邻苯二甲酸酯类塑化剂的土壤生态毒理学研究进展

邻苯二甲酸酯类(PAEs)化合物的生产量和使用量不断增加,导致土壤环境的PAEs污染问题日益突显。一些种类PAEs具有雌激素效应和"三致"效应,因此,PAEs化合物对土壤生态系统各类生物体的生态毒性已引起广泛关注。文章在国内外现有文献研究基础上,综合论述PAEs的土壤污染现状及其对高等植物、土壤微生物和土壤无脊椎动物等的生态毒性研究进展,以期为PAEs污染土壤的生态毒理学深入研究和发展提供参考。研究发现,中国许多地区的农业土壤中均有PAEs被检出,部分土壤中PAEs总量可高达几十mg·kg~(-1),一些PAEs单体含量超出了美国环保局土壤PAEs控制标准。PAEs对植物体在个体、生理、细胞及分子水平上均具有生态毒性效应;PAEs对土壤微生物的群落结构、种群数量和活性均可产生影响,进而影响土壤的正常功能;PAEs对土壤无脊椎动物蚯蚓的生态毒性效应研究则刚刚起步,高浓度的PAEs对蚯蚓具有急性毒性和繁殖毒性,蚯蚓分子及基因水平毒理学指标研究有望为低浓度PAEs的生态毒性效应研究提供新的敏感的生物标记物。     

抗生素类兽药对植物和土壤微生物的生态毒理学效应研究进展

规模化养殖快速发展,常使用兽药来防治各种禽畜病害,导致大量兽药随动物粪便排出体外.含有残留兽药的粪便作为有机肥施入农田而造成土壤污染,对人类健康和生态系统产生潜在危害.养殖业使用的主要兽药种类为抗生素类药物,且用量逐年增加,目前土壤中兽药残留浓度范围为μg·kg-1级到g·kg-1级.在总结国内外及本课题组相关研究的基础上,论文较为系统地概述了兽药对植物生长和土壤微生物群落功能和结构的影响,探讨了今后兽药生态毒理学研究的主要方向.抗生素类兽药对植物和土壤微生物群落的影响受兽药种类、土壤因子(如有机质含量、矿物类型等)的影响.植物吸收抗生素类兽药可能是主动吸收过程,且大量在植物根系内累积,同时也可在植物地上部累积.抗生素类兽药极易诱导产生大量抗药菌,并可能诱导产生群落抗性(Pollution-Induced Community Tolerance,PICT),将对包括人类在内的生态系统健康产生深远影响.     

稻田综合种养模式对土壤生态系统的影响研究进展

稻田综合种养模式可实现稳产增收,粮渔共赢,同时也对稻田土壤生态系统产生了显著影响。该文总结了近年来国内外有关稻-鱼、稻-虾、稻-蟹、稻-鳖和稻-鸭等稻田综合种养模式的研究进展,分析了稻田综合种养模式对农田土壤理化性质、土壤动物、土壤微生物和农田生态系统服务功能的影响及作用机制。结果表明,稻田综合种养模式降低了土壤容重,提高了土壤孔隙度,改善了土壤团聚体的稳定性,增加了土壤养分含量;改变了土壤动物的丰度和群落结构,提高了土壤微生物的数量和活性,调节了微生物群落的组成和多样性;促进了农田生态系统的文化服务功能。然而,稻田综合种养模式也可能造成土壤潜育化、重金属污染等潜在风险。此外,不同的稻田综合种养模式对农田粮食供给和温室气体排放功能的影响各异。未来应进一步加强长期稻田综合种养模式对土壤物理、化学和生物学特性的影响研究;阐明不同稻田种养模式下土壤物质、能量和信息流过程以及土壤生态系统服务功能的差异及其作用机制;集成应用科学合理的稻田综合种养模式,实现农业的可持续发展。     

