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.

在全球气候变化的影响下,干旱和半干旱地区的降水格局呈现出降雨强度增加、降雨频率减少但降雨总量不变的趋势.大气氮沉降作为另一个全球气候变化的重要因子,沉降速率逐年加剧,显著影响生态功能及过程.线虫是陆地生态系统中最主要的土壤生物,参与多种地下生态过程.线虫群落的多样性尤其是功能、系统发育多样性如何对降水格局的改变做出响应,以及氮沉降如何调节这些响应,目前仍不清楚.本研究利用中国科学院植物研究所多伦恢复生态学试验研究站长期模拟降水格局改变及氮沉降添加试验平台,开展了5个降雨强度(2 mm、5 mm、10 mm、20 mm、40mm)处理和氮添加(10gN·m-2·yr-1)对土壤线虫分类、功能和系统发育多样性的影响研究.结果表明,降水强度较强但频率较低可以提高线虫的分类α多样性、功能α多样性、系统发育α多样性;同时降低了分类β多样性和系统发育β多样性.然而,氮添加降低了中高强度降水处理下线虫的分类α多样性、功能α多样性、系统发育α多样性,同时提高了分类β多样性、功能β多样性和系统发育β多样性.土壤含水量和土壤微生物量碳含量是影响线虫功能及系统发育多样性的主要因素.本研究结果表明,由于全球气候变化,未来几十年降雨强度的增加可能有利于干旱和半干旱生态系统中的土壤线虫功能多样性和系统发育多样性.然而,在氮沉降严重的地区,这种正效应可能会被氮沉降导致的土壤环境的恶化所抵消.

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.

土壤动物多样性地理分布及其生态功能研究己成为地学和生态学等领域共同关注的科学前沿.本文在介绍相关研究最新进展的基础上,讨论己有研究的局限性或不确定性,展望未来研究的重点方向.近10年来,代表性土壤动物类群的全球分布研究取得突破性进展;国内土壤动物研究的尺度和采样区域也有明显拓展,尤其在蚯蚓和线虫相关研究上取得了系列成果.结果表明,土壤动物多样性随纬度的变化模式主要有两种,即在低纬度的热带最高或在中纬度的温带最高;而土壤动物多度与多样性可能同步变化、无明显关系、截然不同甚至相反;降水、植物生产力和土壤有机质是土壤动物分布格局的关键驱动力,但它们的影响力因土壤动物类群不同而异.土壤动物具有改善土壤物理结构、促进养分循环和有机碳稳定、提高作物健康水平等多重功能;土壤动物的多功能性评估方兴未艾,但仍面临诸多挑战.简单分析土壤动物随经纬度等的变化规律存在较大局限性,考虑在基于地质-生态历史及"经纬度-海拔-离海岸距离"等构建的多维时空框架内,探究土壤动物分布特征及其驱动力.土壤动物分布格局对其潜在的生态功能有关键影响,但是目前对土壤动物分布格局的预测和模拟仍主要依靠经验模型;代谢生态学等理论在土壤动物群落研究中的应用值得关注.探究分类多样性的冗余机制,突出功能多样性,可以将生物多样性与生态功能更好地联系起来;同时,需要在特定条件和时空下,从整个土壤食物网及其与植物的联系中理解土壤动物多样性与多功能性的联系.建议未来关注两个研究方向:(1)量化人类活动和气候变化给土壤动物多样性和生态功能带来的巨大不确定性;(2)完善土壤动物群落特征预测的理论框架和开展土壤动物群落的精准调控,综合评价其多功能性,进而将土壤动物与人类福祉更紧密地联系起来.

土壤线虫多样性是土壤生态学研究的热点之一,然而对土壤线虫群落组成及多样性的研究通常受到分类学和方法学的限制.当前,分子生物学技术的快速发展丰富了我们对土壤线虫多样性的认识,但也存在一定的局限性.本文综述了常用分子生物学技术如变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)、末端限制性片段长度多态性分析(terminal restriction fragment length polymorphism,T-RFLP)、实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,qPCR)和高通量测序(high-throughput sequencing,HTS)技术近年来在线虫多样性研究中的应用,重点从土壤线虫DNA提取方法、引物和数据库的选择、高通量测序技术和形态学鉴定结果的比较等方面阐述了高通量测序技术在线虫多样性研究中的优势与不足,并提出选择合适的线虫DNA提取方法结合特定引物和数据库进行注释分析,仍是今后使用高通量测序技术开展线虫多样性研究的重点.当研究目标是土壤线虫多样性时,优先推荐富集线虫悬液提取DNA的方法,因此,研究人员应根据具体目标选择最优组合开展实验研究.