丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza,AM)真菌,能够与大多数高等植物根系形成有益共生体,调控退化生态系统的恢复与重建。文中综述国内外有关"AM真菌-根系-土壤"之间耦合的主要研究成果,揭示AM真菌调控植物生长与土壤修复的微生物机制,并展望AM菌根研究与应用的未来方向,旨在为退化生态系统恢复重建提供新的理论视角。"AM真菌-根系"界面上的耦合,主要通过菌丝桥的形成,促进植物水、碳、氮及磷等物质的代谢过程,调控植物激素分泌、抗旱性、耐盐性、抗病性等生理生化过程,从而促进植物生长、调节同种或异种植物之间的竞争以及促进植物群落的演替与恢复;"AM真菌-土壤"界面上的耦合,能够促进土壤团聚体形成、球囊霉素蛋白分泌以及增加土壤有机养分,改良土壤理化性质及活化土壤养分,调控土壤生物生态学过程,从而促进植物生长。因此,"AM真菌-根系-土壤-植物"之间形成的耦合作用,主要通过菌丝桥形成直接或间接地调控植物的物质代谢、抗性、种间和种内竞争以及土壤理化状况,并促进生态系统的物质循环与能量流动,进而调控植物生长及植被恢复与演替。

冻融过程水热力耦合是寒区水文循环的重要内容,是寒区农业、建筑、生态领域需要迫切解决的问题。本研究对冻土冻融过程、水热力耦合机理研究进行了分析:目前对于水分迁移驱动力大多归结于土壤水势梯度,采用土壤水分特征曲线进行求解,但是这种方法并没有考虑土体温度、土体形变以及土壤的物理特性指标。水热力耦合模型实现了水分、温度、应力之间的耦合,但是水分、温度、应力的变化对土壤特征参数的反馈机制并未体现;在多场作用下的分凝冰形成机理是解决土体冻胀的关键,对该问题有待进行深入研究。同时对目前主流的水动力学模型、刚性冰模型、热力学模型3类耦合模型在适用性和准确性方面进行了讨论。最后,针对目前冻融过程水热力耦合研究存在的问题进行分析并提出研究的构想。

对土壤有机碳作用的综述研究显示:直至20世纪末,对于土壤有机碳的研究主要集中于阐明具不同化学结构有机物质在土壤中的功能,如胡敏酸、富里酸、黄腐酸的化学结构特征及在土壤肥力中的作用。中欧近年的研究则更关注按照有机碳在土壤中的转化特征进行分组,尝试建立这一分组与土壤有机碳功能的关联。按照转化特征,土壤有机碳可分为稳定性有机碳和营养性有机碳两大类型。前者主要指封存于土壤黏粒中的有机碳,很难被土壤微生物分解和矿化。后者主要指通过作物收获后地表及根系残留物、还田秸秆、有机肥施肥进入土壤的有机碳,是土壤有机碳中易于转化的、活跃的组分,也是形成土壤腐殖质和团聚体的主要前体物质。对土壤肥力具有重要意义。多点长期定位试验研究结果显示:土壤有机碳含量实际上表达了土壤中有机碳输入与分解两个过程的动态平衡。当输入量小于矿化量,将导致土壤有机碳含量和土壤肥力下降。当每年输入的有机碳量大于矿化量,土壤有机碳含量会持续上升;直至每年输入量与矿化量相等,土壤有机碳含量不再增加,此时,土壤有机碳含量达到平衡点。在一般农业生产条件下,达到平衡点的时间周期为20—30年。在营养性有机碳投入量过高情况下,这一动态平衡系统也会导致入多出多,达到新的平衡点后,每年会有高量土壤有机物质的矿化,从而引起农田土壤中矿质养分,特别是矿质氮的流失,进入水体及大气环境中。为实现土壤培肥和环境保护双重目标,农田土壤营养性有机碳的投入量应以有机碳的矿化流失不致产生环境风险为宜。新的研究还证实:营养性有机碳进入农田后,在土壤生物作用下分解为一系列短链化合物,再通过生物构建作用与土壤矿物颗粒形成土壤团聚体,并以此对多项土壤肥力性状发挥积极作用。受土壤中腐殖化、有机碳分解等不同过程影响,土壤团聚体持续发生着聚合和崩解,只有持续而丰富的营养性有机碳输入,才能维持土壤中总有机-无机团聚体的稳定度。多点长期定位试验结果揭示:土壤有机碳含量主要取决于气候条件、土壤质地与土地利用类型。在人为因素中,土地利用方式的变化对土壤有机碳含量的影响最大,而施肥、秸秆还田、耕作等农作措施对土壤有机碳含量的影响比较小。耕地土壤上,作物类型不同,其典型的耕作和收获方式不同,收获后存留地表和土壤中的根系残留物数量和质量不同,有机质生成能力不同。在种植有机质消耗性作物时,需要注意在轮作制度中引入有机质增加型作物或施用有机肥料,以保持土壤肥力。

