气候变化背景下土壤微生物与植物物种多样性关联分析

气温升高和大气氮沉降是全球气候变化的两种重要情景,其变化将导致植物物种多样性和土壤微生物多样性的改变。对植物物种多样性而言,气候变暖和大气氮沉降增加对其影响表现为直接影响(通过改变植物物候期、影响植物分布及群落组成)和间接影响(通过影响植物生长的环境因子和土壤理化性质)。对土壤微生物多样性而言,气候变暖和大气氮沉降主要改变微生物的土壤环境、微生物种类和数量,直接或间接地影响其多样性。此外,在对全球变暖和氮沉降的响应方面,植物物种多样性和微生物多样性存在关联,即全球变暖和氮沉降通过改变植物物种多样性而影响土壤微生物多样性,微生物也将通过种间关系反作用于植物物种多样性。本文根据气候变化对栖息地环境的影响,选择温度和大气氮沉降这两种指标,探讨植物物种多样性和土壤微生物多样性对气候变化的响应,分析植物物种多样性和土壤微生物多样性之间的内在关联,旨在为植物和微生物多样性保护提供参考。     

北方森林细根对氮沉降和二氧化碳浓度升高的响应

北方森林是全球第二大生物群区,约占全球森林面积的30%,尽管其细根生物量仅占森林生态系统很小的一部分,但其周转率更快,更易分解,因此,其对土壤碳循环和大气CO_2通量贡献很大。笔者综述了氮沉降和CO_2浓度升高的背景数据,总结了细根对二者变化的响应,主要从细根的形态特征、解剖结构和生理功能方面入手,探讨了其对氮沉降和CO_2浓度升高的响应。结论如下:(1)大气氮沉降量一直处于上升状态,与人类活动密切相关的有机氮量所占比例逐渐加大,而无机氮中NH_4~-N和NO_3~-N的变化趋势表现不同;(2)大气CO_2浓度一直呈上升趋势,细根形态特征、解剖结构和生理功能对其表现出明显的响应;(3)树种、年龄、土壤类型等都会改变细根形态、解剖结构和生理功能对氮沉降和CO_2浓度升高的响应结果,但改变的程度不同。研究结果可为北方森林乃至温带森林生态系统功能对氮沉降和CO_2浓度升高的响应提供参考依据和数据支持。     

基于土壤微生物的碳氮互作效应综述

土壤微生物在养分循环中起着至关重要的作用,可为陆地生态系统能量流动提供动力。碳(C)、氮(N)元素是构成生物基本骨架和能量代谢最基本的元素,其循环关系到生物生长和生态系统的稳定性。在陆地生态系统中,土壤微生物C、N元素有着明显的相互作用,环境中C、N浓度的变化会促使其发生变化,进而导致微生物群落结构和生物功能改变。笔者从CO2浓度升高、黑碳添加和N沉降加剧出发,总结了环境条件变化对微生物C、N的影响;分析了现实环境背景下土壤微生物C、N的相互作用,探讨微生物C、N的内在联系,为微生物C、N耦合及生态系统C、N耦合提供参考依据。并提出,今后在气候变化对土壤微生物影响的研究中,应当根据地域和时空的差异建立多个研究模型,深入研究微生物C、N与环境中C、N的关系,注重生态系统C、N耦合的同时,也要注重微生物与其他生物之间,特别是与植物之间的C、N耦合。     

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,对植被的生长发育和群落结构的演替具有重要作用。本文通过植物类型、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。     

陆地生态系统有机碳储量和碳排放的研究进展

陆地生态系统土壤有机碳储量和土壤呼吸的微小变化,会引起大气CO2浓度的巨大变化以及全球碳循环的明显改变,从而引起全球气候的巨大变化。提高SOC储量、减少土壤CO2排放对减缓大气CO2浓度升高具有重要意义。笔者根据国内外文献数据资料,综合分析陆地生态系统土壤有机碳储量和土壤呼吸的研究进展,并对最近土壤呼吸影响因素的研究热点因子,如土壤温度、土壤水分、大气降水和耕作等进行分析讨论,指出陆地生态系统碳循环研究中应重点加强土壤呼吸的机理、土壤呼吸影响因素、土壤呼吸模型、土壤固碳措施、减排对策的研究。     

