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喜旱莲子草原产地和入侵地种群的植物-土壤反馈差异

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生物多样性 2023年第3期31卷 10-18页

作者：沈诗韵潘远飞陈丽茹土艳丽潘晓云复旦大学生物多样性与生态工程教育部重点实验室上海200438 西藏大学-复旦大学生物多样性与全球变化联合实验室拉萨850000 西藏大学生命科学系与生物多样性研究所拉萨850000 西藏自治区高原生物研究所拉萨850001

植物-土壤反馈是植物通过生长改变根际土壤环境,从而影响后续植物生长发育的生态学过程。入侵植物从原产地扩散到入侵地后,可能会经历植物本身的适应性进化而对土壤环境产生不同影响,从而使负向植物-土壤反馈降低,甚至转为正反馈。以往... 详细信息

植物-土壤反馈是植物通过生长改变根际土壤环境,从而影响后续植物生长发育的生态学过程。入侵植物从原产地扩散到入侵地后,可能会经历植物本身的适应性进化而对土壤环境产生不同影响,从而使负向植物-土壤反馈降低,甚至转为正反馈。以往对入侵植物的植物-土壤反馈研究多集中于比较其与本地种、其他入侵种之间的差异,而较少关注入侵植物的入侵地种群和原产地种群在入侵地的差异。本研究采用同质园实验比较了喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)入侵地(中国)和原产地(阿根廷)种群是否存在对入侵地土壤的植物-土壤反馈差异以及如何通过土壤微生物群落来影响反馈结果。结果表明:(1)喜旱莲子草入侵地种群的反馈表现为正,原产地种群表现为中性。(2)入侵地种群显著增加了土壤的细菌和真菌群落多样性,原产地种群与对照土壤无显著差异。这些结果表明,喜旱莲子草入侵地种群在扩散过程中,对土壤微生物群落的调节作用发生了改变,从而产生正向的植物-土壤反馈效应。

关键词：植物-土壤反馈植物入侵进化土壤微生物

基于植物-土壤反馈原理的退化草原免耕补播修复物种选择研究

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草业学报 2023年第12期32卷 14-23页

作者：郭美琪刘琳荆晶莹杨高文张英俊中国农业大学草业科学与技术学院北京100193 农业农村部草地管理与合理利用重点实验室北京100193

草地退化导致适口性好的优良牧草比例减少或缺失,补播优良牧草是快速修复退化草地的有效途径。补播种的选择是影响补播成功与否的首要因素。本研究以内蒙古典型草原不同退化程度的草地为研究对象,提出一种退化草地免耕补播修复物种选择... 详细信息

草地退化导致适口性好的优良牧草比例减少或缺失,补播优良牧草是快速修复退化草地的有效途径。补播种的选择是影响补播成功与否的首要因素。本研究以内蒙古典型草原不同退化程度的草地为研究对象,提出一种退化草地免耕补播修复物种选择方法,方法如下:选择退化草地优势种对土壤进行驯化,与拟补播物种进行植物土壤反馈(PSF)试验;同时将该退化草地斑块土壤取回进行补播物种生长试验,测定各补播物种的生物量(Tb)和对土壤因子的响应。根据PSF和Tb进行补播物种筛选,优先选择对补播物种存在正反馈或中性反馈且Tb在不同草地植物斑块中差异不显著的物种。结果表明:以羊草为优势种的轻度退化草地适宜补播黄花苜蓿和无芒雀麦;以针茅为优势种的轻中度退化草地适宜补播羊草;以冷蒿为优势种的中度退化草地适宜补播胡枝子;以星毛委陵菜为优势种的重度退化草地可选择冰草这类对土壤属性变化不敏感的牧草。本研究首次建立了普适性的退化草地补播物种选择方法,为国内外退化草原免耕补播修复技术提供了理论支持。

关键词：退化草地补播修复物种选择植物-土壤反馈

基于温带针阔混交林植物-土壤反馈的Janzen-Connell假说检验

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植物生态学报 2022年第6期46卷 624-631页

作者：秦江环张春雨赵秀海北京林业大学国家林业和草原局森林经营工程技术研究中心北京100083

目前对森林生物多样性维持机制的研究主要集中在检验地上生物的多度丰富度等内容,物种之间的交互作用及地下真菌是否影响生物多样性的维持在很大程度上还是未知的。探讨土壤真菌的作用及植物-土壤反馈在植物生长过程中的作用有重要意义... 详细信息