植物根圈微生物群落与功能特异性机制研究

植物-土壤微生物交互作用在土壤养分循环、碳固存和温室气体排放等生态过程中发挥着重要作用,而植物源有机物输入被认为是植物-微生物交互作用的纽带。根圈土壤微生物在群落结构和功能上与根圈外土壤差异显著,并存在一定的植物群落特异性。植物源有机物的高度可利用性对土壤微生物具有复杂的影响,改变着土壤生态过程。因此,揭示植物源有机物的输入对土壤微生物的影响有助于深化对植物-土壤微生物反馈作用的认识,同时为养分循环调控、肥料施用时效、作物增产和温室气体排放及生态平衡维持提供理论支持。基于国内外最新相关研究进展,综述了两大类植物源有机物(根际沉积和凋落物)的组成和输入时间对土壤微生物群落结构和特定功能(以氮循环为例)的影响机制;探讨了稳定性同位素示踪技术、分子探针技术和宏基因组学等研究方法在植物-土壤微生物交互作用中的综合应用;总结了植物生命周期内植物源有机物化学组成和输入时空差异对植物特异性土壤微生物群落的诱导机制。植物源有机物输入对微生物群落结构和功能具有重要影响,不但显著提高优势微生物群落生物量、改变微生物群落结构及相关功能、调控特定土壤微生物活性,并且其化学性质多样性决定了土壤微生物群落植物特异性。因此,植物源有机物输入是驱动植物根圈特异微生物群落结构演替与功能演变的重要因子。     

生物多样性的海拔分布格局研究及进展

生物多样性的海拔分布格局受制于气候、空间、环境等多种因子的影响,综合大量研究发现,无论是动植物还是微生物,环境因子对其影响与驱动的作用最明显。海拔梯度是决定分布格局的重要因素之一,因此探讨生物多样性在环境因子驱动下的海拔分布格局具有重要意义。文章分别探讨了植物、土壤动物和土壤微生物多样性沿海拔梯度的变化规律,揭示了温度、湿度及人为干扰等因素下植物多样性沿海拔梯度的5种分布格局及可能机制,土壤动物多样性沿海拔梯度的3种分布格局及可能机制,同时揭示土壤微生物在海拔分布格局虽然有物种模式,但是机制不是很明确;最后对植物、土壤动物、土壤微生物生物多样性耦合关系的认识作了阐述。并在此基础上,认为生物多样性的分布格局与尺度密切相关,因此开展不同尺度的生物多样性的研究以及它们对全球气候变化的响应是未来研究的重要方向;土壤动物群落的多样性的变化规律研究,应致力于其生理型、营养型、生态型的多样性的研究;在不同的研究尺度上,驱动微生物群落构建机制的差异导致了群落演变规律的变化,仍需要以地理学和生物学等相关学科理论为支撑,并与微生物群落构建理论相结合,对海拔分布格局下生物多样性的保护和生态系统稳定性研究提供科学依据。     

陆地生态系统植物和土壤微生物群落多样性对全球变化的响应与适应研究进展

生态系统植物和土壤微生物群落多样性受氮沉降、气候变暖、大气CO_2浓度升高(eCO_2)、极端干旱等全球变化的强烈影响,深入认识和理解全球变化下植物群落-土壤微生物群落的关系对生物多样性保护至关重要。文章综述了陆地生态系统植物和土壤微生物群落多样性对以上4种全球变化单因子和多因子(双因子、三因子及四因子)交互作用的响应与适应规律。主要结论为,(1)氮沉降、气候变暖和极端干旱均改变了植物和土壤微生物的群落组成,呈现降低、增加和无影响3种效应,大多数研究结果是降低效应,例如高氮沉降和长期低水平氮沉降减少了植物多样性,微生物群落多样性的下降幅度随氮沉降时间和量的增加而加强;气候变暖改变了植物的物候,降低了植物多样性,促使土壤微生物群落的演替分异;极端干旱导致植物组成发生了方向性的变化,植物多样性降低并促进盐生植物的生长,土壤微生物量和活性降低并促使转向渗透胁迫型策略。(2)eCO_2增加促进植物光合作用从而刺激植物的生长,对植物多样性的影响取决于资源可利用性,一般增加根际细菌和土壤真菌的相对丰度以加快土壤的碳源利用。(3)全球变化多因子交互作用下植物-土壤微生物群落多样性的关联效应主要为协同、累加、抵消或非加性等,其中氮沉降×气候变暖为累加;氮沉降×eCO_2对植物生物量的影响为协同增效,而对植物群落可能是相反或抵消;气候变暖×eCO_2对土壤微生物群落为累加;三因子和四因子交互作用对植物和土壤微生物群落为非加性,较难预测。最后指出当前的研究不足和今后的发展方向:(1)加大不同时空尺度的植物和土壤微生物群落研究;(2)精确全球变化多因子交互作用对植物和土壤微生物群落多样性影响的估算。     

