该文采用收获法和标准木法研究了南亚热带3种人工林群落:马占相思林、针叶林(马尾松+杉木)、木荷林(木荷+红荷)的生物量及净初级生产力,为揭示鹤山丘陵人工林的结构功能规律及全球变化生态学的研究提供基础资料.结果表明,林分现存生物量由大到小依次为:马占相思林(176.03 t/hm2)、木荷林(122.91 t/hm2)、针叶林(104.93 t/hm2).在林分各层次的分配比例中.乔木层所占比例最大,为95.1%-98.7%;灌木层和草本层所占比例较小,尤其是草本层,灌木层为0.9%-4.5%,草本层为0.4%.净初级生产力(NPP)由大到小依次为:马占相思林(25.32 t,(hm2·a))、木荷林(17-93 t/(hm2·a))、针叶林(15.8 t/(hm2·a)),与林分生物量大小呈同样的规律.木荷林乔木层和灌木层的生物量增量所占比例高于另外两种林分,群落结构较复杂,生物量积累呈明显的增长趋势.

在广东鹤山大叶相思(Acacia auriculaeformis)人工林内设置外来蚯蚓西土寒宪蚓(Ocnerodrilus occidentalis)和乡土植物三叉苦(Evodia lepta)野外控制实验,用静态箱-气相色谱法对土壤N2O和CH4通量进行15 d的原位测定,研究蚯蚓和三叉苦对土壤N2O和CH4通量的影响.结果表明:三叉苦并未明显增加土壤N2O和CH4的通量,而假植物(模拟三叉苦的物理效应)则显著促进了土壤N2O的释放通量.整个实验阶段,蚯蚓效应分别使无植物对照和叉苦处理土壤N2O通量增加了26.7%和66.3%,而在种假植物条件下,添加蚯蚓使土壤N2O通量降低了39.7%;同时,蚯蚓效应使对照处理土壤CH4吸收通量增加了10.3%,使假植物处理土壤CH4吸收通量降低了90.6%,而使三叉苦处理土壤CH4释放通量增加了301.8%.可见,蚯蚓能够促进人工林土壤N2O释放;同时促进人工林土壤从CH4"汇"向"源"转变.三叉苦的物理过程促进土壤N20的释放,而三叉苦的生物过程抑制土壤N2O的排放.如何减缓人工林中土壤N2O和CH4的排放,必须综合考虑植物物理过程、生物过程以及蚯蚓对土壤N2O和CH4排放过程影响的独立效应和交互效应.

近交衰退产生的原因是近交增加了有害等位基因纯合几率,导致个体适应能力下降.种群变小是导致近交衰退的主要原因,但在实际研究中发现近交衰退并非一定明显表现出来,这可能有以下几个主要的原因:遗传负荷的淘汰、在较好的环境下近交衰退会表现不明显、并非能在所有性状中检测到近交衰退、近交衰退只出现在某些发育阶段和不同家系、种群、个体中的近交衰退程度不同.这提示我们近交衰退与生态及遗传密切相关.

土壤生态系统是地球上生物多样性最丰富的生境.土壤生物多样性在维持陆地生态系统碳动态和养分循环方面具有重要的作用,是目前土壤生态学领域最为重要的热点研究问题.本文综述了过去20年对土壤生物多样性研究经历的过程和取得的成果.首先,介绍了土壤生物多样性研究的历史发展过程,从早期问题的提出与研讨,到大规模的实验研究,再到对土壤生物多样性的监测、评价和保护.其次,重点介绍了土壤生物多样性研究领域的4个核心问题及其进展,包括土壤生物多样性的维持机制、土壤生物多样性与生态系统功能之间的关系、土壤生物多样性的分布格局及土壤生物多样性与植物多样性之间的关系.最后指出,尽管人们对上述土壤生物多样性的问题取得了一些研究成果,然而,在土壤生物多样性的研究方法、土壤生物多样性的大尺度地理分布格局及其机制、人类活动和全球变化对土壤生物多样性的影响以及土壤生物多样性在污染治理和生态恢复中的应用等方面还面临着巨大的挑战.