目前对森林生物多样性维持机制的研究主要集中在检验地上生物的多度丰富度等内容,物种之间的交互作用及地下真菌是否影响生物多样性的维持在很大程度上还是未知的。探讨土壤真菌的作用及植物-土壤反馈在植物生长过程中的作用有重要意义。该研究以吉林蛟河针阔混交林中4个常见树种为研究对象,利用杀菌剂处理及不同树种幼苗的栽种控制实验来检验Janzen-Connell假说,计算生物反馈及特异性反馈,并依据高通量测序方法测定土壤真菌多样性,检验不同处理组间差异性。利用方差分解分析(VPA)分析两种反馈的幼苗生物量与树种本身、真菌功能类型及土壤元素间的关系。结果表明,土壤杀菌处理并未显著影响生物反馈,同物种土壤的幼苗生物反馈未表现出显著的距离制约效应。异种物种土壤并未显著提高水曲柳(Fraxinus mandshurica)幼苗的特异性反馈。此外,VPA结果表明,影响植物-土壤反馈最大的因素是物种本身特性,土壤和真菌的影响大小因反馈类型而异。该研究揭示了温带针阔混交林中植物-土壤反馈的影响因素,同时反映出温带森林不同树种的Janzen-Connell效应存在较大的变异性,为更好地研究物种间相互作用与其内在调控机制奠定基础。

关键词： Janzen-Connell假说植物-土壤反馈距离制约针阔混交林幼苗土壤真菌

植物-土壤反馈理论及其在连作障碍管理中的应用

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科技导报 2022年第3期40卷 32-40页

作者：周新刚马海鲲郭辉韦中徐阳春吴凤芝沈其荣东北农业大学园艺园林学院哈尔滨150030 南开大学生命科学学院天津300071 南京农业大学资源与环境科学学院国家有机类肥料工程技术研究中心江苏省固体有机废弃物资源化高技术研究重点实验室江苏省有机固体废弃物资源化协同创新中心南京210095

作为植物-土壤负反馈的典型现象,作物连作障碍严重制约了农业的可持续发展。概述了植物-土壤反馈理论的发展过程和作用原理,以连作障碍为例总结了该理论在农业生产中应用和发展现状,建议参照自然生态系统中的植物-土壤反馈作用理论,进... 详细信息

作为植物-土壤负反馈的典型现象,作物连作障碍严重制约了农业的可持续发展。概述了植物-土壤反馈理论的发展过程和作用原理,以连作障碍为例总结了该理论在农业生产中应用和发展现状,建议参照自然生态系统中的植物-土壤反馈作用理论,进一步解析农田植物多样性提高作物健康和产量的机制。通过构建多样性种植模式、发展强化根际微生物组功能等手段来促进农田中的正反馈作用,缓解或消除作物连作障碍因子,增强土壤-植物系统健康,促进农业可持续发展。

关键词：植物-土壤反馈土壤生物多样性种植作物健康土传病害

温带针阔混交林基于植物-土壤反馈的Janzen-Connell假说检验

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植物生态学报 2022年

作者：秦江环张春雨赵秀海北京林业大学国家林业和草原局森林经营工程技术研究中心

目前对森林生物多样性维持机制的研究主要集中在检验地上生物的多度数量等阶段,而物种之间的交互作用及地下真菌是否是影响生物多样性的维持在很大程度上还是未知的。因此,该研究旨在探讨土壤真菌的作用及植物-土壤反馈在植物生长过程... 详细信息

目前对森林生物多样性维持机制的研究主要集中在检验地上生物的多度数量等阶段,而物种之间的交互作用及地下真菌是否是影响生物多样性的维持在很大程度上还是未知的。因此,该研究旨在探讨土壤真菌的作用及植物-土壤反馈在植物生长过程中的相互关系。该研究以吉林蛟河针阔混交林中4个常见树种为研究对象,利用杀菌剂处理及不同树种幼苗的栽种控制实验来检验Janzen-Connell假说的潜在机制,通过计算生物反馈及特异性反馈的结果,并依据高通量测序方法测定土壤真菌多样性,检验不同处理组间差异性。利用方差分解分析(VPA)两种反馈结果的幼苗生物量变化与树种本身、真菌功能类型及土壤元素间的关系。结果表明,土壤杀菌处理并未显著影响生物反馈结果,同种物种土壤的幼苗生物反馈未表现出显著的距离制约效应。异种物种土壤并未显著提高水曲柳幼苗特异性反馈结果。此外,方差分解表明,影响植物土壤反馈最大的是物种本身特性,土壤和真菌影响大小因反馈类型而异。研究揭示了温带针阔混交林中植物-土壤反馈的影响因素,同时反映出温带森林不同树种的Janzen-Connell效应存在较大的变异性,为更好地研究物种间相互作用与其内在调控机制奠定基础。

