聚焦退化珊瑚礁关键造礁石珊瑚类群的补充与恢复——以三亚 西岛为例

在全球变化和人类活动不断加剧的背景下,海南三亚西岛的珊瑚礁正处于退化状态。造礁石珊瑚群落以团块状为主,分枝状珊瑚严重退化,对环境敏感的鹿角珊瑚属占比降低,且数量、种类明显减少。基于此,本研究聚焦关键物种—鹿角珊瑚属(Acropora sp.)的补充和恢复,利用无性培殖的珊瑚开展珊瑚礁生态修复试验。期望通过补充鹿角珊瑚属种类和数量,改善西岛造礁石珊瑚群落,促进受损珊瑚礁生态系统的功能恢复,维护西岛及周边海域生态稳定,本研究首先通过苗圃培育技术,利用珊瑚树形苗圃和浮床式苗圃共培育鹿角珊瑚种苗2500株,经6个月的培育后,获得6221株大小为(13.1±1.7)cm的珊瑚用于底播移植;随后采用铆钉法将上述珊瑚移植至西岛近岸原生礁石。结果表明:移植8个月后,移植珊瑚的存活率高达98%,珊瑚平均大小为(19±0.17)cm,平均生长速率为(0.73±0.17)cm·month^(−1)修复区活造礁石珊瑚覆盖率提高至43.83%,其中鹿角珊瑚属的覆盖率为10.55%;移植20个月后,移植珊瑚的存活率为93%,珊瑚平均大小为(26.2±5.7)cm,平均生长速率为(0.60±0.28)cm·month^(−1)修复区活造礁石珊瑚覆盖率提高至61.49%,其中鹿角珊瑚属的覆盖率为15.93%。总体来说,本研究选择的珊瑚种类合适,采用的珊瑚苗圃培育技术和铆钉法珊瑚底播移植技术可靠,西岛退化珊瑚礁区鹿角珊瑚恢复效果显著。本研究可为我国典型近岸退化珊瑚礁生态系统的保护和修复提供参考,并为未来我国珊瑚礁修复技术发展提供理论和技术支持。

醇化烟叶关键微生物类群与风格特色的相关性

分别选取清香型(云南玉溪)、浓香型(湖南郴州)和中间香型(贵州遵义)醇化1年的C2F烟叶,测定烟叶的主要化学成分;利用相似度检验分析烟叶微生物群落差异物种,随机矩阵理论构建分子生态网络;运用Mantel分析烟叶主要化学成分与微生物群落的相关性,结果表明:清香型、中间香型和浓香型烟叶微生物群落结构存在显著差异,浓香型烟叶细菌及真菌群落ɑ多样性指数最高;烟叶显著富集的关键细菌类群为假单胞菌属(Pseudomonas)、肠杆菌属(Enterobacter)和鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas);关键真菌类群为链格孢属(Alternaria)、根霉菌属(Rhizopus)和桑帕约氏酵母菌属(Sampaiozyma);以浓香型烟叶微生物分子生态网络规模最大,结构复杂且相对稳定。总糖与还原糖含量显著影响烟叶微生物群落的多样性与结构,清香型及中间香型烟叶内关键微生物类群均与总糖、还原糖含量呈显著正相关,而浓香型烟叶关键微生物类群均与总糖、还原糖含量呈显著负相关。

长期有机肥和化肥配施对黑土细菌群落特征和大豆产量的影响

有机物料还田是提高土壤微生物多样性和提升土壤质量的主要措施,但目前有机物料还田对黑土关键土壤微生物类群的影响及其与大豆产量间的关系尚未充分明确。本研究基于东北地区44年长期黑土定位试验,研究不同施肥措施与土壤理化性质、细菌群落和大豆产能间的关联特征。结果表明:与无肥(NoF)对比,单施有机肥(M)和化肥配施有机肥(CFM)处理显著增加了土壤养分含量、微生物量碳和微生物量氮含量。化肥配施秸秆(CFS)处理的土壤细菌丰富度和多样性低于单施秸秆(S),而化肥配施有机肥(CFM)处理的土壤细菌丰富度和多样性高于单施有机肥处理(M)。相比于NoF,施肥导致富营养型细菌类群(r策略)与寡营养型细菌类群(K策略)的比值增加。长期秸秆还田(S和CFS)和施用化肥(CF)增加了细菌网络复杂性,而长期添加有机肥(M和CFM)降低了网络复杂性。结构方程模型表明土壤铵态氮、碳氮比、细菌网络结构复杂性和关键类群[硝化螺旋菌属(Nitrospira)与芽单胞菌属(Gemmatimonas)]丰度与大豆产量呈显著正相关关系。有机肥配施化肥(CFM)有利于提高关键功能微生物类群丰度、群落多样性和大豆产量。

