苔藓植物资源保护利用中的生态环境效应研究进展

苔藓植物资源丰富、种类繁多、分布广泛,是一类以孢子繁殖,由水生向陆生过渡的高等植物。苔藓植物的结构相对简单,对环境变化的反应较为敏感,被广泛应用为环境污染的指示植物。苔藓植物生长与所处的环境有关,而它的生长对土壤结皮形成、水土保持、生态小环境改善等方面又发挥着重要的促进作用。综述了苔藓植物的资源分布、苔藓植物对环境污染的响应、苔藓植物的生态效应等方面的研究进展,但是目前的研究领域及其研究角度还存在着各自的不足。随着经济建设快速发展,世界各地大量的矿山开采、水电开发等工程建设对土地、自然环境的破坏日益严重,非农业建设以及农产品需求不断增加造成了农田的生态结构与功能发生着不断变化。针对各地经济社会发展以及城乡建设现状,积极开展工程建设领域以及农田生态系统苔藓植物的生态环境效应研究是今后值得十分重视的研究方向。     

海拔梯度上的植物生长与生理生态特性

环境是植物生存和发展的条件,在各种不同的生境中聚生着特定的植物种类.全球气候变化迅速而显著地改变着高海拔地区的生态环境,这必将导致山地植物生理生态适应性、分布界限等发生变化,这些变化反过来又会对气候变化造成深远影响.因此,研究山地植物的生理生态特性,揭示其对全球气候变化的响应和适应性,具有重要的现实与科学意义.海拔梯度由于包含了温度、湿度、光照等诸多环境因子的剧烈变化而成为了研究植物对全球气候变化响应的理想区域.随着海拔升高,气温下降、大气压及CO2分压降低、光强增加等,植物的生态和生理特征将产生巨大的变化,可能影响到植物种类在海拔梯度上的分布、植物群落的结构组成.一些亟待回答的问题包括:全球气候变化将如何影响高山植物的生长环境?环境变化如何影响植物生理生态适应性?植物群落的分布、结构和组成将发生哪些变化?这些变化又将怎么样影响气候进一步变化?众多的研究报导了树木的生理生态特征、生长速率和生产力等对海拔的响应.本文在总结前人研究的基础上,系统地综述了海拔梯度上温度、水分、光照、土壤等环境因子的差异对高山植物的生长及生理生态特性的影响,以及植被分布的变化,旨在阐明植物对全球气候变化的行为与生理生态响应,以期为该领域的深入研究提供参考.     

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。     

康禾自然保护区森林苔藓植物丰富度对地形因子的响应

为揭示森林苔藓植物分布和丰富度对地形因子的响应,在广东东部康禾保护区内设置6 hm~2样地调查苔藓植物及坡向、坡度和凹凸度等地形因子,分析地形因子与苔藓植物丰富度的关联及不同地形梯度下苔藓植物群落组成和物种丰富度的差异。样地内共记录到苔藓植物25科36属47种(含3变种),其中苔类15种,藓类32种。多响应置换过程分析表明,不同的坡度和坡向分组中苔藓植物群落组成不存在显著差异,而在不同凹凸度间的群落物种组成则存在显著差异。Kruskal-Wallis非参数的方差检验及相关性分析则表明,坡向和坡度对苔藓植物丰富度的影响不存在显著的梯度效应,而凹凸度不仅与苔藓植物丰富度表现出显著的线性相关,而且还存在显著的强梯度效应,表现为随凹凸度的增大苔藓植物丰富度呈显著下降的趋势。苔类和藓类对地形因子的响应各不相同。与坡向相关的潜在直射光入射辐射(PDIR)对苔类植物丰富度的影响强于对藓类植物丰富度;而凹凸度对苔类和藓类植物的分布和丰富度变化均有显著的影响,且呈现很强的梯度效应。这些结果反映出苔类植物丰富度对与坡向相关的热量变化较为敏感,而无论是苔类还是藓类植物均对与水分条件相关的凹凸度变化敏感。本项研究揭示了森林苔藓植物分布和丰富度对地形因子的响应,可为区域生物多样性保护和苔藓植物相关的生态学研究提供重要的参考。     

