土壤微生物多样性通过共现网络复杂性表征高寒草甸生态系统多功能性

土壤微生物多样性在生态系统功能的维持方面发挥着至关重要的作用，但是土壤生物多样性与生态系统功能（Biodiversity-ecosystem function，BEF）关系仍存在争议。以往的研究多基于简单多样性指标（如物种数、香浓多样性指数等）对BEF关系进行探究，忽略了物种间复杂的相互作用在BEF关系中的重要性。以青藏高原米拉山高寒草甸为研究对象，使用Illumina MiSeq高通量测序技术测定了6个海拔高度（3755 m、3994 m、4225 m、4534 m、4900 m、5120 m）土壤细菌和真菌群落特征，分析了简单微生物多样性指标（物种数）和共现网络复杂性与生态系统多功能性（Ecosystem multifunctionality，EMF）的关系，以期进一步揭示微生物多样性与EMF的关系。共现网络分析表明，表征土壤细菌和真菌网络复杂性的节点（Node）和边（Link）沿海拔高度的升高显著下降（P<0.05）。土壤细菌和真菌的多样性和网络复杂性均沿海拔的升高显著下降（P<0.05），而且网络复杂性比相应的多样性下降明显。在未控制环境因素时，真菌和细菌的多样性和网络复杂性均与EMF显著正相关（P<0.05）；其中真菌和细菌网络复杂性对EMF的解释度高于相应多样性对EMF的解释度。通过偏回归分析（Partial least squares regression，PLSR）控制年降水、年均温、黏粒含量、盐基离子和酸性离子等气候及土壤环境因子影响后，土壤细菌和真菌物种多样性与EMF的显著正相关关系变为不相关（P>0.05），而网络复杂性与EMF的显著正相关关系（P<0.05）仍然存在。利用方差分解分析（Variance partition analysis，VPA）将环境因子纳入对EMF的影响后发现，土壤微生物网络复杂性和环境因子对EMF变化的解释度可达80%，高于土壤微生物多样性与环境因子对EMF变化的解释度。结构方程模型（Structural equation model，SEM）分析进一步显示，土壤细菌多样性和真菌多样性通过促进对应共现网络的复杂性，间接对EMF产生正向影响。综上所述，相较于简单的多样性指标，土壤微生物网络复杂性对EMF具有更好的解释度和预测性，微生物多样性主要通过促进网络复杂性间接正向影响EMF。研究结果扩展了BEF关系的研究，证明微生物物种多样性主要通过促进对应的网络复杂性维持EMF。     

退化人工林不同恢复类型对土壤微生物群落功能多样性的影响

为了评价华南退化人工林生态系统的不同恢复类型,本研究以土壤微生物群落功能多样性为对象,探讨恢复林土壤微生物功能多样性的差异及影响因子.在研究区内选取代表性的近自然经营杉木林(CF)和毛竹林(MB),以天然次生林(NF)为对照,采集表层土壤样品.运用Biolog-Eco微平板技术,对3种林分的土壤微生物群落功能多样性进行研究.结果表明: 不同恢复林分的植物多样性差异显著,NF植物多样性指数显著高于MB和CF,而MB的植物多样性指数显著高于CF;不同林分类型的土壤pH和容重差异显著,其他土壤理化性质差异不显著;不同林分类型土壤微生物的平均颜色变化率(AWCD)为NF＞MB＞CF,不同林分对6种类型碳源底物的利用也有相似规律;NF的土壤微生物群落Shannon多样性指数、Shannon丰富度指数、Simpson优势度指数和McIntosh指数最高,MB次之,CF最低;主成分分析表明,从31种碳源类型提取的主成分1和主成分2分别能解释变量方差的60.0%和12.4%,在主成分分异中起主要贡献作用的是羧酸类、碳水化合物类和氨基酸类碳源;相关性分析表明,植物物种丰富度和多样性指数、土壤容重与土壤微生物群落多样性指数之间存在显著相关关系,对土壤微生物群落功能多样性具有重要影响.NF土壤微生物的碳源利用效率高于人工林,而MB土壤微生物碳源利用效率高于CF.从植被多样性及土壤微生物群落功能多样性来看,近自然经营的MB人工林更有利于退化人工林生态系统功能的恢复与提升.     

