山地土壤微生物地理分布格局及其驱动机制

土壤微生物不仅是陆地生态系统的重要组成部分,也是地上、地下过程与功能有机结合的重要纽带。分子生物技术的发展以及土壤微生物分离和鉴定准确性的提高,推动了土壤微生物生物地理学的不断发展,但宏观尺度上的格局特征与区域规律尚未揭示。本文集成分析了全球不同气候带、不同植被类型的土壤微生物群落组成（生物多样性）沿海拔梯度的地理分布格局,发现在全球尺度上并无一致规律,线性（递增或递减）、非线性（单峰或双峰）、无固定趋势3种地理格局并存。植被类型、植物多样性、土壤pH及其它物理化学性质、气候等各种因素,都有可能决定某一地区的土壤微生物多样性的海拔梯度分布格局。全球尺度上的现有数据分析发现,海拔跨度和气候的影响较为明显,二者实际上综合反映了大尺度上气候决定着山地土壤微生物的地理分布格局,这与传统的生物地理学观点是一致的,其它生态环境因子如地理坐标、植被类型、土壤微生物类型、土壤pH等的影响处于从属地位。然而,当前山地土壤微生物生物地理学的研究仍有较多局限性,全球更多山地、更大海拔跨度的土壤微生物研究、更精确的微生物分离鉴定技术、更多样的环境与生物驱动因素分析,以及更多现代生物地理学研究方法的使用,将有助于土壤微生物地理分布格局的深入研究,及其与气候、土壤和生态系统关系的深入挖掘,这对深刻认识土壤微生物的空间分布规律,从而更好地开发和利用土壤微生物资源,具有重要的理论与实践意义。     

山地:自上而下的变化

山地不仅为全球60多亿人口提供了必需的生境和包括水资源在内的各种资源,而且可以使我们深入地了解全球人类的生境是如何发展的、全球气候发生变化时它又是如何响应的、以及气候突变是如何引起全球生物退化和经济衰退等这样的环境问题.在全世界60多亿人口中,至少有6亿人生活在山区.山区同时又是世界上哺育其他数十亿人口的主要河流的发源地.在河谷流域中,至少有一半人的生活用水部分或者全部依赖于山区的冰雪融水.由于人类活动致使大气组成成分发生变化,引起全球气候不断变暖,从而导致冰川的不断退缩.许多冰川已经或正在消失,这将严重威胁全球城市用水需求.全球温度升高在高纬地区表现得最为明显,从而使得像格陵兰和南极大陆的一些大冰盖变得非常脆弱.北半球冰川的剧烈消融又产生了许多其他的问题:如挪威海湾流的减弱,斯堪的纳维亚半岛和北欧气候的大规模变化等.在生物海洋中,山地是一些生物岛,特有的物种生态型很多.全球气候变暖,使环境的变化已超出了这些山地物种特有生态型的适应范围,致使这些物种特有生态型不能适应环境的改变而对所有类型的病害都很脆弱.这一过程是系统性的衰退,在越来越多暴露于极端气候条件下的山坡上表现得非常明显.现在我们注意到,随着气候变化的累积,植物的死亡率与发病率也不断增加.山区尤其清楚地反映出全球气候突变的严重性.尽管目前的美国政府对一些建设性的建议和措施持强硬立场,但我们还是能够而且必须对此做出应对.     

低纬与高纬地区的山地生物多样性格局

本文从不同的时间尺度、空间尺度以及功能上对山地的生物多样性进行了讨论.尽管物种丰富度通常是自然保护所关注的主要内容,物种的遗传多样性也同样重要.热带安第斯山脉中像Calceolaria和Bartsia等物种的小面积分布同在一些高纬度山区(如斯堪的斯[Scandes]山脉)物种的分布情况形成强烈的反差,在高纬度山地中物种分布较广且很多为环极地的.近年来对高山植物进行分子层面的研究表明,种内的遗传多样性随纬度的升高有增加的趋势,这可能是由于冰川历史上物种分布的反复扩展与收缩所造成的.在热带山区,物种的分布在地理上狭窄得多,而这也常常是相对较晚时期物种发生局地分化的结果.因而从赤道到极地地区,尽管物种丰富度在不断减少,而遗传多样性却呈现出增加的趋势.最后,我们对低纬度山区和高纬度山区(热带安第斯山脉和斯堪的斯山脉)的生态系统多样性所做的对比研究表明,两者景观在树线过渡带、雪盖分布和气候条件等方面有着很大的差异,同时全球变化对两者所造成的影响也千差万别.     