植物根际分泌物与土壤微生物互作关系的机制研究进展

为揭示植物与土壤微生物之间互作关系的途径与机制,综述了根际有益微生物对植物生长发育的促进作用以及植物根际分泌物对土壤微生物的影响这2个方面的研究进展,主要分述了根际促生微生物PGPM对植物生长发育的促进作用;生防微生物BCA对植物生长发育的促进作用;根系分泌物的组成;根系分泌物的功能;根系分泌物影响土壤微生物的途径等方面的内容。指出植物与土壤微生物之间互作关系机理的研究还不够深入,对PGPM菌株的筛选和适应能力的研究,生防微生物的生态适应性及对靶标病原菌的作用机制研究,对根系分泌的分离鉴定方法的优化及化感作用途径等需要更深入探究。今后应加大现代分子生物学技术在相关研究中的应用,将分子生物学技术与传统培养方法相结合,进一步揭示植物与土壤微生物之间的互作关系。     

气调贮藏对大蒜鳞茎贮藏特性与品质的影响

以采收后的大蒜鳞茎为试材,固定O2浓度3.5%,研究CO_2浓度5%~14%梯度下气调贮藏对大蒜鳞茎贮藏特性与品质的影响。结果表明,CO_2浓度不高于11%时能够有效保持大蒜鳞茎水分含量,CO_2浓度达14%则加速水分散失;各处理大蒜鳞芽的腐烂率和芽瓣比均呈升高趋势,以CO_2浓度5%处理大蒜鳞芽的腐烂率最低;可溶性糖含量呈先升高后降低趋势;游离氨基酸含量持续上升,且CO_2浓度越大,游离氨基酸含量越高;大蒜辣素含量与蒜氨酸酶活性均呈下降趋势,CO_2浓度高于8%时则显著抑制蒜氨酸酶活性。综合分析认为,3.5%O2+5%CO_2+91.5%N2为大蒜鳞茎较优的气调贮藏参数,该条件能够保持鳞茎良好的贮藏特性和品质。     

生物炭对土壤微生物影响的研究进展

生物炭的施用改变了土壤的理化性质，刺激了土壤微生物的活动，从而影响土壤质量和植物生长。通过研究生物炭对土壤微生物的影响，可以更好地理解生物炭与土壤以及植物之间的相互作用具有重要的意义。然而，生物炭对土壤特性的研究比较多，但对土壤微生物的研究比较少。本文主要从以下几个方面进行相关介绍：（1）生物炭施用对土壤理化性质的影响；（2）生物炭施用对土壤微生物生长的影响；（3）生物炭施用对土壤微生物群落多样性的影响；（4）生物炭施用对土壤微生物酶活性、微生物活性和生态功能的影响。主要论述了生物炭对土壤微生物的研究进展，并对其应用前景进行了预测，为中国农田生态系统的建设和发展奠定了基础。     

瞬时CO2浓度变化对杏属植物光合生理影响研究

为探讨CO2浓度瞬时变化对杏碳同化能力、水分利用能力的影响,进一步了解杏属植物在未来大气CO2浓度升高和全球变暖情况下的生长潜力和生态优势。作者利用Li-6400便携式光合测定仪对15个2年生杏品种进行瞬时CO2浓度倍降和倍升处理的光合参数测定。结果表明,瞬时CO2浓度变化显著影响杏属植物光合作用,在瞬时CO2浓度升高情况下,最大净光合速率(Amax)升高,呼吸速率(Rd)下降,光补偿点(LCP)降低,表光量子效率(AQY)提高,水分利用效率(WUE)显著增强,但光饱和点(LSP)变化不显著,不同品种Gs和Tr反应有一定差异。适当增加CO2浓度能提高杏属植物对弱光和水分的利用能力,促进光合作用,增加同化物积累,加速碳素循环。     

探究土壤微生物对植物生长的影响

土壤微生物与植物的生长具有十分密切的关联,并产生了稳定的生态系统。两种不同的物质间相互影响、互相促进产生良性循环,为植物更好的生长提供了有利的条件。相关人员对土壤微生物的重要性形成有效认识,并能深入探究其对植物生长的具体影响。从3个方面进行了详细阐述,即土壤微生物对植物根际分泌物的影响、土壤微生物对植物腐殖酸形成的影响、土壤微生物对植物激素生成产生的影响。基于此,可帮助农业领域更好的种植植物,提供更客观的参考依据。     

