结皮(简称生物结皮)是由隐花植物、微小生物和土壤表层颗粒胶结形成的一种特殊复合体,广泛分布于各类气候和生境条件。作为生态系统的重要组分,生物结皮在不同生物气候区土壤的生态过程、水文过程、生物过程、地球化学循环过程以及生态修复过程中发挥着重要作用。从生物结皮影响土壤物理、化学、生物学性质以及土壤水文与侵蚀过程等方面对其生态功能进行总结和概述,在此基础上,从研究区域和时空尺度、多过程耦合机制、生物结皮影响氮循环的过程及其对氮沉降的响应机制、生物结皮与维管植物空间分布及互动关系等方面,展望了该领域有待深化的问题及今后的发展方向,以期促进我国生物结皮相关研究工作,加深对生物结皮生态功能及地表过程的认识。     

复垦年限及植被模式对煤矿复垦土壤微生物多样性的影响

了解露天煤矿区复垦状况及其对土壤微生物的影响机制,对于估算受损生态系统的恢复程度至关重要。该文以采用多种模式复垦的安太堡露天煤矿为研究区域,通过野外调查与采样分析,借助于Biolog EcoPlatesTM方法对复垦区和原地貌(对照)表层土壤中的微生物功能多样性状况进行了探索,评价了复垦年限和复垦植被模式对土壤微生物特征的恢复效应;并从土壤物理化学性质(土壤容重、pH值、土壤有机碳、总氮、速效氮、速效磷和速效钾)和生物性质(土壤微生物量碳和微生物量氮)中筛选可反映土壤微生物功能多样性变化的代表性指示物质。结果表明:1)露天煤矿复垦年限和复垦植被模式均对土壤微生物的功能多样性有明显影响。复垦年限越长的样地中土壤微生物有较高的活性和均匀度,但丰富度较低;若样地的复垦年限较长,复垦植物种植模式对土壤微生物多样性的作用强于复垦时长对其的影响。2)从土壤微生物多样性恢复层面分析,单一植物复垦配置的优化次序为杏树、榆树和柠条,混交林配置较优的选择为柠条×刺槐。3)土壤微生物生物量碳的含量与土壤微生物功能多样性指标Shannon-Wiener指数(ρ=–0.69,P0.01)和McIntosh指数(ρ=–0.69,P0.05)显著负相关,在一定程度上可作为复垦区生物多样性指示物质。研究成果将为露天煤矿及其所在区域的生态恢复、治理和监测提供参考。     

电子垃圾影响区多氯联苯污染农田土壤的生物修复机制与技术发展

电子垃圾中含有大量多氯联苯等有毒有害物质,对电子垃圾的不当拆解可造成土壤、水体和大气的污染,进而对生态环境和人体健康构成潜在的威胁。生物修复是利用生物对环境污染物的吸收、代谢、降解等功能,加速去除环境中污染物质的过程。根据修复所用的主体,生物修复又可分为植物修复、微生物修复、动物修复及其联合修复等。本文结合笔者的研究工作,综述了我国东南沿海某典型电子垃圾拆解区土壤多氯联苯的污染特征,并介绍了当前国内外对多氯联苯污染土壤的微生物修复、植物修复和植物-微生物联合修复技术及其机理研究的现状,并提出未来研究趋势,旨在为促进污染区土壤环境生物修复的深入研究、保障污染区的农产品质量安全和人体健康提供理论参考。     

土壤中有机复合污染物微生物组转化机制与调控原理：进展与展望

实际污染土壤中有机污染物通常以复合污染状态存在,有机复合污染物的微生物降解过程及其作用机制显得更为复杂。土壤微生物类群多样,具有丰富的功能多样性。而有机复合污染物的降解通常由微生物组操控,通过微生物群落代谢网络完成污染物的去除。近年来,研究者逐渐关注有机复合污染土壤中微生物群落适应机制-微生物组转化过程-合成微生物组设计-原位微生物组修复等方面的研究,对认知污染土壤治理和修复具有重要的科学意义。本文以具有代谢协同性及功能互补性的微生物组为切入点,系统阐述土壤中有机复合污染物的微生物组转化机制与调控原理等,探讨微生物组在复合污染土壤绿色可持续原位生物修复中的发展前景。     