地表臭氧浓度升高对森林及农田地下生态过程的影响

地下生态学过程是指陆地生态系统地下部分结构与功能的动态变化过程,它与地上过程高度关联,是全面理解生态系统结构和功能的关键。随着人类活动的不断增强和工业的不断发展,地表臭氧的浓度迅速增长。目前,有关臭氧浓度升高对陆地生态系统的影响研究主要集中在地上部分,而有关其对地下生态学过程影响的研究有限,臭氧浓度升高对地下生态学过程的影响作用复杂。综述臭氧浓度升高对森林及农田地下过程影响的研究进展,以期为我国学者进一步了解臭氧对森林树木及农田生态影响提供科学依据。有关大气臭氧浓度升高对森林和农田地下生态过程的影响,已有研究主要包括植物根系生长、根系代谢、菌根、土壤养分、土壤微生物活性的响应变化等几个方面。臭氧对地下生态过程的影响与臭氧浓度、物种、种植条件以及臭氧污染环境模拟方法相关。今后应该加强臭氧浓度升高条件下土壤微生物过程与土壤养分循环过程之间的相关机理研究以及臭氧与其他环境因子的交互作用对地下生态过程的影响趋势和机理的研究。     

城市化对南亚热带常绿阔叶林土壤生物群落结构的影响

以广州市城郊梯度上存留的南亚热带常绿阔叶林为对象,量化分析城市化对南亚热带常绿阔叶林土壤微生物和土壤动物群落结构的影响,运用生态?(Eco-exergy)理论方法,量化揭示土壤生物群落生物热力学结构对城市化的综合响应规律。结果显示,城市化对南亚热带常绿阔叶林土壤动物和微生物群落结构影响的方向、速率和机制各不相同,可能的影响主要有土壤含水率、铵态氮、有机质、硝态氮以及草本层生物量等。城市化会降低南亚热带常绿阔叶林土壤微生物群落生物量和生态?,并加剧干、湿季差异;而适度的城市化干扰可增加南亚热带常绿阔叶林土壤动物类群数和生态?,并减少干、湿季的差异。综合而言,广州近郊和城区残留的南亚热带常绿阔叶林土壤生物群落生态?与结构?值均高于远郊区的水平(2.39~2.99倍);南亚热带常绿阔叶土壤生物群落生态?主要由大型土壤动物贡献(64.41%),而中小型土壤动物则是结构?的主要贡献者(50.00%);不考虑生命周期,土壤微生物对于土壤生物群落生态?与结构?值的做贡献较小。生态?理论方法可以综合度量土壤生物群落的自组织程度,但在具体计量中受到权重因子的有限性制约。     

森林净生态系统生产力及其生物影响因子研究进展

在全球大气二氧化碳浓度上升的背景下,陆地生态系统碳循环及碳汇功能研究得到了广泛的关注,日益成为今后的政治和外交的重大议题之一.净生态系统生产力(net ecosystem production, NEP)是生态系统光合固定的碳与生态系统呼吸损失的碳之间的差值;或者为生态系统净的碳积累速率.NEP 的研究整合生态系统地上和地下部分,把生态系统碳循环的影响因子有机地联系了起来.当NEP为正值时,说明生态系统为碳汇,NEP为负值则表明生态系统为碳源.随着植物和土壤相互联系及其对生态系统过程研究的深入,NEP已经成为生态系统碳循环研究的核心概念之一.以森林NEP为出发点,综述了国内外的最近的 NEP 研究进展,分析了 NEP 研究的科学意义;探讨了植物群落组成/生物多样性、土壤微生物群落、大型/土壤动物和人为的管理或干扰等生物因子对NEP的影响.根据综述研究提出未来研究应在:(1)土壤生物过程、土壤食物网及其与地上部分植物/动物相互作用对NEP的影响;(2)自然林生物多样性的竞争/共存机制与生态系统碳吸存稳定性;(3)人工林固碳潜力和不同植物功能群(灌草层)对生态系统碳动态影响等方面加强,以期为全面认识生物因子对森林生态系统系统固碳现状、机制和潜力提供理论基础.     