秦岭自然保护区群可持续发展途径探析

秦岭是我国南北地质、气候、生物、水系、土壤等五大自然地理要素的天然分界线和交汇带,生物多样性极为丰富,被称为世界少有的"生物基因库",在生物多样性的保护上具有十分重要的意义.目前秦岭陕西段已经形成国际著名的以保护野生动物、森林生态系统为重点的自然保护区群,但多年以来保护区的建设管理工作一直存在很多问题.因此,如何有效地促进保护区建设,实现保护区群的可持续发展成为秦岭山地自然保护区面临的一个重要问题.     

环境地学

土壤是地上生物的载体和介质,又是地下生物的生活场所,同时也是地上生物和地下生物的联系纽带土壤通过对全球变化的贡献来影响生物多样性土壤又是温室气体的源和汇。由于人类活动的影响.土壤生态系统的正常的碳、氮循环过程和速率受到破环,消弱了土壤作为温室气体的汇的功能。土壤通过其内部一系列物理的、化学的和生物的作用及土地利用方式的改变不断地向大气排放温室气体。大气中温室气体的增加,将导致气温升高,全球气候变暖,极地与高山冰川融化,海平面上升,大气与水分循环模式和洋流模式发生变异,进而造成水热分配和生境要素的重新组合,…     

气候变化对植物及植被分布的影响研究进展

准确预测气候变化对植物及植被分布的影响趋势对于科学认识气候变化对生物多样性的影响和对策制定具有重要的意义。近年来,气候变化对植物及植被分布影响研究在我国广泛展开。文章对这些研究所采用的气候情景、预测方法和气候变化等对植物及植被分布的影响趋势进行了总结分析,对存在的问题进行了讨论,对未来的趋势提出了若干展望。总体上,目前所用气候情景比较单一、不同预测方法比较研究不够,对土壤和生物因素考虑不充分、涉及植物种类太少。气候变化将使一些植物分布范围减少、甚至消失,而使另一些植物分布范围则会扩大。未来研究应加强气候情景改进和不同方法的比较研究,充分考虑土壤和生物等因子、加强预测方法检验,同时开展植物物种多样性和丰富度对气候变化响应方面的研究。     

三峡库区消落带落羽杉人工林土壤细菌群落结构多样性及动态变化

消落带是连接陆地与水域的交错地带,具有重要的生态功能,其适生木本植物的种植对消落带土壤的生物地球化学循环起着重要的作用.为探究适生植物对三峡库区消落带环境的适应机制,采用高通量测序技术对消落带退水后适生植物落羽杉(Taxodium distichum)不同生长时期(T1:5月、 T2:7月和T3:9月)的土壤细菌群落组成及多样性进行研究,同时采用PICRUSt2对细菌功能进行预测.结果表明,土壤pH值、硝态氮、铵态氮、土壤蔗糖酶、磷酸酶和脲酶等理化指标随时间变化显著(P<0.05);土壤细菌多样性、丰富度和结构也随时间变化而变化,除Chao1以外,根际土壤细菌的α多样性均表现为：T1>T2>T3,非根际土壤细菌α多样性则表现为：T3>T1>T2. RDA分析表明,影响细菌群落的理化指标主要有土壤pH值、脲酶、铵态氮和硝态氮.所有土壤样本中共检测到细菌60门,其中以变形菌门和酸杆菌门为优势细菌门.根据PICRUSt2预测,代谢是落羽杉土壤细菌群落中普遍存在的基本功能,与C、 N和P有关的各代谢途径存在一定的时间差异.以上研究结果有助于加深对三峡消落带植被修复...     