喜鹊在山地次生林中鸟类群落组织结构形成的作用

通过山地次生林鸟类群落组织结构的研究，表明喜鹊在鸟类群落组织形成中是关键类群之一．关键类群是通过巢地资源的被利用来实现的．5年中，利用喜鹊巢繁殖的鸟类达5种，利用率为25％～40．7％．

北美家族在东亚的代表——长序榆

长序榆(Ulmus elongata)是榆科榆属长序榆组树种,世界上仅存4种,其中3种产于北美,而长序榆是该组在东亚的唯一代表种,为我国特有种[1]。1998年,长序榆被列入《世界自然保护联盟濒危物种红色名录》(IUCN),为易危种(VU),后被评估为濒危(EN),是一个较古老的类群,在地质上属第三纪植物。1999年,长序榆被确定为国家Ⅱ级重点保护野生植物,列入中国被子植物关键类群中高度濒危种类和中国生物多样性保护行动计划中优先保护的物种,也是国家林业和草原局批准实施《极小种群植物的保护救护项目》福建省组织实施的保护树种之一。

露采矿山复绿对土壤微生物群落及其组装过程的影响

植被恢复是矿区生态系统健康的重要标志,厘清植被恢复对土壤微生物群落特征及其组装过程的影响,对探索矿区生态恢复弹性及自维持机制至关重要。为此,采用MiSeq高通量测序并结合零模型分析技术,探测黄土高原平朔安太堡露采矿排土场已复垦18 a的灌木丛(BL)、针叶林(CF)、阔叶林(BF)、混交林(MF)和控制样地(CK,已持续生长大于30 a未受干扰的周边杨树林)土壤微生物群落组成、分子生态网络特征、关键菌群及其组装机制。结果表明:(1)不同植被恢复类型对细菌群落α多样性具有显著性影响(P<0.05),与CK相比,MF和CF的Sobs和Shannon指数分别增加了35.29%、3.50%和25.18%、1.05%,但不同植被恢复类型间真菌群落α多样性差异不显著;(2)放线菌门、绿弯菌门、变形菌门和酸杆菌门是细菌群落优势菌门,且前2者显著高于CK,后2者则相反(P<0.05)。子囊菌门和担子菌门是真菌群落优势菌门,前者显著高于CK,后者则相反(P<0.05);(3)随机性过程主导了土壤细菌群落构建过程,除MF土壤真菌群落由确定性过程主导外,其他真菌群落也由随机性过程主导。但无论哪种植被恢复类型,随机性过程对细菌群落组装的主导作用均远高于真菌群落。其外,变形菌门和酸杆菌门是细菌网络中的关键类群,被孢霉目、寡囊盘菌目、刺盾炱目、肉座菌目是真菌网络中的关键类群。植被恢复影响微生物群落多样性,BL、CF和MF增加了细菌网络的稳定性,MF使真菌网络更复杂;土壤细菌组装过程由随机性过程主导,除MF外真菌组装过程也由随机性过程主导。

落叶阔叶林中初级洞巢鸟在群落组织结构形成中的作用

在落叶阔叶林中对初级洞巢鸟在群落组织结构形成中的作用做了5a的研究。结果表明，在39．8hm。样地中共有17种鸟类组成，年间鸟种多样性相似。初级洞巢鸟5a中共啄洞108个，每年的递增率为29．4％，被次级洞巢鸟总利用率为58.8％～84.6％，其多度和丰富度都在50％以上，在鸟类群落组织结构形成中的贡献率为12．5％～42．9％。因此可以认为初级洞巢鸟是落叶阔叶林中鸟类群落组织结构形成中的“关键类群”。