兽药抗生素对土壤微生物群落的影响

兽药抗生素广泛应用于畜禽养殖业,用于预防、治疗动物疾病及促进动物生长。然而,养殖过程中使用的抗生素不能被动物完全吸收,其中40%～90%以母体或其代谢物的形式排出动物体外并随畜禽粪便进入土壤环境,对土壤微生物群落结构和功能产生影响。在汇总了畜禽粪便和土壤中兽药抗生素的残留特征之后,概述了抗生素对土壤微生物群落结构和功能的影响以及微生物产生的污染诱导群落耐性。重点探讨了抗生素微生物毒性的影响因素和近年来对微生物共耐性方面的研究,并对未来的研究方向及目标提出了建议。     

稀土元素的骨蓄积性、毒性及其对人群健康的潜在危害

综合论述了稀土元素在机体内的蓄积性及其毒性效应,分析了稀土农业应用对生态环境和人群骨系统健康的潜在危害.稀土元素被长期低剂量摄入,可在骨组织中蓄积,导致骨组织结构变化,骨髓微核率增高,产生遗传毒性.     

长春市不同土地利用生境土壤昆虫幼虫群落组成与生态分布

对长春市郊区天然次生林、市内公园风景林、郊区防护林和农田等土地利用生境进行土壤昆虫幼虫调查,研究土地利用差异对土壤昆虫幼虫群落特征的影响。研究区共捕获土壤昆虫幼虫35科411只,其中鞘翅目幼虫14科319只,双翅目幼虫13科64只,鳞翅目幼虫8科28只。研究结果表明:不同土地利用生境土壤昆虫幼虫群落组成与生态分布存在差异,防护林和农田土壤昆虫幼虫的类群数和个体密度显著减少;除农田外,其他生境土壤昆虫幼虫群落个体密度和类群数主要集中分布在0～5cm土壤层,生境凋落物的移除对土壤昆虫幼虫群落组成影响不明显;此外,鞘翅目、双翅目和鳞翅目幼虫对土地利用和植被类型变化的响应也不同。     

氮沉降增加对土壤微生物的影响

综述了国外氮沉降对土壤微生物的影响研究现状，主要从土壤微生物群落结构组成及功能等方面对氮沉降的响应进行了综述，并从微生物对底物的利用模式及碳分配状况，pH值的变化方面初步探讨了土壤微生物对过量氮沉降的响应机制。研究表明，过量氮沉降会给土壤微生物在以下几个方面带来负影响：首先，改变微生物群落结构组成，表现为土壤真菌细菌相关丰富度发生改变，真菌生物量的减少，真菌／细菌生物量比率的减少，土壤微生物量的减少，微生物群落结构发生改变；其次，改变微生物功能，表现为减少土壤呼吸率，土壤酶活性的降低，改变微生物对底物的利用模式等等。此外，文章还指出出未来该方面研究重点和方向。     

庆阳市庆城县退耕还林区土壤纤毛虫群落特征

为研究土壤纤毛虫群落对不同退耕模式生态恢复的响应及利用其群落特征来评价退还效果,采用“非淹没培养皿法”、活体观察法和培养直接计数法对甘肃省庆阳市庆城县退耕10年后的多树种混交林(APR)和单一树种经济林(A)以及两个农田对照样地(CK1和CK2)的土壤纤毛虫群落特征进行定性定量研究,同时测定各样地土壤温度、含水量、pH值、电导率、土壤孔隙度、有机质、总氮、总磷、总钾、速效氮、速效磷和速效钾含量,并分析不同退耕还模式下土壤纤毛虫群落特征参数与土壤理化因子间的相关关系。结果为:共鉴定到土壤纤毛虫127种,隶属10纲21目34科52属;退耕样地与农田对照样地土壤纤毛虫物种分布存在明显差异,退耕样地间的物种相似性减小,群落组成复杂化,纤毛虫密度、多样性指数和丰富度指数均显著高于对照(P<0.05),其中混交林物种多样性最高;土壤纤毛虫优势类群由农田样地的肾形目(Colpodida)逐渐过渡为退耕样地的散毛目(Sporadotrichida);相关性分析可知,有机质、总氮、孔隙度和pH是影响土壤纤毛虫群落组成的关键因子,不同退耕模式下土壤纤毛虫群落组成差异较大,表明土壤纤毛虫群落对该地区退耕还林生态恢复工程发生了积极的响应,因此土壤纤毛虫群落特征参数可以作为评价退还效果的重要指标。     

