土壤生物多样性对土壤生物群落和功能稳定性的影响研究
摘要：生物多样性对于生态系统稳定性的贡献已成为当前人类关注的焦点。在室内模拟条件下，研究了蚯蚓对加热胁迫下（24 h，50 ℃）土壤生态系统微生物群落和功能恢复的影响。结果表明，加热胁迫对土壤微生物量碳（MBC）、土壤可溶性碳（DOC）有显著影响（P<0.05）。蚯蚓活动能够显著提高土壤MBC的含量。蚯蚓和微生物混施处理的土壤中分离到显著多于单施微生物处理的绿色荧光蛋白标记大肠杆菌，表明蚯蚓活动可以协助外来微生物的迁移、促进微生物在土壤中的定殖。与对照处理相比，蚯蚓和微生物的混施可以显著增加加热胁迫后土壤的MBC和DOC（P<0.05）。加热胁迫后的土壤更加适合蚯蚓的定殖，同时蚯蚓促进加热胁迫后土壤微生物的定殖及其对有机碳的利用率。因而，在未来多变环境变化下，了解蚯蚓在胁迫条件下对土壤生物群落的贡献于揭示土壤生态功能稳定机制具有重要意义。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 材料与方法2
1.1 实验材料 2
1.1.1 供试土壤2
1.1.2 供试蚯蚓的准备2
1.1.3 微生物悬液的准备2
1.2 实验设计 3
1.3 样品采集3
1.4 测试指标及方法3
1.4.1 土壤可溶性碳3
1.4.2 土壤微生物生物量和土壤微生物活性3
1.4.3 细菌与荧光标记大肠杆菌计数3
1.5 数据统计分析4
2 结果分析4
2.1 加热胁迫条件下蚯蚓及微生物对土壤活性碳及微生物学性质的影响4
2.1.1 加热胁迫条件下蚯蚓及微生物对土壤可溶性碳的影响4
2.1.2 加热胁迫条件下蚯蚓及微生物对土壤微生物生物量的影响5
2.2 加热胁迫和蚯蚓活动对土壤中细菌数量的影响5
3 讨论6
3.1 加热胁迫条件下蚯蚓及微生物对土壤活性碳的影响6
3.2 加热胁迫条件下蚯蚓及微生物对土壤微生物生物量的影响6
3.3 加热胁迫和接种微生物对土壤中蚯蚓生物量的影响7
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
> 3.4 加热胁迫和蚯蚓活动对土壤中细菌数量的影响7
致谢7
参考文献7
土壤生物多样性对土壤生物群落和功能稳定性的影响研究
引言
引言 人类活动加剧了全球范围内的环境变化，高强度的集约化农业在保障人类需求的同时，也剧烈改变了农业生态系统内的生物相互作用与资源有效性格局，导致了严重的生态环境问题[1]。而人类的可持续发展依赖于农业土壤生态系统所提供的各种生态系统服务功能。因此伴随着对人类活动下土壤生态功能退化的担心，更多的研究者开始关注土壤生态系统的功能恢复[2][3]。迄今，虽然对于农业土壤生态功能恢复维持中土壤微生物群落所起的作用已有不少研究，但是从土壤食物网整体（即包含土壤动物－微生物的营养级交互作用）探讨土壤生物对生态功能恢复的影响及机制的研究少见报道。同时欠缺有关土壤生物多样性对干扰响应及其对生态系统结构和功能影响的研究。因此，研究胁迫条件下土壤生物多样性对农田土壤生态功能恢复的影响具有较强的应用价值。
土壤生物在食物网各生物类群之间的相互作用，特别是它们之间的正、负反馈作用机制。据报道，蚯蚓的活动可以增加跳虫的丰度和多样性[4]；但蚯蚓的定居使森林地表的微生物生物量明显减少，而下土层中微生物量有所增加[5]。在缺少土壤食物网高营养级捕食者的情况下，线虫的存在将增加微生物生物量及其呼吸作用。土壤生物多样性则是指土壤生命体在遗传、种类和生态系统层次上的变化。现有的研究证明，土壤代表着微生物群落的稳定性，也反映土壤生态机制和土壤胁迫对群落的影响。Griffiths等用氯仿熏蒸法进行部分杀灭微生物，以降低土壤微生物多样性，结果表明土壤生物多样性最低的情况下，土壤功能（以植物凋落物的分解速率来表示）对热胁迫和铜胁迫的恢复力最低。
