土壤线虫是地下生态系统的重要组成部分,关注其群落分布、组成结构、生态功能及其与周围环境互作机制的线虫生态学研究,一直是土壤生物学研究的热点.本文系统介绍了 土壤线虫多样性高和食性多样的特点,阐述了土壤线虫作为指示生物和模式生物的优点,及其在生物防治、生态系统功能和土壤健康表征上的作用.回顾了近年来国内在土壤线虫生态学方面的研究进展,包括分子生物学鉴定方法、对全球变化的响应、食物网结构功能、地上地下多样性关系和大尺度多样性格局等.探讨了土壤线虫生态学的发展趋势,重点评述了采用高通量测序技术进行线虫分类和定量研究的前景,建立通用分析平台推广土壤线虫研究的必要性,以及加强大尺度土壤线虫调查的重要性.

分解作用是农业生态系统养分循环的重要环节,也是影响农田土壤肥力和生产力的关键过程.土地利用方式不仅显著影响了农田中的土壤微生物和线虫等小型分解者群落的结构特征,还可能改变其生态功能,进而影响分解作用.但是,农业生态系统中的生境变化如何影响了分解作用速率仍不明确,不同土地利用方式下环境因子、土壤生物群落和分解作用之间的动态关系如何也不清楚.利用"茶包指数"量化了彭州市典型农区内农田、撂荒地、经济林和杂木林四种生境下的分解速率,并调查比较了各生境下的环境因子和土壤小型分解者群落结构和功能的差异.研究结果发现杂木林和撂荒地的分解速率最快,其次为经济林和农田.有乔木覆盖的生境中土壤小型分解者的丰度相对更高,食物网趋于成熟稳定.在人为管理更频繁的农田和经济林,共生和腐生真菌的丰度显著下降,地下食物网的连通性也弱于受干扰程度低的半自然生境,但病原菌的丰度也较低.土壤细菌是调控分解速率最重要的分解者类群;生境中地上植物丰富度的增加、土壤pH、容重和含碳量的升高均有助于加快分解速率.在彭州市推行农林间作模式,增加地上生境复杂度并合理进行人为管理能够更好地维持地下食物网复杂度和连通性,促进分解作用快速、彻底地进行,对维持土壤养分和健康,提高生产力具有重要意义.

在季节性积雪地区,冬季气候变暖导致积雪变薄、积雪不连续、融雪提前及雪盖面积缩小等现象.然而相较于氮沉降、增温、降水变化等全球变化因子,目前尚缺乏积雪因子对陆地生态系统过程和功能影响的系统报道.为加深人们对积雪特征变化生态后果的认知,综述了积雪深度和融雪时间变化对植被物候和群落组成、凋落物分解、土壤碳氮过程、温室气体排放和土壤微食物网(土壤动物和微生物)的影响.由于模拟积雪变化手段不同和复杂的气候、土壤背景,生态系统各要素对积雪特征变化的响应规律存在较大的分异和不确定性.例如,在未来气候变暖导致积雪变薄和融雪提前情景下,植被物候提前,生长季延长,导致生产力增加和凋落物数量增加,禾草比例减少导致凋落物质量增加,早春温度高刺激微生物活性,凋落物分解速率高,促进土壤碳氮周转过程.但积雪减少和融雪提前导致的早春低温和夏季干旱也可能引起植被生产力下降,凋落物数量减少质量降低,土壤微生物活性低,分解速率低,从而减缓碳氮周转过程.此外,积雪特征变化对植被特征和土壤碳氮过程影响相关研究目前还存在以下问题:1)积雪深度和融雪时间对生态系统的影响是否存在交互效应仍缺乏关注,且积雪变化对后续生长季是否存在持续效应也不明确;2)积雪因子对植被、土壤碳氮动态过程和土壤生物的影响,各生态要素研究相对较为独立;3)积雪变化引起对土壤地化循环过程影响的微生物驱动机制缺乏组学数据支撑;4)缺乏遥感手段反演各类影响生态系统功能和过程的积雪参数.应加强植被群落-土壤碳氮过程-土壤微食物网生态关联研究、基于基因组学的土壤微生物群落组成和生态功能研究和遥感相关技术研究,以期为发展积雪生态学提供参考.

土壤微食物网生物是影响土壤养分循环的重要驱动因素,其对植物生长和土壤养分的影响大于广受关注的土壤微生物.通过土壤生物添加实验,对比分析了在土壤微食物网生物添加、土壤微生物添加和灭菌土壤三种处理条件下,湿生草本植物小星穗薹草的生物量、形态和生理性状以及土壤养分含量等指标,以探究土壤微食物网生物和土壤微生物对植物生长和土壤养分的差异性影响.结果表明,土壤微食物网生物对植物的促进作用显著大于土壤微生物的作用.土壤微食物网生物未改变植物的根系性状,而土壤微生物使植物的根系形态发生明显改变.不同土壤生物添加处理的土壤有效养分含量也存在显著差异.该研究证明了土壤微食物网生物更有利于植物生长.研究结果为深入认识土壤微食物网生物对植物生长和土壤养分周转的重要性、推动植物与土壤生物相互作用过程和影响机制研究提供了新视角和可靠数据.