石油污染对土壤-植物系统的生态效应

伴随着石油的工业化生产和利用,石油污染已经成为一个严重的环境问题.本文从土壤、植物个体、植物群落与生态系统等层次对石油污染的生态效应进行了系统总结.含有多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)、苯系物(Benzene、toluene、ethylbenzene和xylene,BTEX)等多种有毒物质的石油及其化工产品进入土壤-植物系统后会发生迁移.这不仅对土壤-植物系统的组成、结构、功能和服务产生影响,也会通过食物链危害人类健康.石油污染影响土壤水分状况、孔隙度等物理性质,土壤碳含量、养分含量等化学性质,以及土壤微生物群落组成和多样性、土壤酶活性等生物学性质.通常,石油污染会对大多数植物形成氧化胁迫,影响细胞膜透性,影响光合作用等生理活动,抑制植物生长,影响植物萌发、开花和结实.由于石油污染对植物个体的不同效应以及植物个体对石油污染的不同响应,石油污染对植物群落的影响存在3种基本模式,并最终导致植物群落生物量下降,物种多样性降低,植被盖度降低.进一步影响生态系统的生产力、稳定性和健康,最终危及生态系统的功能和服务.利用微生物、植物及其联合体菌根可以对石油污染物进行生物修复和降解,添加外源营养物质和通气等措施可以强化生物修复过程.应用植被指数和红边效应等遥感方法进行石油污染的生态效应监测具有较大的潜力.总之,如何把土壤-植物系统各水平上不同指标对石油污染物的响应与石油污染的生态效应联系起来,是目前石油污染生态效应研究的重点和难点之一.因此,亟需开展多尺度的系统研究,把室内控制实验、野外控制实验和野外调查有机地结合起来,构建多层次的石油污染标志物体系,全面认识石油污染对土壤-植物系统的生态效应,为石油污染的生态风险评价、治理和控制提供理论基础和实践指导.     

Ecological consequences of carbon substrate identity and diversity in a laboratory study

Plants return a wide range of carbon (C) substrates to the soil system. The decomposition rate of these substrates is determined by their chemical nature, yet few studies have examined the relative ecological role of specific substrates (i.e., substrate identity) or mixtures of substrates. Carbon substrate identity and diversity may alter soil chemistry and soil community composition, resulting in changes in belowground ecosystem functions such as decomposition and nutrient transfer, creating feedbacks that may affect plant growth and the aboveground community. A laboratory experiment was set up in which eight C substrates of varying chemical complexity were added to a base soil singly, in pairs, fours, or with all eight together every four days over a 92-day period. After 92 days these soils were analyzed for changes in chemistry, microbial community structure, and components of ecosystem functioning. The identity of the added C substrates significantly affected soil chemistry, microbial basal and substrate-induced respiration, and soil microbial community structure measured by either the catabolic response profile (CRP) technique or phospholipid fatty acid composition. These belowground changes strongly affected the ability of the soil microflora to decompose cellulose paper, probably because of differential effects of the C substrates on soil energy supplies and enzyme activities. The addition of C substrates to soils also reduced plant growth compared to the unamended control soil, but less so in soils amended with a tannin than those amended with other substrates. Carbon substrate diversity effects saturated at low diversity levels, tended to have neutral or negative effects on ecosystem functions, and depended strongly on which C substrates were added. It increased CRP compound use but had little effect on other measures of the soil microbial community. Overall, results showed that the chemical nature of C substrates added to soil, and sometimes their diversity, can affect the soil microbial community and soil chemistry, which subsequently affect other ecosystem processes such as decomposition and plant growth. The identity and diversity of substrates that plants add to soil may therefore have important consequences for both above- and belowground ecosystem functions.     