蚯蚓是土壤生物多样性的重要组成，也在土壤碎屑食物网内占有重要的功能地位。蚯蚓能够对许多决定土壤肥力的过程产生重要影响，被称为“生态系统工程师”。蚯蚓的运动、取食和排泄等生命活动能显著影响土壤的物理、化学和生物学等多方面的性质。蚯蚓在生态系统中既是消费者、分解者，又是土壤生态过程的调节者。对土壤物理性质的影响主要包括水分渗漏、土壤孔隙和通气性的改变[8][13]；对土壤化学性质的影响主要包括对有机物料的分解及养分的释放[9][10]；对土壤生物性质的影响主要包括土壤微生物群落结构、生物量及活性的改变。短期内（少至几小时或几天），蚯蚓可显著促进养分的矿化，并提高土壤有效态养分的含量[11][12]；长期内（多至几年），蚯蚓可以提高有机养分在稳定性团聚体的分配量[13]。蚯蚓还可以通过新陈代谢活动直接向土壤中释放养分，加速养分的周转。虽然蚯蚓的研究已经有百余年的历史，但是很少有研究涉及蚯蚓在胁迫条件下对土壤生态系统群落和功能恢复的影响。
本研究通过进行室内模拟实验，利用蚯蚓作为土壤生物多样性的模式种，探讨了土壤动物对加热胁迫下土壤生态功能恢复的影响，以期了解胁迫条件下蚯蚓活动对土壤生物群落和土壤生态功能恢复的贡献。研究结果将对于丰富地下生态系统基本理论即保障土壤资源的可持续利用方面具有重要意义。
1 材料与方法
1．1 实验材料
1．1．1 供试土壤 供试土壤为采自江苏省南通市如东县的长江冲积平原灰潮土，美国制土壤质地分类为粉壤土，种植制度为稻麦轮作。土壤基本性状为：土壤pH 8.2、有机碳8.29 gkg1、全氮0.92 gkg1。土壤取样深度为0~20 cm，鲜土采集后，剔除石块、大中型土壤动物及根茬等残体，然后掰碎过5 mm筛，混匀调节土壤含水量为田间持水量的65 %后，置于常温下备用。
1．1．2 供试蚯蚓的准备 实验用蚯蚓为土样采集地当地的优势蚯蚓种威廉腔环蚓（Pheretima guillelmi），蚯蚓采回后，在经过预处理的土壤中预培养一周，待用。每盆钵接种成年蚯蚓8~10条，总生物量为19~21 g，盆钵顶部加800 mm筛网防止蚯蚓逃逸。
1．1．3 微生物悬液的准备 实验所用微生物为荧光蛋白标记大肠杆菌和土著微生物混合悬液。因为培养土壤在处理、过筛过程中慢慢干燥，为了重新获得原始培养土的土著微生物，将置于4 ℃冰箱中保存的新鲜原始土壤制成菌悬液，即称取10 g土壤加入50 ml蒸馏水中，振荡30 min后通过22 μm微孔滤膜过滤，以去除土壤动物。得到的菌悬液随即按1 %比例接种到土壤中。而同时为了表征蚯蚓活动对微生物迁移的协助，我们选择标记有绿色荧光蛋白（green fluorescent protein, GFP）的模式细菌种DH5α大肠杆菌（Escherichia coliDH5α）以下简称：E.coliDH5αGFP，将其与土著微生物悬液混合接种到土壤中。荧光蛋白标记大肠杆菌获取于大学江苏省有机固体废弃物利用重点实验室，该菌在365 nm紫外光下能被激发出肉眼可见的绿色荧光。用含氨苄青霉素的LB液体培养基富集，接种量为1×108 cfug1干土。
1．2 实验设计
本实验采用的是长方体深蓝色塑料盆钵长、宽、高的比例是22 cm×17.5 cm×25.5 cm。