根际微生物对植物与土壤交互调控的研究进展

土壤中拥有非常丰富的微生物群落,这些微生物对植物与土壤之间的交互作用起到了非常重要的调节作用,尤其是根际微生物,其中一些重要的功能微生物作为主要的共生功能体参与到植物根系养分转化中。对根际与根际土壤微生物的形成及其与土壤环境、植物根系之间互作关系的最新研究进展进行了综述,这些研究成果均肯定了根际微生物群落和多样性是积极促进植物个体和维持生态系统功能的活跃因子,并展望了今后土壤微生物在多组学、植物功能性状和全球变化方面的研究前景。     

植物根系分泌物与根际微生物交互作用机制研究进展

根际是受植物根系影响最为强烈的微域环境,是植物和土壤交流的桥梁。根系能通过调控根系分泌物的种类和数量影响根际微生物的种群结构和多样性,根际微生物通过改变根际土壤特性影响根系的分泌作用,进而影响植物的生长发育过程。因此,很有必要对这些研究进展进行梳理,提出未来该领域的研究重点。本文以1999～2022年中国知网（CNKI）和Web of Science核心数据库为文献来源,对根系分泌物与根际微生物互作相关的64篇论文进行分析。总结了近年来根系分泌物和根际微生物互作的最新研究成果,重点介绍了根系分泌物对根际微生物种类、数量和分布的影响,环境胁迫对根系分泌物和根际微生物的影响,以及根际微生物对植物生长的影响。基于此,我们对该领域未来的研究方向进行了展望。深入理解根系分泌物和根际微生物之间复杂的互作关系及其机理,对揭示根际微生态调控过程、土壤微生物组功能、促进农作物增产等方面具有重要的意义。     

土壤原生动物 ——研究方法及其在土传病害防控中的作用

原生动物是原生生物的一种,是土壤食物网中的消费者,能捕食细菌和真菌等其他微生物.除了对土壤微生物群落和物质循环产生重要影响外,根际原生动物与细菌、真菌等土壤微生物共同组成生物网络屏障,并在抵御土传病原菌入侵作物根系的过程中发挥着重要作用.然而,相对于根际有益细菌和有益真菌,国内外关于原生动物防控土传病害的效果及作用机制...     

Manipulating the soil microbiome to increase soil health and plant fertility

A variety of soil factors are known to increase nutrient availability and plant productivity. The most influential might be the organisms comprising the soil microbial community of the rhizosphere, which is the soil surrounding the roots of plants where complex interactions occur between the roots, soil, and microorganisms. Root exudates act as substrates and signaling molecules for microbes creating a complex and interwoven relationship between plants and the microbiome. While individual microorganisms such as endophytes, symbionts, pathogens, and plant growth promoting rhizobacteria are increasingly featured in the literature, the larger community of soil microorganisms, or soil microbiome, may have more far-reaching effects. Each microorganism functions in coordination with the overall soil microbiome to influence plant health and crop productivity. Increasing evidence indicates that plants can shape the soil microbiome through the secretion of root exudates. The molecular communication fluctuates according to the plant development stage, proximity to neighboring species, management techniques, and many other factors. This review seeks to summarize the current knowledge on this topic.     

转Bt基因棉花根际细菌与古菌群落结构分析

在一年内棉花的四个生长时期（苗期,蕾期,花铃期,吐絮期）分别采集转Bt基因抗虫棉GK12和非转基因亲本棉花泗棉3号根际土壤,以及未种植棉花的背景土壤,利用末端标记限制性片段长度多态性（T-RFLP）分析技术,分析三种土壤中细菌和古菌的16S rRNA基因片段多态性,结合克隆文库建立和测序,研究了土壤中细菌和古菌群落结构的变化.结果表明：在棉花生长的各个时期,背景土壤中细菌群落结构发生了明显的变化,生物多样性指数明显降低,古菌群落结构也有一定的变化,说明季节性变化对土壤中微生物群落产生了明显的影响.与背景土壤相比,棉花种植后根际土壤中细菌和古菌群落发生显著的变化.转基因棉花与非转基因棉花相比,根际土壤细菌和古菌的种类和种群大小的分布也发生了明显的改变.克隆文库和测序结果表明土壤中主体微生物为目前未培养的、功能特性未知的细菌和古菌,转基因棉花种植对这些细菌和古菌影响的原因、环境危害和生态风险目前尚不清楚.与古菌群落相比,棉花种植对细菌群落结构的影响较小.     