畜禽抗生素对植物的生态毒理效应综述

随着畜禽规模化养殖的发展,畜禽抗生素用量不断增加,且随着畜禽粪便扩散到土壤、水体中;植物吸收、积累并转化抗生素,从而对植物生长和生理代谢产生影响。本文综述了畜禽抗生素应用及污染现状,详述了近年来四环素类、磺胺类和喹诺酮类等畜禽抗生素对大田作物、蔬菜果树、湿地植物、农田杂草、水生植物及藻类的种子萌发、根、叶的形态和生理代谢的生态毒理效应的研究进展,着重综述了畜禽抗生素对这些植物光合作用和抗氧化系统的生态毒理效应的研究进展。以期为污水的植物修复、粮食蔬菜的生物安全以及生态环境安全提供科学依据。     

农药对农田蜘蛛生态效应的研究进展

农药对农田蜘蛛的生态效应是进行农田害虫综合防治的生态学基础.本文综述了农田蜘蛛接触和吸收农药的主要途径、农药对蜘蛛的生态效应、蜘蛛对农药的抗性以及农药对蜘蛛的致死效应等研究现状.关于农药对农田蜘蛛亚致死效应的研究,特别是分子、生化、生理、行为等方面的异常,国内外报道不多,因此这方面的研究工作有待于进一步加强.参47     

西北生态脆弱区输变电工程植被恢复技术体系构建

为了实现西北生态脆弱区输变电工程在建设过程中的生态植被保护,提升该区域输变电工程植被恢复效率、降低生态环境恢复成本、为电网绿色高质量可持续发展提供技术支撑,亟需开展西北生态脆弱区输变电工程植被恢复机制研究。采用现场调查和理论比选的方式,针对西北生态脆弱区的植被生长不利条件,开展土体适生植物选取配置研究。同时完成了针对土质丘陵区和土石山区的适生植物选取以及植生基质的调配工作,成功配置出土质丘陵区和土石山区适生植物;针对当地工程区现场条件,提出适用于各典型生态脆弱区输变电工程植被快速恢复的技术体系。通过对被破坏区域植被进行有效地恢复,最大限度地减少输变电工程建设过程中的环境污染和生态破坏,重新恢复当地原有自然生态系统的稳定性和完整性,使电力能源输送与环境保护协调发展。     

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.     

广东康禾自然保护区地面苔藓种群分布与格局分析

种群分布格局是植物群落的重要特征,研究种群分布格局是理解植物群落形成和构建的基础。采用Poisson数学模型和方差均值法检验广东康禾自然保护区地面苔藓种群分布格局的类型,利用双向轨迹方差法(TTLQV)分析其格局变化。结果显示,研究区苔藓植物整体呈集群分布,优势种东亚拟鳞叶藓(Pseudotaxiphyllum pohliaecarpum)平均拥挤指数最高(m*=13.04),聚块性指数最低(m*/m=1.15),细叶小羽藓(Haplocladium microphyllum)和细指苔(Kurzia gonyotricha)的平均拥挤指数次之,分别为11.85、10.00;而非优势物种树生扁萼苔(Radula obscura)和长叶羽苔(Plagiochila flexuosa)聚快性指数最高,分别为14.79、14.45;说明优势物种的种间竞争更强烈,非优势物种分布更聚集。种群格局变化表明,研究区苔藓植物的格局规模以小斑块聚集居多,如细指苔、神山细鳞苔(Lejeunea eifrigii)、东亚拟鳞叶藓及南方小锦藓(Brotherella henonii)等多个物种在区组4、5、15、22、24呈现斑块聚集,其格局规模的差异可能与苔藓植物的生存策略和生长环境密切相关。苔类植物与苔藓植物的整体格局变化更接近,在区组4都呈大斑块聚集,整体为镶嵌格局;而藓类植物在区组5、16、22均有较大的峰值波动,为大斑块聚集;说明苔类植物优势种群组在群落中占主导地位。不同苔藓物种呈现不同的格局变化,主要受其生物学特性与种间竞争的影响,生境异质性则是其集群分布的主要原因。     