不同森林恢复类型对土壤微生物群落的影响

为了评价不同森林恢复类型与方式对南方红壤丘陵区退化生态系统土壤微生物群落的影响,借助氯仿熏蒸法、平板涂抹法和BIOLOG检测法,比较研究了4种森林恢复类型土壤微生物的群落特征．结果表明,4种森林恢复类型土壤微生物生物量碳、细菌数量差异显著,2项指标均以天然次生林土壤最高,人工林次之,荒地最差;碳源平均颜色变化率(AWCD法)和微生物代谢多样性指数(丰富度和多样性)在5种植被类型的土壤中也有明显差异,其趋势与微生物量碳、细菌数量基本相同;天然次生林土壤微生物群落利用碳源的整体能力和功能多样性比人工林和荒地强．相关分析表明,0～20和20～40cm土壤微生物的代谢多样性与根系生物量紧密相关(r=0．933,P<0．05;r=0．925,P<0．05)．自然恢复更有利于改善土壤微生物的结构和功能．     

不同干扰方式下热带雨林土壤微生物群落自然恢复特征和构建机制

为探明植被自然恢复过程中的森林土壤微生物群落恢复特征和构建机制,本研究利用Illumina高通量测序技术,选择热带雨林经刀耕火种、皆伐和择伐3种干扰方式后自然恢复40～60年的森林类型以及老龄林为对象,研究森林土壤微生物的群落结构及其相互关系,并利用Null模型定量分析确定性过程和随机性过程在微生物群落构建过程中的相对贡献。结果表明,刀耕火种干扰后,全氮、水解性氮和速效钾等土壤理化性质与老龄林无显著差异,但植物多样性仍显著低于老龄林(P<0.05);土壤细菌的多样性指数与老龄林无显著差异,而土壤真菌的丰富度指数显著低于老龄林(P<0.05)。皆伐和择伐干扰后全氮、有效磷和速效钾等大多数土壤理化性质以及植物多样性显著高于老龄林(P<0.05),但土壤微生物多样性无显著差异。3种不同干扰方式后的土壤微生物群落结构与老龄林存在显著差异(P<0.05)。分子生态网络分析表明,刀耕火种和皆伐降低了土壤微生物网络复杂性,且土壤细菌的网络结构(总节点数、总连接数和模块性)大于真菌;而择伐增加了土壤微生物网络复杂性。Null模型分析表明,不同干扰类型的土壤微生物群落随机性过程相...     

基于分子生态学网络探究亚高山草甸退化对土壤微生物群落的影响

土壤微生物群落在草地生态系统功能中发挥着至关重要的作用，但目前尚不清楚微生物群落的分子生态网络如何响应亚高山草甸退化。以五台山4个不同退化阶段(未退化、轻度退化、中度退化和重度退化)亚高山草甸为研究对象，利用高通量测序和随机矩阵网络构建理论构建土壤微生物群落分子生态网络。探讨草地退化对亚高山草甸土壤微生物群落结构及网络的影响，不同退化程度下微生物网络结构中的关键微生物变化规律以及该过程中微生物之间的互作关系。研究结果表明，不同退化程度亚高山草甸土壤微生物(细菌、真菌和细菌-真菌)网络拓扑属性存在差异。总体上，退化增加了土壤细菌内部、真菌内部以及细菌-真菌群落间的相互作用，导致其网络结构更为复杂。未退化草甸土壤微生物网络具有较长的平均路径距离和较高的模块性，使其比退化草甸更能抵抗外界环境的变化，在应对人为干扰或者气候变化时可能具有更高的稳定性。退化草甸中的网络关键物种(模块枢纽和连接器)与未退化草甸明显不同。土壤含水量和pH与亚高山草甸土壤细菌、真菌以及整个微生物网络连通度均显著相关(P<0.05),总氮和硝氨态氮含量与土壤真菌和微生物网络连通度呈显著相关(P<0.05)。亚...     