关键词： Janzen-Connell假说植物-土壤反馈距离制约针阔混交林幼苗土壤真菌

基于文献计量的植物-土壤反馈研究态势与热点分析

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中国草地学报 2022年第12期44卷 73-86页

作者：李天凯陈林庞丹波高锋宁夏大学西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室宁夏银川750021 宁夏大学西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地宁夏银川750021 宁夏大学生态环境学院宁夏银川750021

采用文献计量分析方法,检索了1999~2021年间发表的以植物-土壤反馈为主题的2370篇论文,分析了发文量、主要发文机构、主要作者等,揭示了植物-土壤反馈的研究热点。结果表明:Web of Science核心合集数据库中,以植物-土壤反馈为主题词的... 详细信息

采用文献计量分析方法,检索了1999~2021年间发表的以植物-土壤反馈为主题的2370篇论文,分析了发文量、主要发文机构、主要作者等,揭示了植物-土壤反馈的研究热点。结果表明:Web of Science核心合集数据库中,以植物-土壤反馈为主题词的发文量逐渐增多,年均发表量为103篇,发文数量较多,该研究领域受到相关学者的高度关注。生态环境科学、植物科学和农学是植物-土壤反馈研究涉及的主要学科领域,尤其是近年来的多学科交叉的研究,但论文的篇均被引次数低,发文质量有待提高。Wim H.van der Putten和中国科学院分别是该研究领域科研产出的主要贡献人和贡献机构,来自同一个机构的作者间合作关系密切,且同一个区域内的机构间合作较多,说明科研合作受到地理位置的影响较大。在该研究领域,美国发文量占比高达41.81%,中国发文量占比20.13%,并且在生态学和植物科学方向都有较为深入的研究,是植物-土壤反馈研究的领头国家,同时也是国家之间合作的强有力推进者。研究热点集中在土壤微生物、土壤养分和气候等驱动因子,以及基于植物-土壤反馈原理理解物种入侵、群落演替、物种共存和群落结构等方面。此外,碳、氮循环介导的植物-土壤反馈对于响应全球气候变化和人为干扰是重要的过程机理,但目前的研究局限于草原生态系统中单因素驱动的植物-土壤反馈。今后应加强不同区域、不同机构间的合作,产出更多高质量的研究结果,以揭示不同生态系统中多要素的协同驱动机制。

关键词：植物-土壤反馈 Web of Science核心合集数据库可视化分析文献计量

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群落生态学中的植物-土壤反馈研究

植物生态学报 2023年第2期47卷 170-182页

作者：席念勋张原野周淑荣海南大学林学院海口570228 生物多样性与生态工程教育部重点实验室北京100875 厦门大学环境与生态学院滨海湿地生态系统教育部重点实验室福建厦门361102

植物-土壤反馈是指植物改变了其生长环境中土壤的生物和非生物属性,改变后的土壤进而影响植物适合度的过程。植物-土壤反馈的一个根本前提是:植物在根际周围产生由专化病原菌和共生菌构成的特异性微生物群落,专化微生物对宿主植物种群... 详细信息

植物-土壤反馈是指植物改变了其生长环境中土壤的生物和非生物属性,改变后的土壤进而影响植物适合度的过程。植物-土壤反馈的一个根本前提是:植物在根际周围产生由专化病原菌和共生菌构成的特异性微生物群落,专化微生物对宿主植物种群有很大的影响,对非宿主植物没有或者有微弱影响。自从20世纪90年代被明确提出后,植物-土壤反馈被广泛用于揭示不同尺度的生态学过程,诸如演替、竞争、生物入侵、全球变化对生态系统的影响等。近年来,植物-土壤反馈与群落生态学主要研究领域之间的整合取得了实质性进展。该文主要关注的是土壤微生物介导的植物-土壤反馈及其对植物物种共存、群落结构和生态系统功能的影响。土壤微生物不仅可以产生稳定化力量促进物种共存,也可以改变均一化力量或者种间适合度差异,从而影响植物种间共存。在群落生态学中通常假设稀有种受土壤负反馈的影响更弱,从而预测植物局域丰富度与土壤反馈强度具有负相关关系。然而实验证据却揭示了不同的模式,加强对植物与土壤病原菌之间的进化动态的关注是调和这些不一致模式的关键。土壤微生物也是驱动植物群落演替的关键因子。土壤微生物通过稀释效应影响植物多样性-群落生产力关系。专化土壤病原菌或共生菌在单物种群落中积累,但其负面或正面影响在多物种群落中被稀释,分别导致更高或更低的群落生产力,从而提升或抑制多样性效应。针对群落生态学中的植物-土壤反馈研究,该文提出了3个研究方向:植物与土壤微生物专化关系的实验验证,多维度物种共存,植物与土壤微生物的生态-进化动态。

