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.

为了解青藏高原高寒森林土壤线虫对海拔及林隙的响应,选取藏东南色季拉山急尖长苞冷杉林为研究区,采用高通量测序技术分析森林内不同海拔和林隙下土壤线虫群落差异.结果表明:在研究区的急尖长苞冷杉林中,土壤线虫多样性随海拔降低而增加;林隙的线虫多样性略高于林内,但差异不显著;海拔变化显著改变土壤线虫群落结构,但林隙与林内线虫群落结构较为相似;刺嘴纲(Enoplea)和三矛目(Triplonchi-da)在该森林的中海拔(4292 m)占比最高;土壤含水量、磷含量(包括全磷和有效磷)和镍含量是影响土壤线虫多样性的主要因子,林隙导致的土壤重金属及养分变化则是影响土壤线虫群落结构的关键因子.

土壤线虫对高寒草甸生态系统功能有重要的指示作用,植物功能群丧失对土壤线虫群落的影响尚不清楚.本研究在青藏高原东部的高寒草甸生态系统中设置对照、保留豆科、保留禾状草、保留非豆科杂类草和去除所有植物功能群5个处理的地上部植物功能群去除实验,以探究植物功能群损失对土壤线虫群落的影响.结果显示:(1)去除植物功能群地上部对植物根系生物量和土壤线虫总密度影响不显著.(2)去除植物功能群地上部对线虫不同营养类群相对丰度影响显著.保留豆科处理下,食细菌线虫相对丰度整体最高,而植物寄生线虫相对丰度最低;保留杂类草处理下,植物寄生线虫相对丰度整体最高,而食细菌线虫相对丰度最低.(3)非度量多维尺度分析(NMDS)结果表明,去除不同植物功能群会导致土壤线虫类群产生差异,对土壤线虫群落结构产生显著影响.

20世纪80年代后期青藏高原进入暖湿时期,为探明青藏高原东缘气候暖湿化对高寒草甸土壤线虫群落的影响,2020年5月作者在四川西北阿坝藏族羌族自治州红原县境内设置了对照(CK)、增水50％(P50)、增温2℃(T2)、增水50％增温2℃(P50+T2)4种处理.2022年9月,对各处理样地的线虫群落组成、密度、多样性和营养类群,以及植物群落盖度、物种数、土壤理化性质进行调查.采用单因素方差分析和t-检验比较不同处理对土壤线虫群落的影响,并用冗余分析和相关性分析探索线虫群落与土壤理化性质和植物群落特征之间的关系.结果表明:(1)与对照相比,P50处理中线虫群落密度和多样性增加,但不显著;T2处理中螺旋属(Helicotylenchus)、类双胃属(Diplogsteroides)等37个属消失,群落密度、类群数和Shannon多样性显著降低,优势度显著增加;P50+T2处理中0-10 cm和10-20 cm土层的线虫密度分别显著增加和降低;(2)P50处理使0-10 cm土层的食真菌线虫、植物寄生线虫和捕食-杂食线虫密度增加,食细菌线虫密度下降;T2处理使0-10 cm土层各营养类群密度均下降,但植物寄生线虫和捕食-杂食线虫下降幅度大于食细菌线虫和食真菌线虫,使食细菌线虫和食真菌线虫的相对密度增加;P50+T2处理使0-10 cm土层食真菌线虫密度显著提高,10-20 cm土层食细菌线虫和植物寄生线虫密度显著降低;(3)线虫群落密度和多样性均与土壤湿度和植物盖度呈正相关,与硝态氮呈负相关.以上研究结果表明,不同类群线虫对水热变化的响应存在差异,增温对高寒草甸表层土壤线虫群落密度和多样性不利,而增水及水热同步增加有利于提高线虫群落密度.

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.

地上植物资源向地下部输入被认为是调控土壤生物群落的关键因素,因为植物是几乎所有土壤生物的主要能量来源.然而,关于植物凋落物特性和多样性如何影响土壤微生物和微型动物的多样性和群落仍然知之甚少.本研究以土壤细菌和线虫为研究对象,通过盆钵试验,设置单一添加不同热带森林优势植物种凋落物,以及构建不同种凋落物混合的多样性梯度(1种、2种、4种和7种),探究不同植物凋落物本身特性及多样性对土壤细菌和线虫群落的影响.结果显示:(1)凋落物添加显著提高了土壤碳、氮、有效磷、有效钾含量,并显著增加了土壤pH值.(2)与对照处理(不添加凋落物)相比,添加单一植物种凋落物降低了细菌和线虫多样性.(3)与对照处理相比,单独添加不同植物种的凋落物对细菌和线虫群落均有显著影响.然而在不同凋落物添加处理之间,只有望天树凋落物处理与其他处理间细菌群落具有显著差异,其余处理间细菌和线虫群落差异均不显著.(4)凋落物多样性会显著影响细菌和线虫多样性及群落组成,具体表现为细菌和线虫多样性随凋落物多样性梯度增加而增加.相较于低的凋落物多样性处理(CK、1种、2种),高多样性条件下(4种和7种)细菌和线虫群落相似度更低.上述研究结果表明地上凋落物多样性不仅会直接影响土壤微生物群落,还将通过级联效应影响更高营养级别的土壤动物群落.研究结果对于深入理解植物与细菌和线虫多样性及群落的关系、热带森林中土壤养分斑块的聚集效应、生物多样性的维持机制,以及全球变化背景下植物多样性丧失对土壤生态系统的潜在影响等方面都提供了重要的理论参考价值.