Changes in soil microbial community structure and function following degradation in a temperate grassland

温带草原退化后土壤微生物群落结构和功能的变化 草原退化是草原生产力维持面临的一个重大挑战,这一过程显著影响着草原生态系统的能量流动和土壤养分变化过程,进而直接或间接地影响着土壤微生物。我们的研究目的首先是调查不同草原退化程度(即未退化、中度退化和严重退化)如何影响着内蒙古温带草原的土壤微生物组成、多样性和功能,其次是阐明哪些生物和非生物因素导致了这些变化。我们的研究主要通过高通量测序技术分析土壤微生物的群落组成,并且采用FAPROTAX工具和FUNGuild工具分别预测细菌群落和真菌群落的功能。研究发现：草原退化显著降低了土壤细菌的多样性,但对真菌多样性影响不大。地下生物量、土壤有机碳和总氮与细菌的多样性变化呈显著正相关关系。草原退化显著增加了绿弯菌门的相对丰度(由2.48%提高到8.40%),降低了厚壁菌门的相对丰度(由3.62%降低到1.08%)。其次,草原退化也显著增加了球囊菌门的相对丰度(从0.17%提高到1.53%),降低了担子菌门的相对丰度(从19.30%降低到4.83%)。致病菌的相对丰度在草原退化过程中显著下降。此外,草原退化对土壤细菌群落的功能有显著的影响,尤其是与土壤碳氮循环相关的土壤细菌群落。我们的结果表明,土壤细菌群落对草原退化的响应比真菌群落更敏感。     

南亚热带混交人工林树种丰富度与土壤微生物多样性和群落组成的关系

森林植被与土壤微生物作为森林生态系统的重要组成部分,它们之间的相互作用对维持森林生态系统功能和稳定性起着重要作用。以往多在天然草地和森林生态系统开展植物多样性与土壤微生物多样性关系的研究,但人工构建的多树种混交林生态系统中树种多样性对土壤微生物群落组成的影响及其机制尚不完全清楚。因此,以南亚热带人工块状造林后自然恢复形成的多树种混交森林生态系统为研究对象,利用高通量测序技术研究了随树种丰富度（1-10种）变化土壤细菌和真菌多样性的变化规律及主要影响因子。结果表明,随树种丰富度增加,土壤真菌α多样性显著提高,但土壤细菌α多样性差异不显著;不同树种丰富度梯度间土壤细菌和真菌的群落结构组成均差异显著;Pearson相关分析表明土壤细菌α多样性主要受土壤pH和土壤铵态氮影响,而土壤pH和有效磷是土壤真菌α多样性的主要影响因子。距离冗余分析（db-RDA）表明,对土壤细菌群落组成产生显著影响的环境因子分别为土壤pH、硝态氮和芳香碳组分,而土壤有机碳、硝态氮、细根生物量和氧烷基碳组分是影响土壤真菌群落组成的主要因子。本研究的结果说明了南亚热带人工林不同树种混交后形成多树种混交林生态系统的过程中,树种组成和多样性的变化通过改变土壤理化性状和根系生物量对土壤微生物群落组成有显著影响,为制定该区域人工林通过树种丰富度合理组配调控提升地下生物多样性及生态系统功能的经营策略提供了科学依据。     

高寒湿地和草甸退化及恢复对土壤微生物碳代谢功能多样性的影响

为研究高寒湿地、草甸的退化及恢复与土壤微生物碳代谢功能多样性的关系,以及影响土壤微生物碳代谢功能多样性的关键因素,利用BIOLOG Eco微平板法,分析了甘肃玛曲地区5类(湿地、沼泽化草甸、高寒草甸、退化草甸、人工恢复草甸) 14个退化与恢复样地的土壤微生物对单一碳源的利用情况。结果表明,从湿地到沙化草地的逐渐退化过程中,草甸的土壤微生物群落代谢活性差异显著;主要是由于在湿地干化过程中,微生物活性逐渐升高,沼泽草甸土壤微生物活性最高;随着草甸不断退化,微生物活性逐渐降低,沙化草地最低;而人工补播恢复使土壤微生物活性有所增加,表明退化对微生物碳代谢功能多样性造成显著影响,人工恢复措施在一定程度上提高了土壤微生物活性。聚合物类(吐温40、吐温80、环状糊精、肝糖)、氨基酸类及碳水化合物类是土壤微生物主要利用的碳源。冗余分析结果显示,土壤的碳氮比、含水量、有机碳、全氮、容重、氮磷比、p H及植被覆盖度是影响土壤微生物碳代谢功能多样性的关键因子。因此,可用土壤碳代谢功能多样性变化评价高寒湿地及草甸的退化和恢复及其变化程度。     