大气CO_2倍增条件下冬小麦气体交换对高温干旱及复水过程的响应

探究大气CO_2浓度倍增条件下冬小麦气体交换参数对高温干旱及复水过程的生理响应机制,有助于提高生态过程模型的模拟精度,更加准确地预测全球气候变化对农田生态系统初级生产力及其生态服务功能的影响。利用4个可精准控制CO_2浓度和温度的大型人工气候室,研究了CO_2浓度倍增条件下高温干旱及复水过程对冬小麦气孔特征和气体交换参数的影响。结果表明, CO_2浓度倍增(E)导致冬小麦远轴面气孔密度增加、气孔宽度减小、气孔空间分布规则程度降低,但提高叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和水分利用效率(WUE)。高温干旱(HD)使叶片气孔长度、密度、周长和面积减小,导致叶片气体交换参数均显著下降。然而,高CO_2浓度及高温干旱(EHD)导致气体交换参数下降幅度相对较小,表明高CO_2浓度对高温干旱具有一定的缓解作用。此外,干旱复水后,不同处理条件下冬小麦叶片气体交换参数均有所升高,但高温干旱下叶片的气体交换参数仍未能恢复到对照水平,暗示光合器官可能在高温干旱时遭到损伤和破坏。     

北京地区粮堆表层温度、水分、气体监测数据分析

选择了北京地区储藏小麦、稻谷和玉米3个粮种共5个仓,针对易出问题的粮堆表层,对温度、粮食水分、CO_2气体以及霉菌和害虫生长,开展为期1年的实仓跟踪监测试验,研究实际粮堆中温度、水分、CO_2浓度与虫霉危害的关系。研究结果表明,粮堆表层温度受环境影响较大,无法检测虫霉危害的发生。粮食自身呼吸不会导致开放式粮堆表层CO_2浓度明显升高。当CO_2浓度明显升高时,可以确定粮堆安全出现异常状况,可能出现霉菌或害虫生长,也可能是虫霉协同共生,需采取其它简单快速的检测方法加以区分确认,以便于后续采取措施。由于气体有扩散性,实际仓储过程中,CO_2浓度量值和变化幅度受霉菌或害虫生长速度以及仓房密闭性等多个因素的影响。     

草地硝化,反硝化微生物功能群研究进展

在全球气候变化的背景下,对于草地土壤中氮素循环的研究更加迫切和重要。温室气体氧化亚氮（N2O）在土壤中主要来自硝化反硝化过程,都由相应地微生物功能群所驱动。为了揭示土壤N2O产生的微生物机制,笔者从近年来草原硝化、反硝化过程相关微生物功能群入手,归纳了全球不同草原生态系统中硝化反硝化微生物功能群的数量,组成及相应的影响机制和地理格局,总结了N2O产生过程的研究进展,分析指出了未来草地土壤微生物研究的热点方向,并对草地N2O产生的微生物机制研究做出了展望。     

草地硝化和反硝化微生物功能群研究进展

在全球气候变化的背景下,对于草地土壤中氮素循环的研究更加迫切和重要。温室气体氧化亚氮(N_2O)在土壤中主要来自硝化反硝化过程,都由相应地微生物功能群所驱动。为了揭示土壤N_2O产生的微生物机制,笔者从近年来草原硝化、反硝化过程相关微生物功能群入手,归纳了全球不同草原生态系统中硝化反硝化微生物功能群的数量,组成及相应的影响机制和地理格局,总结了N_2O产生过程的研究进展,分析了未来草地土壤微生物研究的热点方向,并对草地N_2O产生的微生物机制研究做出了展望。     

外源碳氮对植物生态化学计量特征的影响研究进展

为了了解全球二氧化碳（CO2）浓度升高和人为N沉降加重的环境条件对植物养分状况的影响,笔者分析了森林植物的碳（C）、氮（N）、磷（P）含量以及生态化学计量比对于外源C、N及其交互作用响应的国内外文献数据。分析结果表明：1）CO2浓度升高将提高植物对C的吸收,降低植物N含量,导致植物的C：N在大部分试验中表现为增加趋势,外源C、N对植物P含量的影响结果不一,从而使N：P在不同的试验中结果不同;2）短期人为N沉降会增加植物的C、N含量,降低P含量,植物的C：N有所降低,而N：P却呈升高趋势;3）在CO2和N沉降二者交互作用下,植物N、P含量及其化学计量比的变化可能会出现“中和反应”,在不同的试验可能会表现出升高、降低或不变的趋势。CO2浓度升高和大气N沉降加重呈现出越来越明显的趋势,对生态系统结构和功能的影响也逐渐成为国内外生态学家研究的热点。本研究可为深入探讨外源C、N增加条件下的生态系统养分循环和生态化学计量特征提供参考依据,以便更好的提出CO2浓度升高和N沉降加重的大气背景下植物生长的应对策略。     