土壤中稀土元素的生态毒性研究进展

为了解稀土元素对农田生态系统的影响,综述了近几十年来国内外有关土壤稀土元素生态毒性的研究进展,包括土壤稀土元素的主要来源途径,稀土元素对农田生态系统中植物、动物和微生物生长、发育、繁殖的影响。高浓度的稀土元素会破坏植物细胞膜的性质和结构,影响植物的抗氧化系统,扰乱植物对矿质营养元素的正常吸收和利用,诱使植物细胞发育不良、染色体畸变等现象发生。稀土元素可影响动物的消化、呼吸、生殖、神经、血液和免疫系统等。稀土元素对土壤微生物数量、种类、群落结构与功能多样性等均有影响。探讨了土壤稀土元素的生态毒性诊断方法,目前常见的植物毒性诊断法、蚯蚓毒性诊断法、土壤微生物诊断法、生物标记物诊断法和遗传毒性诊断法等可用来诊断土壤中稀土元素的生态毒性。提出了以后开展土壤稀土元素生态毒性研究应加强的方面:在群落、个体和细胞水平上研究稀土元素对土壤动物和微生物的影响,加强稀土元素生态毒性诊断新方法和新技术的探讨,进行稀土元素生物有效性与土壤因素关系的研究等。     

Contrasting effects of engineered carbon nanotubes on plants: a review

Rapid surge of interest for carbon nanotube (CNT) in the last decade has made it an imperative member of nanomaterial family. Because of the distinctive physicochemical properties, CNTs are widely used in a number of scientific applications including plant sciences. This review mainly describes the role of CNT in plant sciences. Contradictory effects of CNT on plants physiology are reported. CNT can act as plant growth inducer causing enhanced plant dry biomass and root/shoot lengths. At the same time, CNT can cause negative effects on plants by forming reactive oxygen species in plant tissues, consequently leading to cell death. Enhanced seed germination with CNT is related to the water uptake process. CNT can be positioned as micro-tubes inside the plant body to enhance the water uptake efficiency. Due to its ability to act as a slow-release fertilizer and plant growth promoter, CNT is transpiring as a novel nano-carbon fertilizer in the field of agricultural sciences. On the other hand, accumulation of CNT in soil can cause deleterious effects on soil microbial diversity, composition and population. It can further modify the balance between plant-toxic metals in soil, thereby enhancing the translocation of heavy metal(loids) into the plant system. The research gaps that need careful attention have been identified in this review.     

土壤磷素微生物作用的研究进展

土壤中许多微生物(包括菌根真菌)能够通过产生质子和有机酸溶解土壤不溶态无机磷，通过分泌磷酸酶水解有机磷，但微生物的这种作用受土壤供磷与植物对磷需求间平衡的控制。土壤微生物量中的磷是土壤有机磷最为活跃的部分，由于其周转快、极易矿化为植物有效磷而成为土壤有效磷的活性库。目前，测定土壤微生物量中的磷的方法并不统一，而熏蒸提取法的应用最为广泛。文章阐述了土壤微生物在提高土壤磷素有效性磷中所起的作用，介绍了土壤微生物量中的磷周转及其对土壤磷素有效性调节的重要性，并总结分析了熏蒸提取法测定土壤微生物量中的磷的实用性和局限性。     