西南喀斯特退化天坑负地形倒石坡的土壤微生物分布特征

喀斯特退化天坑倒石坡作为一种负地形坡面,在退化天坑植物避难所的物种多样性保护中发挥着重要作用。研究坡面土壤微生物群落功能多样性,有助于阐明土壤微生物群落生态特征和空间分布规律,探索土壤微生物与植物多样性关联,挖掘退化天坑负地形倒石坡的生物多样性宝库价值。研究以云南沾益天坑群中的退化天坑-巴家陷塘为研究对象,运用Biolog微平板技术,分析坡面环境梯度(坑口﹑上坡位﹑中坡位﹑下坡位以及坑底)的土壤微生物群落功能多样性差异。结果显示,坑底土壤微生物群落的功能多样性指数(Shannon指数﹑Simpson指数﹑McIntosh指数)、碳源利用程度均显著高于坑口。下坡位的土壤微生物群落功能多样性略高于坑底,显著高于中坡位,呈现出下坡位中坡位上坡位的趋势。坡面土壤微生物群落主要利用的碳源为糖类和氨基酸类。2个主成分分别解释所有方差变量的31.9%和28.7%,能区分不同坡位土壤微生物群落的碳源利用。坑内外草本植物α多样性指数差异显著,坑坡木本层植物α多样性指数差异显著(P0.05),其中下坡位木本层植物多样性最高。β多样性指数显示不同坡位的生境具有差异性,但下坡位生境类型最多样。研究发现,喀斯特退化天坑倒石坡的独特负地形和土壤环境孕育了较高的植物多样性和土壤微生物群落功能多样性,二者的空间分布较为一致,未来在退化天坑物种多样性保护中应特别注意倒石坡地下森林资源价值。     

黄河源区不同退化程度高寒草原群落生产力、物种多样性和土壤特性及其关系研究

近些年来,气候暖干化和过度放牧导致黄河源区高寒草原发生明显退化,严重影响了当地畜牧业和环境的可持续发展。退化后,植被群落生产力、物种多样性和土壤因子之间相互作用、相互影响,使生态系统持续恶化。以往的研究中研究人员对退化后群落生产力和物种多样性关系关注较多,但对退化过程中土壤要素变化的重视程度往往不够。因此,探究不同退化程度下高寒草原群落生产力、物种多样性和土壤特性及其关系对于认识高寒草地退化过程及退化草地恢复具有重要现实意义。在黄河源区采用空间分布代替时间演替的方法,根据植被和土壤特征选取了未退化到严重退化5个退化梯度,探讨不同退化程度下高寒草原群落生产力、物种多样性和土壤特性及其关系。结果表明：1）随着退化程度的加剧,群落地上和地下生物量均呈先稳定后降低的趋势,在轻度退化阶段达到最大值,重度和严重退化阶段显著降低;2）Shannon-Wiener多样性指数在轻度和中度退化阶段显著增加了20%和15%（P=0.025和P=0.039）,均匀度指数从未退化到重度退化变化不明显,严重退化阶段物种多样性指数均显著降低;3）土壤水分、各深度土壤有机碳、全氮、铵态氮和硝态氮均呈先稳定后降低的变化规律,土壤容重随着退化程度的加剧而显著增加;4）群落生物量、物种多样性与土壤养分呈正相关关系,与土壤容重呈负相关关系,冗余分析结果显示土壤容重、硝态氮、有机碳是退化过程中驱动植被因子变化的主要因素。因此,针对不同退化阶段采取不同的恢复治理措施,尤其是改善土壤养分和物理性质,同时对中度和重度退化两个关键阶段应该给予更多的关注。     