土壤微生物组在养分循环和土壤生态系统功能的维持中具有至关重要的作用.氮素是植物生长过程中关键的限制性营养元素,而大气中的非活性氮却无法被植物直接吸收利用.我国农业主要通过施加尿素补充土壤氮素营养,提升作物产量.细菌和真菌是土壤微生物组的重要类群,土壤细菌与真菌群落结构对尿素添加的响应近年来备受重视并被深入研究,本文综述了施用尿素对土壤细菌与真菌多样性的影响及其机理的研究进展.大量研究表明,施用尿素通过影响土壤和植物调节土壤细菌与真菌多样性和组成;施用尿素降低农田(除水稻田、水稻-小麦田)土壤细菌多样性的阈值为200 kg N·ha-1·yr-1,小麦田土壤真菌多样性降低的阈值低于细菌多样性阈值,水稻田或水稻-小麦轮作田土壤细菌多样性对尿素响应的阈值要高于其他农田类型;施用尿素增加富营养类群细菌,减少寡营养细菌类群,增加腐生真菌与病原真菌的相对多度,降低菌根真菌的相对多度.展望土壤微生物组的进一步研究,强调未来研究要多关注土壤中食物网的重要性,并指出设计平行引物及利用多组学方法研究土壤微生物是未来研究的重点之一.

土壤微食物网是碎屑食物网中与土壤生态过程密切相关的一部分,通过取食资源基质直接或间接地参与养分循环过程,影响陆地生态系统功能.本文从土壤微食物网的组成、结构和生态功能等方面综述了近年来土壤微食物网的研究进展.通过对土壤微食物网的能量通道及营养级联效应的介绍,阐述了土壤微食物网在碳(C)、氮(N)转化、凋落物分解和植物生长等方面的重要作用.针对目前的研究现状,提出未来土壤生态学研究应与高通量测序及稳定同位素技术相结合;通过构建模型进一步加强对土壤食物网结构和功能的研究,从而深入揭示地下生态过程及其对地上植物生长的反馈作用机理.

土壤是由固体、气体和液体三相组成的复杂系统,在垂直和水平结构上都存在着不同尺度的空间异质性(Ettema&Wardle,2002),个体大小不同的各种生物在土壤空隙和液相中活动(Crawford et al,2005;RitZ,2011).土壤生物包括土壤微生物和土壤动物,它们通过食性关系构成错综复杂的土壤食物网.土壤食物网就像是一个“超级有机体”,在有机质分解、养分转化、污染治理等过程中,各种生物分工合作并协同进化(Fu et al,2000).

土壤线虫生态学主要探讨土壤线虫群落和其周围环境(包括生物和非生物)的相互关系,包括不同生态系统中土壤线虫群落的分布和结构组成、线虫群落与土壤环境及其他土壤生物之间的相互作用等.本文回顾了我国研究者近年来在土壤线虫生态学研究领域的研究现状,包括不同生态系统土壤线虫群落的分布、组成和多样性及其影响因素,土壤线虫群落与全球气候环境变化的关系,土壤线虫群落的生态功能以及土壤线虫群落生态学分析方法的发展及应用.重点评述近年来我国土壤线虫生态学的发展现状,同时分析和比较了国内外土壤线虫生态学的发展态势,提出建设全国范围的监测网络的重要性.未来我国土壤线虫生态学的发展方向应继续加强小尺度下土壤微食物网联通性和大尺度下全球气候变化对土壤线虫群落影响的研究以及加强相关新的研究技术方法的应用.

三氯生(2,4,4'-三氯均二苯脲,triclosan,TCS)是环境中应用最为广泛的新兴外源性污染物之一,可强烈地吸附在土壤、沉积物、胶体中.TCS具有生物蓄积作用,在生物体内的富集浓度远超过在水、土壤等环境中的浓度,并且可通过生物富集作用进入食物链.本实验以斑马鱼(Danio rerio)胚胎为模型,探讨不同浓度的TCS暴露对斑马鱼胚胎、幼鱼发育的影响.结果 发现,TCS暴露对斑马鱼胚胎和幼鱼具有较强的致畸、致死效应.为了进一步了解TCS对斑马鱼眼部超微结构的影响,将其眼部电镜切片放在透射电镜下观察.结果 显示,TCS暴露后斑马鱼幼鱼眼部感光细胞外节盘数量明显减少,外网状层及内网状层较对照组明显变薄且空泡化严重,外核层细胞核固缩现象严重甚至部分细胞核出现溶解的现象.实验结果表明TCS暴露对斑马鱼幼鱼眼部发育有潜在的毒性作用,这可为进一步探讨TCS对人体潜在的毒性作用提供科学、可靠的依据.

综述了主要陆地生态系统(草原、农田和森林)土壤线虫群落对氮沉降增加的响应格局和机制.总体上,氮沉降增加对线虫数量一般无显著影响,但增加了土壤中富集机会主义者(即低营养级的r-策略者)数量,降低了线虫群落成熟度指数(MI),表明氮沉降增加可能会使土壤食物网简化.氮沉降增加主要通过改变土壤微环境(如增加含氮离子浓度、降低土壤pH)直接影响土壤线虫群落,或者改变植物地上地下资源的输入和线虫与其他土壤动物的关系,间接影响线虫群落.最后,根据目前研究现状,指出了当前研究存在的局限性,包括研究时间和空间尺度上以及研究技术手段上的局限.建议综合多个全球环境变化因子,并结合室内试验及分子手段的方法对土壤线虫群落进行研究.