农业的可持续发展是人类文明持续繁荣的重要保障.从原始农业到工业化农业的发展历程,是“自然力”不断削弱,“人为调控力”不断加强的过程.新兴的可持续农业,则希望将人为调控和自然过程协调融合,建立近自然的高效的现代农业体系.但是,面对土壤生物极高的多样性、生物和非生物过程的复杂互作及其高度的时空异质性,基于还原论的传统科学研究方法探究地下生态系统的“自然过程”困难重重.人为管理措施对农田生态过程调控的针对性和调控效果受到极大限制.尽管如此,土壤生物在生态系统服务中的作用已在世界范围内得到空前重视.如何充分发挥土壤生物在可持续农业中的作用,已成为现代农业研究领域的重要突破口.简述了土壤生物与可持续农业研究的学科发展历史,总结了农业管理措施对土壤生物及土壤食物网特征的影响,突出了土壤生物群落在可持续农业模式中土壤结构改善、土壤肥力提高和化肥农药减施等方面的积极作用;最后探讨了当前的研究难点和未来的研究方向,并对如何充分发挥土壤生物在现代农业中的贡献进行了初步的思考.认为:土壤有机质,土壤结构和土壤食物网以及三者的内在联系是可持续农业研究的关键.土壤有机质管理是调控土壤结构、土壤食物网及生态系统生产力的重要支点,但也是可持续农业模式不确定性的重要来源.基于同位素示踪等整体性分析方法,开展典型农田生态系统土壤食物网特征及其生态功能的系统研究,揭示农业模式、土壤食物网特征及生态系统生产力的关键联系,是充分发挥土壤生物在可持续农业中的积极作用的基础.

本文概括性地介绍了土壤生物类群的多样性及其在生态系统中的作用; 同时简要地回顾和比较了国内外在土壤生物学方面的研究动态, 分析了土壤生物学今后的发展趋势.鉴于土壤生物在生态系统中的重要性以及我国在土壤生物学研究方面的不足,《生物多样性》本期刊登了一系列有关土壤生物的文章, 目的是为了使国内科学家对土壤生物多样性在生态系统中的作用有更好的认识, 并希望能够唤起更多的年轻学者加入到土壤生物学研究的行列, 以推动土壤生物学在我国的迅速发展并将土壤生物学的研究成果应用于国民经济的发展中.

土壤线虫的物种多样性和功能群丰富, 不同功能群的土壤线虫取食习惯也不一样, 而土壤线虫取食习惯的多样性以及它们自身的一些属性决定了它们在土壤中与其他生物之间关系的复杂性.土壤中不同生物之间的相互作用决定了土壤食物网的复杂性, 进而影响着土壤生态系统功能.然而, 有关土壤线虫的多样性与土壤生态系统功能之间的关系的研究还很不足.要全面了解土壤线虫在生态系统中的作用, 研究工作必须: (1) 结合室内模拟和野外控制实验; (2) 结合物种多样性调查和不同功能群的功能分析.

为了验证土壤氮(N)素和大气二氧化碳(CO2)浓度的增高是交互或者累加性地控制"植物-土壤"系统中的碳(C)分配这一假设, 同时为了揭示这种作用是否随着植物种类而变化, 在不同的CO2浓度下的高氮和低氮土壤中种植豆科植物紫花苜蓿(Medicago truncatula)和非豆科植物燕麦(Avena sativa), 并对植物的生长和土壤微生物等特性在这些条件下的变化进行了测定. 结果表明, 植物物种和土壤N素的交互作用对土壤微生物和植物的生长有着重要的作用. 对于紫花苜蓿而言, CO2和土壤N素的交互作用对土壤可溶性C和土壤微生物生物量有重要影响, 但对燕麦则并非如此. 尽管CO2和土壤N素都显著影响植物的生长, 但它们对植物的影响并不存在交互性, 也就是说CO2和土壤N素对植物生长的影响是累加的. 豆科植物的固氮特性与CO2的交互作用可能掩盖了土壤N素与CO2的交互作用对豆科植物生长的影响. 在低N土壤中, 燕麦的冠根比从初期的2.63±0.20降低到后期的1.47±0.03, 表明燕麦在生长受到土壤N素的抑制时, 分配了更多的能量到根部以加强植物对养分元素的吸收(如N素); 在高氮土壤中, 紫花苜蓿的冠根比随时间延长显著升高(从2.45±0.30到5.43±0.10), 说明当土壤N素不是植物生长限制因子时, 更多的能量被分配到地上部分以加强植物对C的同化. 在不同土壤N素水平上, 大气CO2浓度对植物的冠根比的影响均不显著.

肠道菌群已被证实有助于宿主的健康和代谢功能,但环境污染物对动物肠道微生物的影响却很少报道.因此,本研究将赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)暴露于抗生素(磺胺甲恶唑)污染土壤28 d后,基于16S rRNA高通量测序技术分析了蚯蚓肠道微生物群落组成,并探讨了抗生素污染对蚯蚓肠道菌群结构的影响.结果表明,土壤中磺胺甲恶唑对蚯蚓的存活率和生长无明显影响,但可以引起蚯蚓肠道微生物群落的紊乱.磺胺甲恶唑的添加能够使蚯蚓肠道微生物群落多样性水平降低,并引起肠道内支杆菌属(Mycobacterium)和Luteolibacter的丰度显著降低,也能显著增加肠道内拜纳蒙纳斯属(Balneimonas)和疣微菌科(Verrucomicrobiaceae)的丰度,而芽胞杆菌属(Bacillus)等优势菌的丰度在肠道内较为稳定.同时,赤子爱胜蚓肠道微生物群落主要以放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)为主,并与周围土壤菌群组成存在显著差异.此外,蚯蚓肠道细菌群落多样性低于周围土壤细菌群落多样性,这可能是由于蚯蚓肠道自身微环境和共选择造成的.这些结果有助于更好地理解抗生素污染在土壤动物肠道微生态系统中的风险传播.

