连作障碍不仅严重影响作物产量,而且会导致土壤生物多样性下降、有益微生物减少及病原菌增加等一系列微生态失衡问题.土壤微生态失衡反作用于植物,导致植物发生更严重的病害、减产等.作为土壤生态系统工程师,蚯蚓的取食、掘洞和爬行等活动对土壤微生态具有重要的调控作用,既可以改善土壤环境,又可以强化土壤生物群落功能,有望为缓解作物的连作障碍问题提供一条新途径.本文总结了土壤微生态与土壤功能维持及蚯蚓调控土壤生物作用的研究进展,在此基础上,结合蚯蚓对化感物质降解作用的研究,分析了蚯蚓通过调控土壤微生态缓解作物连作障碍的微生物作用机制的三条途径:直接调控微生物群落、通过改变化感物质组成以及通过调控土壤动物区系调控微生物群落.蚯蚓对微生物群落的调控可改善失衡的土壤根际微生态,有效缓解作物连作障碍.

弧边招潮蟹(Uca arcuata)是红树林的生态系统工程师,然而我国对弧边招潮蟹的研究相对薄弱.为了研究弧边招潮蟹的行为习性,作者于2013年7—9月在深圳福田红树林自然保护区,借助望远镜观察了弧边招潮蟹的11种行为.结果表明:弧边招潮蟹主要栖息于潮沟两侧的林缘生境,和大多数招潮蟹一样,弧边招潮蟹的大部分时间(69％)用于觅食(进食+边走边食),其次是站立(11％),用于求偶的时间最少(0.23％).弧边招潮蟹的繁殖期有延长的现象,观察到的交配时间比以往的研究要短.除记录的11种行为之外,还观察到弧边招潮蟹的探洞、边走边食边挥舞大螯、"投降"等行为,表明弧边招潮蟹的行为较复杂.弧边招潮蟹的短距离迁移能力较强,单次迁移距离可达30 m以上.生境、性别、时间等因素对弧边招潮蟹的行为影响较大,手性和潮汐的影响较小.污染较严重的生境中弧边招潮蟹用于觅食和洞穴行为的时间均显著减少,导致其生物扰动作用减弱,从而不利于红树林生态系统的健康.本文丰富了弧边招潮蟹的研究,对全面、深入了解红树林生态系统,及红树林的管理和保护有重要的参考价值.

蚂蚁作为生态系统工程师,能够通过筑巢定居活动增加有机物的输入、改变理化环境及刺激微生物活动,进而影响土壤有机碳矿化动态.本研究以西双版纳高檐蒲桃热带森林群落为研究对象,比较了蚁巢地与非巢地土壤有机碳矿化速率的动态特征,分析蚂蚁筑巢引起的土壤理化性质改变对土壤碳矿化速率的影响.结果表明:蚂蚁筑巢显著影响土壤有机碳的矿化,相较于非巢地,蚁巢地平均土壤有机碳矿化速率提高19.2％;巢地与非巢地土壤有机碳矿化速率均表现为6月＞9月＞3月＞12月;蚁巢地土壤有机碳矿化速率最大值出现在10～15 cm土层,而非巢地土壤有机碳矿化速率0～5 cm土层最高;蚂蚁筑巢对土壤理化性质产生了显著影响,相较于非蚁巢地,蚁巢地土壤温度、水分、有机碳、微生物生物量碳、全氮、水解氮、硝态氮和铵态氮平均增加幅度分别为7.6％、5.4％、9.9％、14.8％、13.4％、9.9％、24.1％、6.6％和19.4％,而土壤容重和pH平均降幅分别为1.4％和2.5％.相关性分析及主成分分析表明,土壤有机碳和土壤微生物量碳是影响土壤有机碳矿化速率的主控因子,土壤全氮、水解氮、铵态氮、硝态氮、温度和土壤含水率对土壤有机碳矿化的贡献次之.蚂蚁筑巢主要显著改变有机碳矿化的底物组分(土壤有机碳和土壤微生物生物量碳),进而调控西双版纳热带森林土壤有机碳矿化速率的时空动态.