氮(N)、磷(P)是影响生态系统生产力和稳定性的主要养分元素,且N、P循环间具有密切的耦合关系,系统地研究土壤N、P积累转化及其耦合关系随植被恢复的变化,准确揭示土壤N、P有效性及其供应能力随植被恢复的演变规律和机制,对促进退化森林生态系统功能恢复,制定科学有效的N、P管理措施,提高森林生产力和维持生态系统稳定性具有重要的科学意义。基于国内外的研究成果,从植被恢复过程土壤N、P积累转化,土壤N、P耦合与平衡关系的演变及其主要影响因素进行综述,针对目前研究现状提出今后的研究展望。土壤N、P各形态含量及其组成比例随植被恢复而变化,但由于植物生长规律、养分利用策略的差异性和复杂性,土壤(包括微生物)N、P积累转化随植被恢复变化的研究结果仍存在很多不确定性;土壤N、P间相互作用的研究主要集中在施肥试验方面,有关随植被恢复土壤N、P积累转化过程中两者间相互作用的演变规律仍有待于深入研究;土壤N、P积累转化过程及其耦合关系受到植被因子(凋落物、根系及其分泌物)和土壤因子(理化性质、微生物)的影响。不同气候区、不同土壤类型森林生态系统P循环及其调控机制;随植被恢复和全球变化,土壤N、P限制格局是否发生改变,N、P耦合与平衡关系趋于加强或解耦;建立和完善有效预测N、P循环功能耦合的综合模型,特别是将N、P循环间的耦合关系与C循环功能联系起来的模型等不仅是当前森林土壤养分科学管理相关领域亟待解决的科学问题,也是未来森林生态系统可持续经营和管理的研究热点。

为了探讨在酸性赤红壤条件下,大田甘蔗接种丛枝菌根(AM)真菌菌剂对甘蔗根际土壤丛枝菌根真菌种群以及对甘蔗生长的影响,进行酸性赤红壤大田甘蔗接种AM菌剂的试验,初步分析其对根际土壤理化性质、AM真菌种群结构及其对甘蔗生长的效应。结果表明:施AM菌剂能促进甘蔗根系对养分的吸收,特别是对钾的吸收;提高土壤的p H值。原土壤存在4种不同类型的土著AM真菌:A.sp.1、A.sp.2、G.sp.4和G.sp.5,施用AM菌剂和化肥分别影响G.sp.5和A.sp.2种群。此外,凡施复合肥的处理,在根系中检测到较多的DSE有隔菌丝和微菌核。大田甘蔗施用AM菌剂,能增加甘蔗有效茎数,提高产量。

研究菌根对甘蔗的侵染作用具有重要的应用意义。在盆栽灭菌条件下,利用丛枝菌根球囊霉菌株Glomus sp1对甘蔗品种新台糖22号(ROC22)进行接种实验,研究其对侵染甘蔗根系形成菌根的影响。结果表明:Glomus sp1能很好的侵染甘蔗根系,根系有明显的丛枝菌根真菌的菌丝、泡囊和孢子;菌根能促进植株生长,表现在植株高度、叶长、绿叶数和茎径都比对照有明显优势。

【目的】探讨不同气候条件下AM真菌资源与土壤理化性质的关系。【方法】以陕西宁陕、横山的刺槐和小叶杨为材料,分析不同气候条件下植物根际土壤中丛枝菌根(AM)真菌的种属分布,以及土壤因子与其侵染率和孢子密度的关系。【结果】(1)在宁陕、横山的刺槐和小叶杨根际土壤中共分离鉴定出AM真菌22种,分别隶属于球囊霉属(Glomus)、原囊霉属(Archaeospora)、无梗囊霉属(Acaulospora)、巨孢囊霉属(Gigaspora)和盾巨孢囊霉属(Scutellospora),其中球囊霉属(Glomus)为优势属。宁陕、横山小叶杨和刺槐根际土壤中鉴定出的AM真菌种类数目分别为13,13和18,19...