同位素稀释分析在土壤氮素循环利用研究中的应用

同位素稀释分析是研究氮素在土壤植物体系中转化和迁移特征的有效方法。本文对国内外近十年利用同位素稀释技术研究土壤微生物和植物对不同形态的氮素的利用与竞争进行了总结,强调了土壤在植物和微生物养分利用中的双重作用。利用同位素稀释分析还可以研究所施氮肥的转化、迁移、和流失,推断土壤-植物系统N肥平衡状况,对提高肥料利用率,科学施肥,减少氮素污染有着科学的指导作用。     

An apparatus for growing plants in soil under aseptic conditions

A simple and inexpensive apparatus is described for growing plants in soil under aseptic conditions which allows specific microorganisms, organic or inorganic nutrients and other substances to be introduced into the soil at any stage during the growth of the plants.     

The uptake of phosphate by barley plants from soil under aseptic and non-sterile conditions

The uptake of phosphorus by barley plants growing in soil has been compared in the presence and absence of microorganisms. The soil chosen for study was basaltic loam which earlier investigations had shown required the addition of supplementary phosphate to obtain successful growth of plants.Despite a rapid turnover of the phosphorus in microorganisms as a result of death and lysis, less was absorbed by plants grown under non-sterile conditions causing a considerable reduction in the yield of dry matter. These microbial effects were obviated by the addition of a small quantity of KH₂PO₄ (0.15 m-equiv/500 g soil). In this soil therefore, competition appears to exist between microorganisms and plants similar to that demonstrated previously in water culture.     

Relation between soil microbial activity and the effect of seed inoculation with the rhizopseudomonad strain 7NSK2 on plant growth

Summary The relationship between the microbial activity in the soil and the effect of seed inoculation with the rhizopseudomonad strain 7NSK2 was evaluated in a series of pot experiments under greenhouse conditions. The microbial activity in plain soil, as measured by the respiratory activity, was significantly increased by the growth of the plants. Both the respiration rate of the microorganisms and the density of the bacteria and fungi in the bulk soil increased with increasing duration of the plant growth. Upon repeated short-term growth of plants on the same soil, a similar stimulation was noticed.The effect of seed inoculation on the growth of the maize cultivar Beaupré and the barley cultivar Iban was most pronounced in the microbiologically more active soils. The results suggest that the increase of the plant growth by seed inoculation is probably due to the inhibition of deleterious root microorganisms.     

Soil water availability strongly alters the community composition of soil protists

Drought and heavy rainfall are contrasting conditions expected to result from increasingly extreme weather during climate change; and both scenarios will strongly affect the functioning of soil systems. However, little is known about the specific responses of soil microorganisms, whose functioning is intimately tied to the magnitude of the water-filled pore space in soil. Soil heterotrophic protists, being important aquatic soil organisms are considered as key-regulators of microbial nutrient turnover. We investigated the responses of distinct protist taxa to changes in soil water availability (SWA) using a modified enumeration technique that enabled quantification of protist taxa up to genus level. Our study revealed a non-linear shift of protist abundance with decreasing SWA and this became apparent at a maximum water-filled pore size of ≤40 μm. Generally, taxa containing large specimen were more severely affected by drought, but responses to either drought or rewetting of soils were not uniform among taxa. Changes in water availability may thus affect the functioning of key taxa and soil ecosystems long before aboveground “drought” effects become apparent.     

土壤微生物溶磷分子机理研究进展

土壤中均含有大量的难溶性磷,而有效磷含量一般较低,土壤磷素供给不足常常是制约作物生长发育的重要因素之一。因此,活化土壤难溶性磷,增强土壤供磷能力,一直是人们普遍关注的重要问题。土壤中存在大量的溶磷微生物,这些微生物能够将难溶磷转化为植物能够吸收利用的有效磷。可见,了解这些微生物的溶磷机理,对于利用其溶磷功能、提高土壤磷素利用效率十分重要。本文对近年来微生物溶磷分子机理进行了综述。