农业生态系统中同位素示踪技术及发展趋势

在土壤侵蚀研究中，^137Cs、^210Pb和^7Be示踪技术已得到广泛应用，^210Pb主要用在沉积速率的测定及沉积年代的示踪研究上，^137Cs特别适用于大面积的水土流失普查和土壤侵蚀普查，^7Be用于短期内土壤侵蚀研究。在土壤肥效和植物营养元素研究中，常用^13C、^32P和^15N及其化合物示踪定量评价土壤养分，追踪植物对养分的吸收、运转、分配和代谢过程。在环境污染方面，用重金属如Pb、Hg、Cd、Zn等元素的同位素判别污染物质来源，研究污染历史和污染元素在土-水-气-植物中的迁移转化以及在动物有机体内的迁移累积。文章综述了同位素示踪技术在上述方面的应用现状和发展趋势。     

Application of standard statistical methods in the analysis of complex data generated from soil bioassays to assess the impacts of agrochemical-containing sludge amendments

The use of sludge as soil amendment is widely encouraged by its high contents in organic matter and plant nutrients. Nevertheless, agrochemicals potentially present in sludge could be harmful to terrestrial ecosystems. The present work aimed to apply standard statistical methods for suitable assessment of the ecotoxicological impacts of sludge amendments on soil, involving the following factors: the type of treated sludge, their application dose, and their contents in agrochemicals. Terrestrial Model Ecosystems were used to assess the effects of sludge amendments on endpoints from different trophic levels of the soil ecosystem, including an in vitro estrogenic bioassay on soil leachates. Here, we show the significant negative effects of the highest dose of sludge in most of the soil bioassays. Thermally dried sludge increased significantly the microbial activity leading to lower contamination of leachates with endocrine disrupting molecules. Agrochemicals contents of sludge have only significant impacts on increasing the delay of germination of plant seeds. Soil bioassays are thus complementary to sludge chemical analysis when the impacts of its application on soil should be assessed: significant negative impacts were related to the intrinsic composition of sludge rather than its agrochemicals contents. We conclude that standard statistical methods are relevant tools for the analysis of complex data generated from this type of experiment.     

湖南南部铅锌矿区铅锌富集植物筛选研究

在湖南省桂阳县铅锌矿区采用调查和室内分析相结合的方法,采集植物和土壤样品112个,分别测定了土壤和植物样品的铅锌含量,筛选铅锌富集植物。结果表明：矿区土壤铅锌污染十分严重,矿区土壤铅和锌的平均质量分数分别为：2177.22、3165.89 mg·kg^-1。植物样品根系的铅锌质量分数分别为：264.00、666.11 mg·kg^-1,地上部铅锌质量分数平均为165.56、363.87 mg·kg^-1,植物根系的铅锌含量与土壤的铅锌含量呈显著正相关。通过对比分析,以地上部铅质量分数大于450 mg·kg^-1、锌质量分数大于750 mg·kg^-1、转运系数大于1、植物地上部形态高大为筛选条件,筛选出5种铅富集植物分别是：糯米团（Hyrtanandra）、水蓼（Polygonum hydropiper）、酸模（RumexacetosaLinn）、毛叶堇菜（Viola verecumda A.Gray）、地榆（Garden Burnet Root）;3种锌富集植物分别是：鬼针草（Bidens pilosa L.）、博落回（Macleaya cordata（Willd.） R. Brown）和糯米团;糯米团茎叶的铅锌质量分数分别为635.48、919.51 mg·kg^-1,可作为铅锌复合污染土壤修复的备选植物品种。     

Divergent composition but similar function of soil food webs of individual plants: plant species and community effects