【目的】分析健康生姜(Zingiber officinale Rosc.)和患病生姜样地根际土壤丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza, AM)真菌群落组成,为利用微生态调控手段进行姜瘟病综合防治提供理论依据。【方法】采集广西桂林、柳州和百色三地姜田的健康和患病生姜根际土壤样品10个(健康生姜土壤样品为KJJ2_S、BMJ1_S、LCJ1_S、FGJ_S和NGJ_S,患病生姜土壤样品为KJB2_S、BMB1_S、LCB1_S、FGB_S和NGB_S),采用Illumina MiSeq高通量测序技术,分析其AM真菌的多样性及群落结构,结合冗余分析(RDA)明确AM真菌群落结构与土壤养分含量的相关性。【结果】在97%相似度水平下,所有患病生姜土壤样品的操作分类单元(OTU)数和Chao 1指数均高于健康生姜土壤样品;健康生姜土壤样品的Shannon指数和Simpson指数均高于患病生姜土壤样品,即健康生姜土壤样品AM真菌的物种多样性指数均高于患病生姜土壤样品。在群落组成方面,在属分类水平上,312个OTUs被分为类球囊霉属(Paraglomus)、无梗囊霉属(Acaulospora)、球囊霉属(Glomus)、球囊霉纲未分类属(unclassified_c_Glomeromycetes)和其他类别。冗余分析结果表明,土壤速效P含量对AM真菌群落组成具有显著影响(P0.05);Heatmap图分析结果表明,Paraglomus与有效P含量呈极显著负相关(P<0.01),与有机质含量呈显著负相关。【结论】健康生姜样地和患病生姜样地土壤的AM真菌群落组成存在明显差异,患姜瘟病生姜根际土壤AM真菌的OTUs数和丰度均高于健康生姜根际土壤,但其多样性低于健康生姜根际土壤;不同采样点生姜根际土壤AM真菌的优势种属存在差异,其多样性、丰度及群落组成结构主要受有效P含量影响。

在温室盆栽条件下,以紫花苜蓿(Medicago sativa)为试验材料,分别单独接种幼套球囊霉(Claroideoglomus etunicatum)、根内球囊霉(Rhizophagus intraradices)和这两种丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal, AM)真菌的混合菌剂,并设定pH分别为6.48、5.0和3.0共3个梯度,探究不同pH条件下AM真菌对苗期苜蓿生长的影响。结果表明,随着pH的降低,苜蓿株高、叶片数、叶绿素含量、净光和速率,以及磷(P)吸收和生物量等显著降低,而MDA浓度显著增加。AM真菌的存在可以缓解酸胁迫对植物造成的伤害,与未接种AM真菌处理相比,接种AM真菌的处理均可在一定程度上促进植物生长、 P吸收以及光合作用的进行,并提高超氧化物歧化酶(SOD)活性,降低丙二醛(MDA)浓度,增加植物生物量的积累。其中,以混合接种效果最好,苜蓿株高、叶片数,叶绿素含量、净光和速率、总P含量和生物量分别提高195.53%、332.57%、89.65%、167.42%、915.01%和97.70%(P <0.05)。

【目的】研究漠境AM真菌对宿主沙打旺(Astragalus adsurgens)的作用机理及对根部土壤酶活性的影响。【方法】分别采集陕西靖边、宁夏盐池、内蒙古包头和集宁等4个样地沙打旺根围0~10,10~20,20~30,30~40和40~50 cm等5个土层的土壤样品,研究AM真菌在土壤中的空间分布及其与土壤脲酶、蛋白酶、酸性磷酸酶活性和碱解N、速效P含量的关系。【结果】AM真菌定殖率及孢子密度与样地生态条件密切相关,其中集宁样地孢子密度最高,靖边样地泡囊定殖率最高,包头样地丛枝、菌丝和总定殖率均高于其他样地;孢子密度与AM真菌不同结构定殖率间无显著相关性。土壤酸性磷酸酶活性对孢子密度有极显...