本实验为室内3因子交互实验，三个因子分别为胁迫处理、接种蚯蚓和接种微生物。其中胁迫处理包括2个水平，分别为加热胁迫（Ht）和对照处理（不施加任何胁迫，CK）。在实验进行之前，对一半培养土壤进行加热胁迫，放在50 ℃恒温烘箱中24小时，然后将对照土壤（CK）和胁迫土壤（Ht）分别装盆，每个盆钵内的土壤用塑料板隔开，平均分为内外两层。随即对外层土壤分别进行土壤微生物和蚯蚓的接种，包括4个水平，分别为不接种蚯蚓不接种微生物（CK）；不接种蚯蚓接种微生物（M）；接种蚯蚓不接种微生物（E）；接种蚯蚓接种微生物（EM）。待接种的蚯蚓与微生物稳定（24 h）后立刻将隔板取出，使蚯蚓和微生物在整个盆钵中自由活动。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 材料与方法2
1.1 实验材料 2
1.1.1 供试土壤2
1.1.2 供试蚯蚓的准备2
1.1.3 微生物悬液的准备2
1.2 实验设计 3
1.3 样品采集3
1.4 测试指标及方法3
1.4.1 土壤可溶性碳3
1.4.2 土壤微生物生物量和土壤微生物活性3
1.4.3 细菌与荧光标记大肠杆菌计数3
1.5 数据统计分析4
2 结果分析4
2.1 加热胁迫条件下蚯蚓及微生物对土壤活性碳及微生物学性质的影响4
2.1.1 加热胁迫条件下蚯蚓及微生物对土壤可溶性碳的影响4
2.1.2 加热胁迫条件下蚯蚓及微生物对土壤微生物生物量的影响5
2.2 加热胁迫和蚯蚓活动对土壤中细菌数量的影响5
3 讨论6
3.1 加热胁迫条件下蚯蚓及微生物对土壤活性碳的影响6
3.2 加热胁迫条件下蚯蚓及微生物对土壤微生物生物量的影响6
3.3 加热胁迫和接种微生物对土壤中蚯蚓生物量的影响7
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
> 3.4 加热胁迫和蚯蚓活动对土壤中细菌数量的影响7
致谢7
参考文献7
土壤生物多样性对土壤生物群落和功能稳定性的影响研究
引言
引言 人类活动加剧了全球范围内的环境变化，高强度的集约化农业在保障人类需求的同时，也剧烈改变了农业生态系统内的生物相互作用与资源有效性格局，导致了严重的生态环境问题[1]。而人类的可持续发展依赖于农业土壤生态系统所提供的各种生态系统服务功能。因此伴随着对人类活动下土壤生态功能退化的担心，更多的研究者开始关注土壤生态系统的功能恢复[2][3]。迄今，虽然对于农业土壤生态功能恢复维持中土壤微生物群落所起的作用已有不少研究，但是从土壤食物网整体（即包含土壤动物－微生物的营养级交互作用）探讨土壤生物对生态功能恢复的影响及机制的研究少见报道。同时欠缺有关土壤生物多样性对干扰响应及其对生态系统结构和功能影响的研究。因此，研究胁迫条件下土壤生物多样性对农田土壤生态功能恢复的影响具有较强的应用价值。
土壤生物在食物网各生物类群之间的相互作用，特别是它们之间的正、负反馈作用机制。据报道，蚯蚓的活动可以增加跳虫的丰度和多样性[4]；但蚯蚓的定居使森林地表的微生物生物量明显减少，而下土层中微生物量有所增加[5]。在缺少土壤食物网高营养级捕食者的情况下，线虫的存在将增加微生物生物量及其呼吸作用。土壤生物多样性则是指土壤生命体在遗传、种类和生态系统层次上的变化。现有的研究证明，土壤代表着微生物群落的稳定性，也反映土壤生态机制和土壤胁迫对群落的影响。Griffiths等用氯仿熏蒸法进行部分杀灭微生物，以降低土壤微生物多样性，结果表明土壤生物多样性最低的情况下，土壤功能（以植物凋落物的分解速率来表示）对热胁迫和铜胁迫的恢复力最低。