为了查明青藏高原地区建植多年生禾本科人工草地对土壤线虫群落的影响及土壤线虫群落随人工草地建植年限增加的变化趋势,以川西北红原县2018年建植的垂穗披碱草样地(Elymus nutans)和老芒麦样地(Elymus sibiricus)为研究对象,以天然草地(Natural grassland)为对照,于2018-2020每年9月对土壤线虫群落、植被和土壤因子等进行连续监测.研究共分离到土壤线虫38470条,隶属于2纲8目65科172属,平均密度2482条/100g干土;食细菌线虫是研究样地的主要营养类群.垂穗披碱草和老芒麦样地的土壤线虫群落组成结构与天然草地间存在明显差异,但差异性随建植年限增加逐渐降低.线虫群落密度和多样性指数在垂穗披碱草、老芒麦和天然草地间均无显著差异.随建植年限增加,土壤线虫群落密度显著上升,Pielou指数显著下降,丰富度和Shannon指数无显著变化;植物寄生线虫密度和比例在第2年显著增加,并成为优势营养类群.线虫群落生态指数在不同草地类型间无显著差异,但垂穗披碱草和老芒麦样地的线虫基础指数随建植年限增加先增加,在第3年时显著降低(P＜0.05).冗余分析(RDA)与回归分析结果表明,植物群落盖度及根系的全钾、粗脂肪和粗纤维含量是影响土壤线虫群落组成结构、密度及生态指数的主要因子,其中线虫群落密度与根系的全钾和粗脂肪含量呈正相关关系,与粗纤维含量呈负相关关系.高寒地区多年生禾本科人工草地的根系营养物质含量是影响土壤线虫群落的重要因子.

土壤线虫是土壤食物网结构和功能的重要指示生物,研究降水变化对高寒草甸土壤线虫群落的影响可以了解高寒草甸地下食物网结构和功能对气候变化的响应.2015 年 12 月在川西北高寒草甸设置了 3 个减水处理(-90%、-50%、-30%)、1 个自然降水(CK)和 1 个增水处理(+50%)共 5 个降水梯度的实验,各梯度对应的年降水量依次为 88 mm、442 mm、618 mm、883 mm和1325 mm左右.2020 年9 月对各处理样地的土壤线虫群落、植物和土壤环境因子进行了调查,用Baermann法分离土壤线虫,并对土壤线虫的群落组成结构、密度、多样性和生态指数等进行了分析.结果表明:(1)随年降水量的增加,土壤线虫群落组成结构和密度发生显著变化,多样性指数无显著变化;食真菌线虫相对密度显著降低,而植物寄生线虫相对密度显著增加;(2)当年降水量小于 442 mm时,线虫群落密度及各营养类群线虫密度均显著下降;年降水量大于 442 mm时,食真菌线虫密度显著下降,植物寄生线虫密度显著增加,以食细菌和食真菌线虫为主的营养结构转变为以食细菌和植物寄生线虫为主;(3)当年降水量大于 883 mm时,土壤线虫群落密度无显著变化,但 0-10 cm土层的通道指数小于 50,土壤有机质的细菌分解途径功能得到增强,不利于土壤碳及养分累积;(4)年降水量变化及其引起的土壤含水量、全氮和pH变化是影响土壤线虫群落的主要因子.研究结果表明,如果未来气候变化导致青藏高原东缘变得更湿润,对高寒草甸生态系统的线虫群落密度及多样性影响较弱,但对土壤食物网结构及功能影响较强.

桉树是我国华南地区的重要速生营林树种,具备极高的经济价值,然而我国桉树人工林的发展还存在巨大争议,桉树营林的生态环境效应还有待进一步考究.针对我国华南地区典型尾叶桉(Eucalyptus urophylla)纯林经营的潜在生态问题,选取广东鹤山森林生态系统国家野外研究站的 10 树种混交林(10 species mixed forest plantation,10S)、30 树种混交林(30 species mixed forest plantation,30S)和桉树纯林(Eucalyptus monoculture,E)三种林型,另外设置桉树砍伐(Eucalyptus cutting,EC)和桉树砍伐清除林下灌草(Eucalyptus cutting and understory removal,ECUr)这两种常见经营措施的处理,通过比较不同林型和管理措施下土壤理化性质和生物指标的差异,解析了桉树营林对土壤理化特性、土壤微生物以及线虫群落的影响.本结果表明:三种林型间的土壤理化特性没有显著差异,但桉树纯林的土壤真菌生物量、真菌细菌比、食细菌线虫多度显著高于 10 和 30 树种混交林,桉树纯林的食真菌线虫多度和线虫群落多样性显著高于 10 树种的混交林.不同桉林管理措施下,桉树砍伐对土壤理化性质和土壤生物的影响不显著,但是桉树砍伐同时清除林下灌草显著降低了土壤含水率、真菌细菌比、线虫总多度、食细菌线虫多度、食真菌线虫多度以及杂食捕食性线虫多度.以上结果说明,桉树纯林的生物群落总体上优于相同林龄的多物种混交人工林,因此桉林的土壤质量状况并不比混交林低.另外,砍伐导致了桉林土壤质量下降,在砍伐过程中破坏灌草会对土壤质量造成更严重的负面影响.总体来看,桉林本身具有良好的生态功能,但作为一个具有生态和经济双重效益的物种,桉林长期经营可能会导致土壤退化等一系列生态问题.因此未来桉树人工林生态和经济效益权衡可能需要重点关注营林措施.