衡阳紫色土丘陵坡地植被恢复对土壤微生物功能多样性的影响

以典型湖南省衡阳紫色土丘陵坡地不同植被恢复阶段为研究对象,采用空间代替时间序列的方法,选用立地条件基本相似的草本(狗尾草,GS)、灌草(紫薇-狗尾草,FG)、灌丛(牡荆+剌槐,FX)和乔灌(枫香+苦楝-牡荆,AF)群落阶段,运用Biolog-ECO微平板技术,对4个不同恢复阶段0～10和10～20 cm土层的土壤微生物功能多样性进行研究,探讨植被恢复对土壤微生物功能多样性的影响.结果表明: 植被恢复后土壤微生物群落代谢活性显著升高,同一土层不同恢复阶段AWCD值的大小顺序为乔灌群落＞灌丛群落＞灌草群落＞草本群落,相同恢复阶段不同土层的AWCD值的大小顺序为0～10 cm＞10～20 cm;主成分分析(PCA)表明,灌草群落与灌丛群落具有相似的土壤微生物C源利用方式及代谢功能,而草本群落、乔灌群落具有不同的C源利用方式及代谢功能,在主成分分离中起主要贡献作用的C源是糖类、氨基酸类以及代谢中间产物和次生代谢物;土壤微生物的Shannon物种丰富度指数(H)、Shannon均匀度指数(E)、Simpson优势度指数(D)和McIntosh指数(U)均以乔灌群落最高,灌草群落和灌丛群落次之,草本群落最低;相关分析表明,土壤含水量(SWC)、土壤总有机碳(STOC)、全氮(TN)、全磷(TP)和速效磷(AP)对土壤微生物代谢功能及功能多样性指数有重要影响,脲酶(URE)、磷酸酶(APE)、蔗糖酶(INV)和过氧化氢酶(CAT)活性与土壤微生物代谢功能及功能多样性指数存在显著相关关系.表明植被恢复可使土壤微生物代谢功能增强,土壤微生物繁殖加快、数量增大,从而促进土壤微生物对土壤C源的利用强度.     

引进种桉树人工林取代天然次生林对土壤微生物群落结构和功能的影响

由于桉树对原生生态系统具有潜在的破坏性影响,随着桉树人工林面积的不断扩大,桉树种植对森林生态系统的影响越来越受到社会的关注。围绕引进种桉树造林对土壤微生物群落的影响,应用成对试验设计,采用磷脂脂肪酸(PLFA)和BIOLOG微平板培养等技术手段探讨土壤微生物群落结构和功能如何响应桉树人工林取代天然次生林这一变化,主要结果为:桉树人工林取代天然次生林导致:(1)土壤微生物生物量减少,包括:生物量碳、氮和磷脂脂肪酸丰度显著下降;(2)反映土壤微生物群落生理胁迫状况的指标:饱和直链脂肪酸/单不饱和脂肪酸、革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌、支链异构/反异构脂肪酸以及cy19:0/18:1ω7c的比值显著增加;(3)土壤微生物群落碳代谢强度和多样性显著降低;(4)桉树人工林取代天然次生林导致土壤微生物群落结构变化和功能退化的主要环境因素包括:植物物种丰富度和覆盖度的降低以及土壤资源(碳、氮和水分)可获得性的降低。综上所述,引进种桉树人工林取代天然次生林降低了植物物种丰富度和覆盖度以及土壤资源的可获得性,进而显著增强了土壤微生物群落生理胁迫、显著降低了土壤微生物群落功能。     

藏北古露高寒草地生态系统对短期围封的响应

过度放牧导致高寒草地生态系统退化,围封是生态保护和恢复的管理手段。以青藏高原那曲县古露镇过牧退化高寒草地为对象,系统分析了高寒草地生态系统的植被特征及土壤理化特性、土壤酶活性、土壤微生物生物量和群落结构对围封的响应。结果表明,短期围封后,(1)植被平均高度、盖度和地上生物量均有极显著增加(P0.01),而生物多样性指数则显著降低(P0.01);(2)土壤的水溶性有机碳含量、土壤物理结构(沙土与粉土的比例)及pH有显著变化(P0.05);(3)土壤酶活性没有明显改善;(4)土壤微生物生物量(细菌、放线菌、真菌)均呈显著增加(P0.05);(5)土壤中细菌的多样性有增加的趋势,其群落组成在门水平上也发生了变化;(6)Manteltest分析显示与土壤细菌群落结构的呈正相关性的环境因子主要为土壤有机碳含量(TOC)、总氮含量(TN)、碳磷比(C/P)与氮磷比(N/P)(P0.05)。这表明围栏封育有利于藏北草地植被、土壤理化特性的恢复,还能维持土壤微生物多样性,促进高寒草地生态系统的可持续发展。     