稀土尾矿区土壤重金属污染与优势植物累积特征

矿山废弃地不仅占用大量土地,而且还是严重的污染源,因此,矿山废弃地的生态恢复己成为一项紧迫而重要的研究课题。对广东省河源市和平县下车镇内的稀土矿区土壤的重金属污染情况进行调查,并对该区优势植物对重金属的富集特征进行分析,以期对稀土尾矿区的生态系统的恢复和重建提供理论依据。主要研究的3种植物分别是：马唐草（Digitaria sanguinalis）,香根草（Vetiveria zizanioides）,望江南（Cassia occidentalis）。采用原子吸收分光光度法测定稀土矿区废弃地土壤和植被中Mn、Pb、Zn的含量,并计算优势植物对重金属的生物富集系数BAC（Biological Accumulating Coefficient）和生物转移系数BTC（Biological Transfer Coefficient）。结果表明：研究区域的土壤中重金属含量Mn、Pb、Zn的平均含量均超出广东省土壤背景值和中国土壤背景值,土壤受Mn污染最严重,其次是Pb、Zn的污染。3种草本植物对于Pb的BAC和BTC均小于1,说明这3种植物对Pb的富集和运输能力都很弱。香根草对于Mn和Zn的BAC分别为0.9和0.4,小于1,BTC分别为3.7和1.1,大于1,说明香根草对Mn和Zn的富集能力不强,但吸收后的运输能力很强。马唐草和望江南2种植物对于Mn和Zn的BAC和BTC均大于1,说明它们对重金属Mn和Zn具有较强的吸收和转移能力,是Mn和Zn的超富集植物。马唐草覆盖率高,抗病虫能力强,可作为该矿区生态恢复的先锋植物,望江南可以间作种植。     

芜湖市郊土壤污染对土壤动物群落结构的影响

研究表明，芜湖市郊农田土壤动物群落的组成与数量随污染程度的加重而减少，土壤动物密度也呈同样的变化趋势，特别是中小型土壤动物，优势类群数量发生较大消长，常见类群和稀有类群的组成逐渐减少．多样性指数H与重金属污染程度之间关系因受到季节的影响而变得复杂：冬季和初夏污染较重样地优势类群数量减少，群落均匀性指数E增加而优势度指数C减小，多样性指数H较高；而春季处于过渡阶段，某些类群(如螨类)数量爆发，C增高，H较小．土壤动物群落密度一类群指数DG随污染加重而减小．受到重金属污染的农田土壤动物的表聚性减弱，甚至出现逆分布现象．图1表4参15     

不同生态区土壤溶磷微生物的分布特征及影响因子

研究了盐渍区、重金属污染区和磷矿区土壤中溶磷微生物的数量、组成及与部分土壤化学因子的关系。结果表明,溶磷微生物在不同生态区土壤中的分布各不相同,磷矿区土壤中溶磷微生物数量和种群丰度普遍高于重金属污染区和盐渍区,但优势种属间数量差异不明显。重金属污染土壤中溶磷细菌比例较高,但种群单一,主要以巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)为优势种,重金属污染区溶磷细菌比例与土壤重金属综合污染指数呈显著正相关(P<0.01),溶磷细菌丰度与有机质含量呈显著正相关(P<0.05)。盐渍土中溶磷细菌比例小,优势种群为巨大芽孢杆菌、假单胞杆菌属(Pseudomonassp.)和黄单胞杆菌属(Flavobacteriumsp.),其数量和种群丰度分别与有机质和有效磷含量呈显著相关关系(P<0.05)。     

农田土壤镉生物有效性及暴露评估研究进展

随着工业化和城市化进程的发展,我国在农田土壤污染领域面临较大挑战,其中镉(Cd)为最优先控制元素之一。农田土壤Cd污染风险类型为健康风险,其主要暴露途径为经土壤-植物系统,并经膳食进入人体。在当前的土壤Cd风险评估中,一般不考虑生物有效性问题,这使得风险评价中实际暴露评估的不确定性普遍偏高。所以,近年来欧洲国家有许多研究者提出将生物有效性因素放在土壤污染物风险评价框架内。基于此,本文立足于农田系统,并从土壤、植物、污染物及环境因素等4个方面详细综述了农田土壤Cd生物有效性的影响因素及其作用机理。其次,分别综述了近年来土壤Cd生物有效性预测模型和土壤Cd膳食暴露评估模型研究进展。最后,分析了我国土壤重金属风险评价中存在的不足,并对农田土壤Cd暴露评估发展态势和研究方向进行了初步预测,以期为农田土壤Cd健康风险评估及安全基准研究提供一定参考。