关键词：植物-土壤反馈物种共存群落结构生态系统功能协同进化

植物-土壤反馈对西南亚高山森林4种草本植物种子萌发和幼苗生长的影响

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生态学杂志 2023年

作者：刘露赵文强梁婷夏瑞雪刘庆铜梁二中中国科学院大学中国科学院成都生物研究所

种子萌发和初生幼苗生长存活对于植物能否成功定居至关重要，其常受到生物、非生物环境的影响。植物-土壤反馈是植物通过有机质周转、根际效应等影响土壤性质，而土壤性质的变化反过来影响该物种或其他物种的生长、定居以及植物群落组... 详细信息

种子萌发和初生幼苗生长存活对于植物能否成功定居至关重要，其常受到生物、非生物环境的影响。植物-土壤反馈是植物通过有机质周转、根际效应等影响土壤性质，而土壤性质的变化反过来影响该物种或其他物种的生长、定居以及植物群落组成的一种新的研究概念，对理解物种定居、植被恢复具有重要作用。本研究以西南亚高山森林恢复演替早期常见4种草本优势种为对象，采用室内盆栽实验，从植物-土壤反馈角度探究植物在不同演替阶段土壤中的种子萌发、幼苗生长特征，为科学指导恢复初期群落物种搭配、提高草地生产力提供理论依据。结果表明：小花草玉梅（Anemone rivularis）种子发芽率在自土中显著高于波伐早熟禾（Poa poophagorum）土壤，可能与该物种对土壤硝态氮的较高的利用率和伯克氏菌科细菌相对丰度较大有关。波伐早熟禾幼苗和溚草（Koeleria macrantha）幼苗在小花草玉梅、莓叶委陵菜（Potentilla fragarioides）土壤中的生长为负反馈，小花草玉梅、莓叶委陵菜土壤中存在较多的被孢霉科真菌，可通过加速凋落物分解、调节根际细菌群落来促进植物生长。溚草、小花草玉梅、莓叶委陵菜幼苗在波伐早熟禾调节土壤中的生长均为负反馈，土壤中的有机碳、硝态氮可间接调控细菌、真菌群落从而对幼苗生物量产生促进作用。结果显示，草本幼苗比种子更容易出现负反馈，土壤有机碳、有效氮和土壤微生物能直接或间接调控草本植物定居。

关键词：植物-土壤反馈种子萌发初生幼苗生物量细菌真菌

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美洲商陆入侵的植物-土壤反馈机制探究

美洲商陆入侵的植物-土壤反馈机制探究

作者：孟昀昊鲁东大学

学位级别：硕士

生物入侵严重威胁入侵地的生物多样性并改变生态系统的结构和功能,已成为日益严重的全球性问题。加强生物入侵机制研究,对防控和综合治理外来入侵种、维护区域生态平衡、保护生物多样性、保证生态安全具有重要意义。植物-土壤反馈是维... 详细信息