凋落物对土壤有机碳与微生物功能多样性的影响

森林凋落物是影响土壤微生物群落和有机碳含量的重要因素,但其作用的程度和机制尚不清楚,研究该问题对于分析森林生态系统碳循环和资源管理具有重要意义。研究凋落物去除与添加处理下土壤有机碳含量与土壤微生物对碳源利用的差异,明确凋落物去除与添加对土壤微生物群落代谢功能及其多样性的影响,探究不同处理下SOC含量变化的土壤微生物群落代谢机理。选取承德市雾灵山1405-1435 m海拔范围内核桃楸-蒙古栎混交林的表层土壤,采用室内培养结合Biolog-ECO方法,测定了培养第21天的土壤有机碳（soil organic carbon,SOC）含量及微生物群落的AWCD值、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数、McIntosh均匀度指数、Pielou丰富度指数,分析培养期内凋落物的不同处理下SOC含量与微生物功能多样性的变化特征。结果表明：1）不同凋落物处理对SOC含量与土壤微生物群落多样性具有显著影响（P<0.05）,DL > HL > NL > CK;2）不同凋落物处理下土壤微生物群落代谢活性和土壤微生物对碳源的利用程度具有显著差异（P<0.05）,碳水化合物类和氨基酸类是土壤微生物的主要碳源;3）不同处理的SOC含量与土壤微生物多样性具有正相关关系。双倍凋落物添加在短期内对土壤微生物多样性影响难以达到显著水平且在一定程度上对土壤微生物的代谢活性具有抑制作用,土壤微生物群落功能多样性对SOC含量具有重要影响。     

生物多样性与生态系统多功能性的关系研究进展

生物多样性与生态系统功能关系是生态学研究的热点之一,以往研究多关注生物多样性与单一生态系统功能之间的关系,然而生态系统能够同时提供多种功能和服务即生态系统多功能性(ecosystem multifunctionality, EMF),仅考虑单一生态系统功能会低估生物多样性的重要性。近年来,EMF研究的重要性受到更多重视,生物多样性与生态系统多功能性(biodiversity and ecosystem multifunctionality, BEMF)关系成为生态学研究新的热点。梳理近15年的研究发现,不同维度、不同尺度的单一或多营养级生物多样性均会对EMF产生显著的影响,并且在全球变化的背景下,自然干扰与人为干扰均会影响生物多样性与生态系统多功能性从而改变BEMF关系,EMF测度方法的差异也可能导致BEMF关系的不一致。生物多样性维度(尺度)选择的局限、不同EMF测度方法的认知差异、BEMF时空数据库的缺乏以及BEMF关系研究方法的单一等问题阻碍了BEMF关系的深入探究。未来研究应对现有测度方法进行深入比较并发展通用的新方法,深入探究多维度、多尺度生物多样性对EMF影响的综合作用。此...     

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己不显著,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.     

生态系统多功能性的指标选择与驱动因子: 研究现状与展望

全球变化和人类活动正以空前的速度在世界范围内改变着生物多样性, 这导致了全球生物多样性的锐减以及生产力的下降、病虫害的增加和抗入侵能力的减弱等生态问题。近30年来, 生态学家开始对于生物多样性的持续丧失是否以及如何影响生态系统功能的问题越来越感兴趣, 生物多样性与生态系统功能(biodiversity and ecosystem functioning, BEF)关系的研究应运而生, 并成为生态学研究的热点之一。但长期以来, 研究者更多地关注单一生态系统功能, 而忽略了生态系统能够同时提供多种生态系统功能的能力, 即生态系统多功能性(ecosystem multifunctionality, EMF)。本文综述了EMF研究中功能指标的选择、生物多样性的不同维度、微生物多样性对EMF的影响以及其他非生物因子对EMF的驱动等进展。因只考虑单一功能可能会低估生物多样性对整体生态系统功能的影响, 故生物多样性与生态系统多功能性(BEMF)关系的研究成为BEF关系研究的重点。近年来, BEMF关系的研究发展较快, 在不同生态系统(包括水生、草地、森林、旱地、农业等)、不同研究尺度(从区域到全球尺度)、BEMF关系的驱动机制(从单一驱动机制到多种驱动机制共同作用)、研究方法(包括新概念以及新的量化方法的提出和应用)等方面均取得了新的进展。但仍有不足之处, 如对于EMF研究中功能指标的选取没有统一的标准、对地下微生物多样性的关注度不够、涉及多营养级水平下的BEMF关系研究较少、驱动EMF的机制仍存在争论等。未来应加强对于功能指标选取的标准研究, 综合分析地上、地下生物多样性以及非生物因子对EMF的整体影响, 加强生态系统多服务性(ecosystem multiserviceability, EMS)方法的研究和应用。     