量天尺东北越冬六要

一股股绿色风在绿了荒山、绿了城市以后,又飘然吹进了人们的居室。在家中营造一个绿色氧吧,是很多人的梦想。但怎样选择绿色植物却颇有学问。除了株型、花色之外,您知道还要考虑植物吸收CO_2(二氧化碳)的方式问题么? 不同种类的植物有着不同的碳循环方式。多数植物在白天吸收CO_2,释放O_2(氧气),而夜间吸收O_2释放CO_2。一般大气中的CO_2浓度为0.035％,而城市上空则达到了0.05％～0.07％,如果人们长期生活在CO_2浓度高于0.05％的环境中就会感到郁闷。经测算,每千克植物在夜间进行暗呼吸,平均每小时放出1毫克CO_2,假设一个居住面     

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     

植物覆盖对蕉园土壤微生物群落功能多样性的影响

蕉园地表裸露造成土壤肥力下降是阻碍香蕉产业可持续发展的重要因素之一。植物覆盖是缓解蕉园土壤肥力下降的有效措施,土壤微生物群落功能多样性能够敏感反应土壤的质量变化,是土壤质量变化的重要衡量指标。本研究以香蕉园常规种植方式（行间地表裸露）为对照,以行间自然生杂草覆盖和人工种植大翼豆[Macroptilium atropurpureum (DC.) Urb.]覆盖为处理,利用微生物Biolog鉴定技术研究植物覆盖措施对蕉园土壤微生物功能多样性的影响。结果表明：不同植物覆盖处理下,蕉园土壤微生物对碳源的利用能力有显著差异,结果表现为大翼豆覆盖(CP)>自然生杂草覆盖(NW)>无覆盖(CK)。与行间地表裸露对比,植物覆盖显著(P<0.05)提高了蕉园土壤微生物的Richness Index、Shannon-Wiener和Simpson指数;蕉园土壤微生物对糖类、氨基酸类和羧酸类的利用率高,其中自然生杂草覆盖下土壤微生物偏向利用羧酸类碳源,大翼豆覆盖土壤微生物偏向利用糖类及氨基酸类碳源。不同覆盖植物对土壤微生物功能多样性影响差异显著,大翼豆覆盖较自然生杂草更能改善土壤微生物群落多样性,在蕉园裸露行间人工种植大翼豆的方法可有效减轻土壤退化程度,以植物多样性促进土壤微生物多样性的提高,可促进香蕉园土壤健康可持续利用。     

作物种植模式对土壤微生物和农田有害生物的影响

土壤是联系地上和地下生态系统的纽带,土壤微生物在土壤养分循环和作物吸收中起关键作用,被称为土壤质量的指标。土壤微生物通过分解土壤有机物,促进养分循环利用,并调控植物生长发育,随着现代农业种植结构的变化,特别是种植制度的改变,地上植物种类和生长状况常常影响土壤中微生物的群落结构和多样性,调控着作物生长发育,农田有害生物的发生,而影响农作物生产。综述了现代农业中几种主要种植模式,如轮作、连作和覆盖等对土壤微生物群落结构及与农作物有害生物的影响,强调科学合理选择种植模式的重要性,最后,讨论了这些种植模式有待深入研究的一些关键问题。     

酵素菌对温室红椒生长发育和根际土壤环境的影响

为给解决温室红椒连作障碍提供理论依据,研究了酵素菌处理对温室红椒生长发育和产量品质、根际土壤微生物群落和土壤酶活性的影响。结果表明,温室土壤中微生物群落和土壤酶活性的变化均随酵素菌处理浓度增加而增加。2%浓度的酵素菌处理效果最显著,较对照增加土壤中细菌数量1.6×106 cfu/g,增幅达1.6%;放线菌数量增加9.5×103 cfu/g,增幅达8.8%;微生物总量增加1.60×106 cfu/g,增幅达1.6%;B/F值增加1.25倍;真菌数量减少1.60×104 cfu/g,降幅达18.5%。酵素菌处理对土壤酶活性的影响趋势与土壤微生物一致。2%浓度的酵素菌处理效果最显著,其土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性分别为2.68 mg/g(NH3-N)、1.85 mg/g(Phenol)、5.25 mg/g(Glucose)和6.42 mL/g(KMnO4),较对照提高74.0%、76.2%、49.6%和32.1%。此外,酵素菌降低了红椒果实中纤维素含量,增加辣椒素、Vc、可溶性糖和可溶性蛋白含量以及产量。其中,尤以2%浓度的酵素菌处理效果最佳。因此,酵素菌处理有利于改善温室红椒根际土壤微生物群落结构,增加土壤有益微生物数量和土壤酶活性,促进红椒生长发育,改善品质并提高产量。