生物入侵严重威胁入侵地的生物多样性并改变生态系统的结构和功能,已成为日益严重的全球性问题。加强生物入侵机制研究,对防控和综合治理外来入侵种、维护区域生态平衡、保护生物多样性、保证生态安全具有重要意义。植物-土壤反馈是维持群落多样性的重要机制,近年来一直为学界关注,从植物-土壤反馈角度对外来植物入侵的内在机制进行阐释具有重要科学价值。本研究以植物-土壤反馈对外来植物入侵的影响为主线,以原产于北美洲的外来入侵植物美洲商陆（Phytolacca americana L.）为研究对象,探究入侵植物生长年限、入侵程度以及伴生植物这三类生态要素的变化如何通过改变植物-土壤反馈过程进而调控美洲商陆入侵山东半岛森林群落的土壤微生态机制,最终对美洲商陆入侵的地下生态学过程进行较为系统的阐释,为后续针对该物种开展有效的生态防控和生态系统管理提供科学指导。本研究设计了三部分实验,主要研究结果如下:（1）美洲商陆生长年限对土壤理化和微生物的影响。本实验对不同生长年限美洲商陆（通过地下主根的年轮推测其年龄）根际土壤养分和细菌、真菌进行测定和分析,厘清土壤微生物群落与养分变化的动态关系,并通过土壤接种实验检测美洲商陆生长不同年限驯化后的根际土壤微生物对美洲商陆自身出苗率和生物量积累的影响。研究发现,美洲商陆的生长显著降低了根际土壤全氮、全磷和硝态氮的含量,提高了速效钾的含量。不同生长年限的美洲商陆根际土壤微生物群落中细菌群落的β多样性差异显著,特定细菌功能群的丰度显著增加,其中,Burkholderia属细菌丰度的增加可能与促进美洲商陆对海岸环境的适应有关。土壤真菌群落β多样性差异不显著,但α多样性随入侵时间的延长而出现变化。Fungduid功能预测显示,真菌群落中腐生、共生、致病三种功能类型没有出现显著变化。进一步dp-RDA分析表明,土壤速效钾等的变化与微生物群落的变化密切相关,钾元素可能在美洲商陆抵抗海岸高盐碱环境中发挥重要作用。土壤接种实验发现,美洲商陆生长驯化后的土壤不同程度地促进了美洲商陆自身的种子萌发和生物量积累,这一结果验证了互惠共生假说在美洲商陆入侵中的存在。（2）美洲商陆入侵程度对自身个体生长及土壤养分和微生物的影响。本实验通过设置美洲商陆和黑松个体不同比例的盆栽实验,模拟自然条件下美洲商陆入侵黑松林的情景,检验美洲商陆入侵程度（即入侵植物的相对密度增加）逐渐增加的过程对自身生长以及对土壤养分和土壤微生物产生的影响。研究发现,美洲商陆入侵程度的增加显著抑制了其个体生物量积累,并显著降低了土壤养分的可利用性。土壤全碳、全氮、硝态氮、速效钾随着美洲商陆入侵程度的上升均出现了下降。其中,速效钾与硝态氮含量的降低可能造成了铵盐胁迫,从而限制了美洲商陆的个体生长。另一方面,宏基因组分析显示,随美洲商陆入侵程度的增加,土壤微生物群落组成出现显著变化,土壤中植物促生细菌以及抗胁迫类功能基因丰度均出现了显著上升。结合实验（1）相关研究结果,我们认为在自然条件下,美洲商陆可通过调节土壤环境,特别是微生物环境,进而促进自身在一定程度上克服负密度反馈制约,从而实现种群高密度聚集,促进其顺利入侵。（3）不同土壤磷水平和伴生植物群落对美洲商陆生长的影响。本实验通过设计一个包括背景植物起源地、背景植物作用途径、美洲商陆种群密度以及土壤磷水平的四因素完全交互盆栽实验,以检验融毁作用是否存在于美洲商陆入侵过程中,分析不同土壤磷水平和美洲商陆不同种群密度下融毁作用效果的差异性,解析融毁作用形成的地下生态学机制及其背景依赖性。研究发现,外来植物群落土壤相较于本地植物群落土壤显著提高了美洲商陆的株高、基径、果穗数、个体生物量,且降低了美洲商陆的根冠比,这表明生长于外来植物群落土壤中生长的美洲商陆个体更倾向于将生物量分配给地上部分,促进光合作用进行和物质积累。通过分析背景植物不同作用途径对美洲商陆生物量的影响,发现外来植物对美洲商陆的促进作用主要来自于其凋落物的添加,而其土壤微生物则不能独立影响美洲商陆的生长,但可以在中等盆栽密度下提高凋落物的作用效果。上述凋落物产生的促进作用仅存在于和美洲商陆拥有相同起源地的外来群落植物中,这使得我们有理由相信融毁的原因可能来自于外来植物之间的协同演化史。此外,通过多元分析发现,种群密度在所有盆栽处理的情况下均与美洲商陆个体生物量呈现显著负相关,而土壤磷水平则仅在没有凋落物添加的情况下对美洲商陆个体生物量产生影响,这与我们在美洲商陆种群密度实验中所得结论相符。综上所述,本研究发现,在时间尺度上,美洲商陆可以通过改变土壤微生物群落促进自身后续个体生长,在一定时间内维持自我促进;在空间尺度上,美洲商陆入侵程度的增加限制了其个体生物量的积累,但同时会通过对土壤环境的积极改造克服负密度制约,从而实现入侵;在伴生植物方面,外来植物群落对美洲商陆生长存在显著的促进作用,这证实入侵融毁作用的存在,且融毁作用主要由外来植物群落的凋落物驱动。本研究增

关键词：植物-土壤反馈根际微生物土壤养分竞争强度种群密度入侵融毁