川西亚高山不同林龄云杉人工林土壤微生物群落结构

以川西亚高山云杉人工林林地土壤为对象,采用磷脂脂肪酸(PLFA)法研究了4种不同林龄(50、38、27和20年)的人工林土壤微生物多样性和群落结构特征.结果表明: 随着林龄的增加,土壤有机碳和全氮含量逐步增加;土壤微生物Shannon多样性和Pielou均匀度指数则呈现先增后减的趋势.土壤微生物总PLFAs量、细菌PLFAs量、真菌PLFAs量、放线菌PLFAs量以及丛枝菌根真菌PLFAs量均表现为随林龄的增加而增加.主成分分析(PCA)表明,不同林龄人工林的土壤微生物群落结构之间存在显著差异,其中,第1主成分(PC1)和第2主成分(PC2)共同解释了土壤微生物群落结构总变异的66.8%.冗余分析(RDA)表明,对土壤微生物群落结构产生显著影响的环境因子分别为土壤有机碳、全氮、全钾以及细根生物量.随着人工造林时间的延长,土壤肥力和微生物生物量增加,森林生态系统的恢复进程稳定.     

中国土壤微生物多样性监测的现状和思考

土壤微生物多样性研究是整个生态系统研究中最薄弱的环节之一。高通量测序技术和生物信息学方法的快速发展极大地促进了土壤微生物多样性监测研究的深度和广度。目前世界范围内已经开展了一些综合的微生物多样性研究计划, 如地球微生物计划。这些计划存在的主要问题是缺少动态的监测、研究方法不统一、数据整合困难等。中国土壤微生物多样性监测网(Soil Microbial Observation Network, SMON)是中国生物多样性监测与研究网络(Chinese Biodiversity Monitoring and Research Network, Sino BON)的重要组成部分, 本文中我们对该监测网的建设提出了一些思考。在监测布局上建议选择我国南北水热梯度下的森林生态系统、东西降雨梯度下的草原生态系统、典型湿地生态系统及重要农田生态系统, 同时依托现已建成的生物多样性监测网络观测点或大样地, 布设监测样点, 利用现代环境基因组学和生物信息学技术, 重点围绕土壤微生物群落和功能基因组的组成与多样性, 开展长期定点的动态监测。监测的结果将以名录、数据集或图鉴的形式发布, 包括中国典型生态系统中土壤细菌、古菌、真菌与地衣、土壤宏基因组和重要功能基因的组成和多样性等数据, 同时建设土壤生物大数据平台, 达到监测数据的储存、查询、分析、下载、成图的功能。通过土壤微生物多样性监测, 将阐明我国重要森林、草地、湿地、农田生态系统中土壤微生物组成、多样性、功能基因的时空变化特征和驱动机制, 建立土壤微生物多样性变化与生态系统功能的关系及相关的模型, 预测全球环境条件变化下土壤微生物的演变规律, 为土壤微生物多样性资源的保护和利用提供科学依据。     

青藏高原高寒草地退化对土壤及微生物化学计量特征的影响

草地是我国陆地生态系统的重要组成部分, 具有重要的生产和生态功能。过去几十年来, 受气候变化和过度放牧等因素影响, 我国90%的天然草地发生不同程度退化。草地退化打破了土壤养分平衡, 影响草地生态系统的结构和功能。该研究以青藏高原高寒草地为研究对象, 基于三江源区多点采样和整个青藏高原高寒草地的meta分析相结合的手段, 解析了表层0-10 cm土壤和微生物碳氮磷含量及其化学计量特征随不同草地退化程度(未退化、中度和重度退化)的变化规律。结果显示, 草地退化整体上降低土壤有机碳、总氮和总磷含量及其化学计量比。土壤微生物碳氮含量随着退化程度的加剧而下降, 微生物磷含量不受退化的影响。微生物碳氮磷化学计量比沿退化梯度没有显著的变化规律, 且土壤和微生物元素化学计量比之间未呈现显著相关关系。以上结果表明, 草地退化致使土壤养分化学计量关系发生显著改变, 微生物群落自身却能维持一定的养分平衡。在长时间尺度上, 基于养分平衡的土壤质量提升技术可有效地促进退化高寒草地恢复, 改善其生态系统服务功能。