禾草与内生真菌共生不仅会增强禾草的抗逆性,提升宿主农艺性状,还会对食草动物的取食产生影响。内生真菌可以对植物地上性状及地下环境和地下生物产生重要影响。研究发现,内生真菌可以通过改变凋落物的分解速率、根系化学物质的释放、根际沉积物的数量和种类来影响地下环境和生物多样性。内生真菌与禾草共生对于土壤的物理、化学特性以及生物学多样性都会产生影响,并且因禾草的种类、内生真菌菌株和土壤类型等的不同而异。对物理特性的影响主要集中在土壤团聚体结构的影响上,而化学成分的影响主要体现在土壤碳氮量的改变,生物多样性主要包括土壤微生物和动物。本文回顾了禾草–内生真菌共生体对土壤理化性质和功能的响应,目的是阐明宿主土壤生境中共生体和微生物之间相互作用的机制及其功能,为发掘、开发新的禾草–内生真菌共生体以及使用新型禾草–内生真菌共生体来改变土壤微环境提供理论基础。

根系导水率研究在SPAC系统水分传输应用中有重要意义。通过对土壤水分、盐分、养分、温度、质地和寄生生物等多种土壤因素影响根系导水率研究现状的论述与分析,对相关研究进行了总结,认为今后在研究多种环境因素对根系导水率影响的同时,还应考虑时间(包括天、月、年等不同时间尺度)对根系导水率的影响;为推动根系导水率研究的发展,还需要对现有的测定手段进行改进和创新,以方便、快捷、准确地测定根系导水率。

土壤重金属合理采样数目确定和空间变异特征分析是进行土壤重金属相关研究工作的前提和基础，为评估土壤重金属混合样采样数目和空间变异研究进展，通过广泛查阅国内外相关文献，对土壤重金属混合样本数、混合样分样点数目、组间及组内误差与空间变异耦合规律现状及未来研究方向进行了评述。结果表明：目前，已有研究只关注于已知变异单元内正态分布下混合样采样数目的确定，对于已提出的偏态分布下合理采样数目确定方法，均存在着采样数目高估或者低估现象，而且只关注于混合样点合理采样数目确定方法研究；针对不同的误差控制需求、正态或偏态分布、已知或未知变异单元，确定土壤重金属混合样本数及混合样分样点数目方法研究尚未开展；对于采样数据符合偏态或正态分布下，增加土壤混合样、混合样分样点数目与组间误差、组内误差降低趋势关系拐点尚不清楚；土壤重金属混合样本及混合样分样点数目与空间变异耦合规律也尚不明确。因此，识别增加土壤混合样、混合样分样点数目与组间误差、组内误差降低趋势关系的拐点，优化土壤重金属混合样本数、混合样分样点数与土壤重金属总体采样数目的关系，结合空间变异预测模型，构建样本量计算和空间变异识别的耦合模型，揭示土壤重金属混合样本数及混合样分点数与空间变异耦合规律是未来土壤重金属采样数据质量提高及田间采样决策的关键。

[目的]本文旨在利用解磷真菌复合骨炭材料研究其在不同土壤中的重金属修复效果。[方法]首先将3种类型的铅污染土壤(中性黄棕壤、碱性砂壤、酸性红壤)与不同温度烧制后的骨炭进行混合培养45 d后,测定有效磷和有效铅含量,评估骨炭在不同土壤中的修复差异。然后通过种植不结球白菜来确定经骨炭材料修复的铅污染土壤的生物有效性。最后在修复效果最好的土壤中添加复合修复剂确认其应用价值。[结果]骨炭在黄棕壤中促进磷元素释放效果最佳,有效磷含量为对照的64倍,显示其具备良好的铅修复潜力。黄棕壤的pH值呈中性,土壤中的有效磷不会被钙、铁、铝等固定,从而增加了其和铅的反应效率。单独使用骨炭时,200～300℃温度处理的材料修复效果良好。在黄棕壤中种植不结球白菜验证经骨炭修复的铅污染土壤的生物有效性,发现在黄棕壤中添加骨炭与铅的初始质量比为0.5∶1以上的骨炭可以提高不结球白菜对磷的吸收,提高2.0～3.5倍,同时减少不结球白菜对铅的吸收,不结球白菜叶片中铅含量比对照减少70%～80%。在黄棕壤中混施骨炭和黑曲霉对铅固定效果比单独施用效果稍好,有效铅含量降低到14.36 mg·kg~(-1),且培养后黑曲霉保持活性,验证了复合材料的修复潜力。[结论]骨炭和黑曲霉复合材料是针对中性土壤的良好铅修复材料,同时制备骨炭的加热温度以200～300℃为宜。

从土壤微生物生物量、群落结构、活性3个方面综述火对森林土壤微生物群落的干扰作用,深入分析火对土壤微生物群落直接和间接的干扰机制,探讨影响扰动程度的关键火行为指标。提出今后研究中应该着重关注4个方面的问题:通过野外点烧试验,量化火行为指标与扰动程度的关系;通过长期监测,研究火对土壤微生物群落的长期干扰机制;地下火对土壤微生物群落干扰机制;土壤动物、金属氧化物等因素在干扰机制中的作用。