Soils are extremely rich in biodiversity, and soil organisms play pivotal roles in supporting terrestrial life, but the role that individual plants and plant communities play in influencing the diversity and functioning of soil food webs remains highly debated. Plants, as primary producers and providers of resources to the soil food web, are of vital importance for the composition, structure, and functioning of soil communities. However, whether natural soil food webs that are completely open to immigration and emigration differ underneath individual plants remains unknown. In a biodiversity restoration experiment we first compared the soil nematode communities of 228 individual plants belonging to eight herbaceous species. We included grass, leguminous, and non-leguminous species. Each individual plant grew intermingled with other species, but all plant species had a different nematode community. Moreover, nematode communities were more similar when plant individuals were growing in the same as compared to different plant communities, and these effects were most apparent for the groups of bacterivorous, carnivorous, and omnivorous nematodes. Subsequently, we analyzed the composition, structure, and functioning of the complete soil food webs of 58 individual plants, belonging to two of the plant species, Lotus corniculatus (Fabaceae) and Plantago lanceolata (Plantaginaceae). We isolated and identified more than 150 taxa/groups of soil organisms. The soil community composition and structure of the entire food webs were influenced both by the species identity of the plant individual and the surrounding plant community. Unexpectedly, plant identity had the strongest effects on decomposing soil organisms, widely believed to be generalist feeders. In contrast, quantitative food web modeling showed that the composition of the plant community influenced nitrogen mineralization under individual plants, but that plant species identity did not affect nitrogen or carbon mineralization or food web stability. Hence, the composition and structure of entire soil food webs vary at the scale of individual plants and are strongly influenced by the species identity of the plant. However, the ecosystem functions these food webs provide are determined by the identity of the entire plant community.     

土壤多环芳烃污染根际修复研究进展

多环芳烃(polycyclicaromatichydrocarbons,PAHs)是环境中普遍存在的具有代表性的一类重要持久性有机污染物,具“三致性”、难降解性,在土壤环境中不断积累,严重危害着土壤的生产和生态功能、农产品质量和人类健康。修复土壤多环芳烃污染已成为研究的焦点。根际修复是利用植物-微生物和根际环境降解有机污染物的复合生物修复技术,是目前最具潜力的土壤生物修复技术之一。对国内外学者近年来在土壤多环芳烃污染根际修复的效果、根际修复机理和根际修复的影响因素方面的研究进展作了较系统的综述,并分别分析了单作体系、混作体系、多进程根际修复系统和接种植物生长促进菌根际修复系统对土壤多环芳烃的修复效果。指出根际环境对PAHs的修复主要有3种机制:根系直接吸收和代谢PAHs;植物根系释放酶和分泌物去除PAHs,增加根际微生物数量,提高其活性,强化微生物群体降解PAHs。并讨论了影响根际修复PAHs的环境因素如植物、土壤类型、PAHs理化性质、菌根真菌以及表面活性剂等。植物-表面活性剂结合的根际修复技术、PAHs胁迫下根际的动态调节过程、运用分子生物学技术并结合植物根分泌物的特异性筛选高效修复植物以及植物富集的PAHs代谢产物进行跟踪与风险评价将成为未来研究的主流。     

植物根系对土壤抗侵蚀能力的影响

植物根系增加土壤的抗侵蚀能力主要通过两种方式一是通过根系在土体中交错、穿插,网络固持土壤;二是通过改善土壤的物理性质,提高土壤自身的水力学性质,从而增强土体的抗侵蚀能力.植物根系能明显增强土壤的抗冲性、土壤的渗透性及土体的剪切强度等水力学性质.根系在提高土壤抗侵蚀能力、防止土壤侵蚀方面具有重要作用.     

植物根际微生态区域中铝的环境行为研究进展

铝毒是酸性土壤(pH<5.0)中影响植物生长的重要因素.根系环境中的铝离子可影响矿物营养的获取,增加植物对铝胁迫的风险.植物通过根系分泌有机酸、生物酶和其他物质来解除或减轻铝的毒害.从铝胁迫对根系分泌系统的影响、根际微环境中铝的毒理效应和根际微环境中铝的抗毒机制等3个方面对植物根际微生态区域中铝的环境行为研究进展进行了综述,并对今后该领域的研究方向进行了展望.