生物土壤结皮(biological soil crusts,BSC)在荒漠植被的恢复及稳定性维持方面发挥了重要作用,被誉为“荒漠生态系统工程师”.BSC微生物群落是其发挥功能的主要成分,参与了BSC的形成、土壤性状的改善、土壤团聚体的稳定及植被的发育等过程.由于技术方法的限制,以往对BSC微生物群落发育如何调控荒漠植被稳定性的机理尚不清楚.近年来,随着土壤微生物组学技术的快速发展,BSC微生物群落组成及其功能的研究取得了较大进展,关于BSC微生物群落对荒漠生态系统贡献的认识日渐清晰.本文总结了温带荒漠BSC演替过程中微生物不同类群细菌、真菌、古菌群落的组成结构及参与碳氮循环的潜在功能变化,并对影响微生物群落结构和功能的土壤因素进行了剖析,阐释了BSC微生物群落与土壤功能性状相互作用及协同演替的模式,厘清了BSC促进荒漠土壤改善的机理,为温带荒漠植被恢复及荒漠生态系统对全球贡献的理解提供了依据.

蚂蚁作为生态系统的消费者和分解者,其对土壤有机碳库的影响一直是学术界研究的热点.目前研究主要从蚂蚁对土壤宏量元素储量、理化性质、微生物群落活动等方面探究蚂蚁对土壤有机碳库的影响.本文综述了蚂蚁扰动对土壤有机碳循环过程特征的影响.蚂蚁筑巢改变了蚁穴土壤的微生境、微气候与土壤理化性质,并通过重构土壤微生物群落结构特征、调控地表植被演替过程与格局等方式,直接或间接的影响蚁巢中土壤有机碳来源、碳库分配过程、有机碳库稳定性、有机质微观分子特征等,在微域、局地乃至景观尺度上影响土壤有机碳的循环过程.未来研究应着重从量化蚂蚁扰动及其导致的环境因子波动对土壤碳通量变化的贡献、建立定量模型联系并统一蚂蚁影响下土壤碳循环过程、厘清蚂蚁影响土壤有机碳库稳定性的机制等方面开展深入研究,揭示蚂蚁作为"生态工程师"在调控土壤碳循环过程中的作用机制.

土壤-植物系统是生物圈的基本结构单元,土壤与植物之间存在密切的相互反馈.土壤退化导致植物面临各种非生物胁迫,植物的生理代谢遭到干扰,养分获取受到抑制.蚯蚓被称为"生态系统的工程师".蚯蚓能够通过调控土壤物理-化学-生物学特性,改良退化土壤(盐碱土、重金属和有机污染物污染土壤),缓解植物所受胁迫,增加土壤养分有效性,促进植物生长,并通过自身分泌的信号物质提高植物的抗逆性.蚯蚓对土壤-植物系统的生态修复作用,对于改善植物生长环境、维持土壤生态系统健康和稳定具有重要意义.

蚂蚁作为生态系统工程师能够调节土壤微生物及理化环境,进而对热带森林土壤有机氮矿化速率及其时间动态产生显著影响.以西双版纳白背桐热带森林群落为研究对象,采用室内需氧培养法测定土壤有机氮矿化速率,比较蚁巢和非蚁巢土壤有机氮矿化速率的时间动态,揭示蚂蚁筑巢活动引起土壤无机氮库、微生物生物量碳及化学性质改变对有机氮矿化速率时间动态的影响.结果 表明:(1)蚂蚁筑巢显著影响土壤有机氮矿化速率(P＜0.01),相较于非蚁巢,蚁巢土壤有机氮矿化速率提高了261％;(2)土壤有机氮矿化速率随月份推移呈明显的单峰型变化趋势,即6月最大(蚁巢1.22 mg kg-1 d-1、非蚁巢0.41 mg kg-1 d-1),12月最小(蚁巢0.82 mg kg-1 d-1、非蚁巢0.18 mg kg-1 d-1);(3)两因素方差分析表明,不同月份及不同处理对土壤有机氮矿化速率、NH4-N及NO3-N产生显著影响(P＜0.05),但对NO3-N的交互作用不显著;(4)蚂蚁筑巢显著提高了无机氮库(NH4-N与NO3-N)、微生物生物量碳、有机质、水解氮、全氮及易氧化有机碳等土壤养分含量,而降低了土壤pH值;(5)回归分析表明,铵态氮和硝态氮对土壤有机氮矿化速率产生显著影响,分别解释87.89％、61.84％的有机氮矿化速率变化;(6)主成份分析表明NH4-N、微生物生物量碳及有机质是影响有机氮矿化速率时间动态的主要因素,而全氮、NO3-N、易氧化有机碳、水解氮及pH对土壤有机氮矿化速率的影响次之,且pH与土壤有机氮矿化速率呈显著负相关.总之,蚂蚁筑巢活动主要通过影响土壤NH4-N、微生物生物量碳及有机质的状况,进而调控西双版纳热带森林土壤有机氮矿化速率的时间动态.研究结果将有助于进一步提高对土壤氮矿化生物调控机制的认识.