根据我国第5次(1994～1998年)和第6次(1999～2003年)森林资源清查数据,估算了热带亚热带8个省区4种主要林型(马尾松林、杉木林、硬阔林和软阔林)5个林龄组的乔木层地上生物量碳(TABC)与碳积累速率(TNEP).结果表明:(1)4种林型的TABC均随着林龄的增长而增加,阔叶林(硬阔林和软阔林)各林龄组的TABC均大于针叶林(马尾松林与杉木林)相应林龄组的水平,并且这种差距随着林龄的增长而增大；(2)4种林型的TNEP均随着林龄的增长呈现先增大后减小的趋势.阔叶林成熟阶段的TNEP远高于该阶段针叶林的水平；(3)利用logistic回归曲线分别拟合4种林型的TABC与林龄的关系(P＜0.01,R2＞0.95),预测了2010～2050年各林型乔木层地上部分的碳储量,同时计算同期4种林型的乔木层地上部分年均碳增汇量分别为41.14(马尾松林)、31.53(杉木林)、75.50(硬阔林)和75.68(软阔林)g Cm-2 a-1.基于森林资源清查数据估算和logistic回归曲线模拟的结果均表明阔叶林是更强的碳汇,并且在演替后期具有更大的碳吸存能力.相比于针叶林,阔叶林是我国热带亚热带区域碳汇林的最佳选择.

西土寒宪蚓(Ocnerodrilus occidentalis)为广东人工林和撂荒地内广泛分布的外来种蚯蚓,因其对水热、pH值及土壤有机质等的变化不敏感,其分布范围有逐渐扩大的趋势.研究西土寒宪蚓对人工林碳循环的影响过程,可以为如何减少外来蚯蚓影响下的人工林土壤碳排放提供思路.在广东鹤山大叶相思(Acacia auriculaeformis)人工林内设置外来蚯蚓和乡土植物野外控制实验,利用静态箱-气相色谱法对土壤CO2通量进行15天的原位测定.结果发现,单独添加西土寒宪蚓及单独种植三叉苦(Evodia lepta),对土壤CO2通量的效应都不明显.植物物理过程(如遮阴作用等)、植物生物过程(如根际化学物质分泌过程等)及植物在未添加蚯蚓样方和添加蚯蚓样方中对土壤CO2通量的效应分别为-32.1%、40.9%、8.8%和-7.2%、30.7%、23.5%.植物的物理过程抑制了土壤CO2排放,但提高了蚯蚓对土壤CO2排放的促进作用(提高了39.3%).植物的生物过程促进了土壤CO2排放,但减弱了蚯蚓对土壤CO2排放的促进作用(降低了23.5%).试验期间蚯蚓对多数土壤理化性质的影响并不明显,但是蚯蚓的存在有增强土壤细菌活性的趋势,而且使土壤CO2通量与土壤理化性质的相关性更加密切了;同时,蚯蚓的存在也使土壤CO2通量与土壤水热因子的关系发生了变化.可见,森林土壤CO2通量不仅与水热条件有关,还受地上和地下生物过程的调控.如果只关注森林土壤CO2通量的大小,而忽略影响土壤CO2产生及释放的生物学过程,将无法找到减少森林土壤CO2排放的有效途径.减缓人工林中土壤碳的排放,必须综合考虑植物物理过程、植物生物过程以及蚯蚓对土壤CO2排放过程的独立效应和交互效应.

为了解热带珊瑚岛对植物生长的影响,对狗牙根(Cynodon dactylon)、大叶相思(Acacia auriculaeformis)和木麻黄(Casuarina equisetifolia)在热带珊瑚岛的生态适应性进行了研究.结果表明,与海南文昌苗木基地的同种植物相比,珊瑚岛胁迫生境下3种植物叶片中的抗氧化酶活性(SOD、CAT和POD)和脯氨酸含量均显著提高(P<0.05);大叶相思和狗牙根的丙二醛含量也极显著提高(P<0.01),但木麻黄则没有显著变化.这表明这些植物可以通过提高抗氧化酶活性和渗透调节物质含量来适应珊瑚岛的胁迫生境.