《生物多样性公约》与中国的生物多样性保护

生物多样性，是指地球上所有生物———植物、动物和微生物及其生存环境所构成的综合体。它包括生态系统、物种和基因三个层次的多样性。生物多样性是地球上生命经过几十亿年发展进化的结果，是人类赖以生存的物质基础，为我们提供了所需要的全部食品、许多药物和工业原料，具有重要的艺术、美学、文化、科学、旅游价值。生物多样性还有其重要的环境功能，主要表现在固定太阳能，调节水及气候、防止水土流失、吸收分解污染物，贮存营养元素促进养分循环和维持进化过程等。８０年代以来，生物多样性的保护和可持续利用逐渐引起国际社会普遍关…     

世界山地:21世纪脆弱的"水塔"

山地作为"天然水塔"在周围低地的生存和发展中扮演者重要的角色.对于世界上的很多干旱和半干早地区更是如此,因为那里的山区来水可以占到径流总量的50%～90%.然而在这些水资源日益紧缺(特别是农业用水紧缺)的地区,利用我们现有的山区水文方面的知识来进行可持续的水资源管理与脆弱性评价仍面临着很大的困难.IPCC报告中指出,如果大气中的CO2增加1倍,那么全球增温幅度最大的地区将会包括从北极和亚北极的低海拔地区到热带亚热带的高山区的广大区域.计划中的GCOS气候站点并未达到这样的高度,尽管这里温度变化较大,拥有许多生态系统敏感而脆弱的高峰.全球范围内,山区居民超过了7亿,其中有6.25亿是在发展中国家.而这6.25亿人中约有一半人,当食物供给没有保障时是非常脆弱的,其后果可能会是向外移民或者对山地生态系统进行过度开发.而这些生态系统的过度开发最终会对自然环境,特别是水资源,产生负面的效应.迫切需要开展一些新的研究项目,建立高山观测站点,以深入了解各种正在发生的自然过程和人文过程及其对相邻低地所产生的影响.     

土壤多功能性对微生物多样性降低的响应

土壤微生物群落在驱动多种生态系统功能和生态过程中发挥着重要作用,是维持生物地球化学循环的主要驱动力.鉴于全球背景下观察到土壤微生物多样性随着土地利用集约化、气候变化而降低的现象,对土壤微生物多样性的减少是否会对土壤多功能性产生影响进行调查显得尤为重要.利用稀释灭绝法构建土壤微生物多样性梯度,结合高通量测序等技术手段,探究细菌、真菌和原生生物多样性降低对土壤多功能性的影响.结果表明,与未灭菌土壤相比,稀释处理土壤微生物α多样性（丰富度指数和香农指数）显著降低.主坐标分析（PCoA）表明,未灭菌土壤微生物群落结构与稀释处理土壤存在显著分异,而且细菌和真菌群落对稀释处理的响应高于原生生物.回归模型显示,土壤多功能性与微生物多样性指标呈显著的负线性关系,表明土壤微生物群落变化是调节土壤多功能性的关键因素.其次,通过集成推进树（ABT）和回归模型预测分析发现,一些特定的微生物类群如真菌短柄菌属（Solicoccozyma）、瓦湖胶珊瑚菌（Holtermanniella）和细菌属Rudaea相对丰度与土壤多功能性显著负相关,说明关键微生物类群在生物过程中发挥了指示性作用.进一步通过结构方程模型揭示,细菌、真菌和原生生物多样性都对土壤多功能性存在直接或间接影响,其中细菌是驱动土壤多功能性变化的关键生物因子.研究为土壤微生物多样性对土壤多功能性的影响提供了试验证据,并认为在单一农业生态系统中维持一定的土壤微生物群落多样性,特别是关键微生物类群的多样性对未来生态系统功能的可持续发展具有重要意义.