蚯蚓是土壤生物多样性的重要组成，也在土壤碎屑食物网内占有重要的功能地位。蚯蚓能够对许多决定土壤肥力的过程产生重要影响，被称为“生态系统工程师”。蚯蚓的运动、取食和排泄等生命活动能显著影响土壤的物理、化学和生物学等多方面的性质。蚯蚓在生态系统中既是消费者、分解者，又是土壤生态过程的调节者。对土壤物理性质的影响主要包括水分渗漏、土壤孔隙和通气性的改变[8][13]；对土壤化学性质的影响主要包括对有机物料的分解及养分的释放[9][10]；对土壤生物性质的影响主要包括土壤微生物群落结构、生物量及活性的改变。短期内（少至几小时或几天），蚯蚓可显著促进养分的矿化，并提高土壤有效态养分的含量[11][12]；长期内（多至几年），蚯蚓可以提高有机养分在稳定性团聚体的分配量[13]。蚯蚓还可以通过新陈代谢活动直接向土壤中释放养分，加速养分的周转。虽然蚯蚓的研究已经有百余年的历史，但是很少有研究涉及蚯蚓在胁迫条件下对土壤生态系统群落和功能恢复的影响。
本研究通过进行室内模拟实验，利用蚯蚓作为土壤生物多样性的模式种，探讨了土壤动物对加热胁迫下土壤生态功能恢复的影响，以期了解胁迫条件下蚯蚓活动对土壤生物群落和土壤生态功能恢复的贡献。研究结果将对于丰富地下生态系统基本理论即保障土壤资源的可持续利用方面具有重要意义。
1 材料与方法
1．1 实验材料
1．1．1 供试土壤 供试土壤为采自江苏省南通市如东县的长江冲积平原灰潮土，美国制土壤质地分类为粉壤土，种植制度为稻麦轮作。土壤基本性状为：土壤pH 8.2、有机碳8.29 gkg1、全氮0.92 gkg1。土壤取样深度为0~20 cm，鲜土采集后，剔除石块、大中型土壤动物及根茬等残体，然后掰碎过5 mm筛，混匀调节土壤含水量为田间持水量的65 %后，置于常温下备用。
1．1．2 供试蚯蚓的准备 实验用蚯蚓为土样采集地当地的优势蚯蚓种威廉腔环蚓（Pheretima guillelmi），蚯蚓采回后，在经过预处理的土壤中预培养一周，待用。每盆钵接种成年蚯蚓8~10条，总生物量为19~21 g，盆钵顶部加800 mm筛网防止蚯蚓逃逸。
1．1．3 微生物悬液的准备 实验所用微生物为荧光蛋白标记大肠杆菌和土著微生物混合悬液。因为培养土壤在处理、过筛过程中慢慢干燥，为了重新获得原始培养土的土著微生物，将置于4 ℃冰箱中保存的新鲜原始土壤制成菌悬液，即称取10 g土壤加入50 ml蒸馏水中，振荡30 min后通过22 μm微孔滤膜过滤，以去除土壤动物。得到的菌悬液随即按1 %比例接种到土壤中。而同时为了表征蚯蚓活动对微生物迁移的协助，我们选择标记有绿色荧光蛋白（green fluorescent protein, GFP）的模式细菌种DH5α大肠杆菌（Escherichia coliDH5α）以下简称：E.coliDH5αGFP，将其与土著微生物悬液混合接种到土壤中。荧光蛋白标记大肠杆菌获取于大学江苏省有机固体废弃物利用重点实验室，该菌在365 nm紫外光下能被激发出肉眼可见的绿色荧光。用含氨苄青霉素的LB液体培养基富集，接种量为1×108 cfug1干土。
1．2 实验设计
本实验采用的是长方体深蓝色塑料盆钵长、宽、高的比例是22 cm×17.5 cm×25.5 cm。
本实验为室内3因子交互实验，三个因子分别为胁迫处理、接种蚯蚓和接种微生物。其中胁迫处理包括2个水平，分别为加热胁迫（Ht）和对照处理（不施加任何胁迫，CK）。在实验进行之前，对一半培养土壤进行加热胁迫，放在50 ℃恒温烘箱中24小时，然后将对照土壤（CK）和胁迫土壤（Ht）分别装盆，每个盆钵内的土壤用塑料板隔开，平均分为内外两层。随即对外层土壤分别进行土壤微生物和蚯蚓的接种，包括4个水平，分别为不接种蚯蚓不接种微生物（CK）；不接种蚯蚓接种微生物（M）；接种蚯蚓不接种微生物（E）；接种蚯蚓接种微生物（EM）。待接种的蚯蚓与微生物稳定（24 h）后立刻将隔板取出，使蚯蚓和微生物在整个盆钵中自由活动。
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