在联合国《生物多样性公约》生效30年和《生物多样性》创刊30周年之际,我们通过问卷调查从281名中国研究人员收集到763个生物多样性相关的研究问题,通过归纳与整理,并参考英国生态学会提出的100个生态学基本问题,从中筛选出30个核心问题.这些问题涉及7个方面:演化与生态(6个问题)、种群(4个问题)、群落与多样性(7个问题)、生态系统与功能(3个问题)、人类影响与全球变化(4个问题)、方法与监测(4个问题)、生物多样性保护(2个问题).前5个方面主要聚焦在物种形成、生物多样性维持等的关键过程与机制、生物多样性与生态功能关系、全球变化对生物多样性的影响机制等,第6方面主要涉及生物监测与预测、数据共享等,第7方面涉及多样性保护、自然与人类健康关系这两个与公众息息相关的重要话题.这30个问题的筛选难免存在偏颇,希望能以此为契机,促进我国生物多样性研究人员对本领域核心问题的深入思考与探讨.

根据河流颗粒有机碳浓度(CPOC)、溶解有机碳浓度(CDOC)与河流总悬浮物含量(CTSS)和流量(Q)的关系,构建广东省北江流域河流有机碳浓度估算模型分别为:CPOC=0.0195×CTSS+0.0589和CDOC = 0.0047×CTSS+0.0027×Q+0.9087.由上述模型重建了北江流域河流有机碳浓度变化历史,结果发现,北江流域河流有机碳主要以颗粒有机碳形式存在;年内分布表现为汛期高于平水期;年际变化多样,但总体上均表现出下降趋势;空间分布上表现为自上游往下有机碳浓度有所下降,但在三水站有所回升.

为比较不同气候过渡区地带性森林土壤线虫群落结构和多样性,以南亚热带向中亚热带气候过渡区的石门台常绿阔叶林和北亚热带向暖温带气候过渡区的鸡公山落叶阔叶林为样地,探讨不同气候区土壤微食物网能流方式的差异.结果表明,石门台土壤线虫群落属数(S)、生物量(Biomass)、多样性指数(H)、丰富度指数(SR)、成熟度指数(MI)和结构指数(SI)在表层土壤(0～10 cm)均显著高于鸡公山.石门台的土壤线虫通路指数(NCR))均值高于0.5,而鸡公山的NCR均值小于0.5,说明前者土壤食物网可能偏向于细菌能流通道,而后者偏向于真菌能流通道,这也与食细菌线虫、食真菌线虫生物量的计算结果一致.可见线虫群落结构确实存在明显的南北差异,并较好地指示了土壤能流和养分循环状况.

对生态地理学的概念进行了详细讨论和辨析,并将它与相近学科如生物地理学、生态地理区划、宏生态学等进行了比较分析,界定了生态地理学的概念.研究认为:生态地理学是生态学和地理学的交叉学科,是研究生态系统各组分关系和生态过程的地理空间分布格局或/和时间演变规律及其与地理环境耦合机制的学科.生态地理学的目的是揭示不同环境梯度下或不同时间尺度上生态系统各组分关系和生态过程的普适性规律及其成因.同时,结合国内外野外实验平台介绍,在全球变化等研究领域列举了经典案例进行分析:①全球不同气候带森林凋落物分解和碳汇功能的研究;②中国不同陆地生态系统碳通量和碳汇功能研究;③中国东北样带和南北样带陆地生态系统的脆弱性与适应性研究;④中国北方草地样带尺度的生态系统生态学研究.主要目的是在辨析生态地理学概念的基础上指出未来发展方向,推动生态地理学的发展.

土壤食物网精准调控是探究和发挥土壤生物生态功能的关键和难点.综述了已有的土壤食物网直接和间接调控方法,讨论了土壤食物网生态功能研究现状及面临的困境,如常用的直接调控措施很难在野外大规模应用;间接调控土壤食物网内在机制复杂,调控效果不易把控;土壤食物网全图模糊不清,关键类群及其权重难确定;土壤食物网的物质循环与能流难量化等.提出探索建立土壤食物网及其相关的生态过程的野外监测技术体系,发展简单易行的野外土壤食物网调控技术,关注土壤食物网的"外延"界面,开展土壤食物网相关的多尺度多因子和多过程的融合研究等4方面的发展建议.

采用对比分析方法,研究了广东鹤山桉林和灌草坡火烧迹地植被恢复后土壤养分含量的变化.结果表明:火烧3年后,桉林土壤有机碳、全氮、速效钾和pH含量明显降低,土壤有效磷、交换性镁、土壤净氮矿化速率和氨化速率降低,但不显著;火烧灌草坡除土壤交换性钙明显增加外,其他土壤养分均无显著变化.火烧桉林氮矿化速率较低的主要原因是其可利用基质的减少和桉树快速生长吸收大量养分所致,火烧灌草坡土壤养分的恢复速度较快.