"海洋生态系统工程师"是能够塑造栖息地并使其他海洋生物受益的海洋生物种类.海洋中的植物、动物和微生物中均存在为其他生物种类塑造栖息地的"海洋生态系统工程师",它们的生态作用是其发挥生态功能的基础.本文基于国内外相关文献,系统阐述了"海洋生态系统工程师"生态作用的相关研究进展,并对今后的主要研究方向和内容提出建议."海洋生态系统工程师"能够在特定的海洋环境中发挥积极作用,但一旦成为入侵种可能会对入侵海域产生负面影响;有些"海洋生态系统工程师"在发挥积极作用的同时也会在不同程度上带来负面影响.今后,应加强海洋生物床、海洋生物礁、海洋生物膜和复合生态系统工程等研究,有效利用"海洋生态系统工程师"的积极作用并防控其负面影响,实现对海洋的综合开发利用和保护.

全球气候变暖是人类面临最严峻的环境挑战.有效控制碳排放,充分发挥生态系统的固碳能力是实现碳中和目标的重要手段.作为碳封存能力最强的一种湿地类型,泥炭地是加快实现碳中和目标的关键陆地生态系统.作为泥炭地"有效的生态系统工程师",泥炭藓(Sphagnum)在泥炭地的碳汇功能、过滤淡水及保护土地免受洪水侵袭等方面具有极其重要的作用.100多年来,泥炭藓广泛应用于医药保健、污染监测和废水处理等领域,尤其是作为一类最值得信赖的土壤介质和保湿材料一直被广泛用于园艺产业.在全球气候变暖和"双碳"目标的大背景下,泥炭藓已经成为生命科学和生态学研究的热点.该文主要从泥炭藓的形态、物种多样性和起源、生境与分布、繁殖和保护、培养与种植、环境指示和监测、用途和应用,以及碳封存、储水和酸化能力等方面进行综述,旨在为泥炭藓研究、泥炭地的保护和恢复以及泥炭藓开发利用和产业发展提供借鉴与参考.

蚯蚓被喻为土壤中的"生态系统工程师",具有高度的多样性且在全世界都有分布,被用作土壤健康的指示生物.蚯蚓具有极强的环境适应能力,在不断适应的过程中促进了自身基因组的进化.本文对近年来蚯蚓全基因组以及线粒体基因组的研究进展进行了综述.蚯蚓全基因组的测序、拼装和分析为研究蚯蚓生态学、污染物对蚯蚓致毒的分子机制、免疫防御的分子机制、蚯蚓再生的分子机制等奠定基础.而线粒体基因组多应用于蚯蚓分子系统发育方面的研究,目前已有多种蚯蚓通过线粒体基因组测序完成了物种的鉴定.本文建议今后重点开展以下几方面的研究:(1)针对现有的4种蚯蚓全基因组测序结果,进一步进行比较基因组学、进化基因组学和功能基因组学的研究.(2)完善不同种蚯蚓的基因文库和表达序列标签.(3)建立线粒体基因组、全基因组与蚯蚓物种多样性的关联分析.