秸秆生物质炭对根际土壤细菌-真菌群落分子生态网络的影响

根际细菌-真菌群落的互作关系对于土壤养分转化有重要意义。为研究施加生物质炭对根际土壤细菌-真菌之间相互作用的影响,通过盆栽试验,比较未施加生物质炭的对照和施加2%生物质炭处理条件下,黑麦草根际细菌-真菌群落间的互作网络及影响因素。结果表明,施加生物质炭后的细菌-真菌群落之间的互作网络具有更复杂的联系,节点数和互作关系增加,细菌内部以及细菌与真菌之间的种间积极作用显著增强(P<0.05);模块化分析对照和处理下的互作网络,均发现存在两个具有高度互连节点的模块化结构。网络中起到关键连接作用的类群在对照中为细菌中的孙修勤菌(Sunxiuqinia)和真菌中的毕赤酵母(Pichia),施加生物质炭处理后为细菌中的黄杆菌(Flavobacterium)。Mantel检验分析表明,施加生物质炭处理后土壤pH(r=0.385,P=0.003)和土壤铵态氮(r=0.501,P=0.003)对细菌-真菌群落相互作用的影响显著增强。

会仙岩溶湿地古菌和细菌群落的共现性

为了研究湿地土壤古菌、细菌,以及二者之间的共存机制,以会仙岩溶湿地中湖泊湿地、稻田和稻田撂荒地为研究样地,基于16S rRNA基因高通量测序数据,构建了古菌群落、细菌群落和古菌细菌之间群落的共现网络。结果表明:湖泊湿地土壤古菌的多样性显著高于稻田和稻田撂荒地;稻田土壤细菌的多样性显著高于湖泊湿地和稻田撂荒地;在门水平上,湖泊湿地、稻田和稻田撂荒地的优势古菌均为Thaumarchaeota(奇古菌门)、Bathyarchaeota(深古菌门)和Euryarchaeota(广古菌门),优势细菌均为Chloroflexi(绿弯菌门)、Acidobacteria(酸杆菌门)和Proteobacteria(变形菌门)。共现网络分析表明,古菌、细菌和古菌细菌之间的正相互作用均多于负相互作用;古菌共现网络中起着关键连接作用的微生物为Bathyarchaeota(OTU9、OTU38、OTU85、OTU1093、OTU155和OTU231)和Nitrososphaeraceae(亚硝化球菌科)(OTU2);细菌共现网络中起着关键连接作用的微生物为Pyrinomonadaceae RB41(OTU21)、Acidobacteria subgroup 6(酸杆菌纲)(OTU48)和Rokubacteria(棒状杆菌门)(OTU44);古菌细菌共现网络起着关键连接作用的微生物为Bathyarchaeota(OTU9、OTU38和OTU85)、Nitrososphaeraceae(OTU2)、Anaerolineaceae(厌氧绳菌科)(OTU39)、Holophagae Subgroup 7(全噬菌纲)(OTU14)和Pyrinomonadaceae RB41(OTU21)。Mantel分析表明,影响古菌细菌共现网络关键类群的环境因子是pH、C/N和可溶性有机碳(DOC)。以上研究结果表明,这些微生物类群之间的相互作用可能对湿地土壤生物地球化学循环过程具有潜在的重要作用。

农用酵素对人粪尿肥料转化的影响及微生物群落响应机制

为研究农用酵素对化粪池微生物群落和出水肥料价值的影响,以农村户用式三格化粪池为反应器,设置添加0.2%(V∶V)酵素(AJ)和不添加农用酵素(CK)处理,测定化粪池三池出水的pH、铵态氮、游离氨、硝态氮、sCOD和微生物多样性等指标,以及AJ和CK出水灌溉的小白菜植株根长、株高、叶面积、干重和鲜重等指标,并利用共现性网络和线性判别效应量分析(LEfSe)对微生物信息进行注释并推测中心类群。结果表明,添加农用酵素改变了化粪池出水细菌中除Fastidiosipila外的优势类群和所有中心类群,AJ中嗜蛋白菌属(Proteiniphilum)和脱硫微杆菌属(Desulfomicrobium)的丰度相比CK分别提升7.04%和10.14%(P<0.05)。而在CK中,泰氏菌属(Tissierella)同时是优势类群和中心类群,在AJ中丰度下降5.62%(P<0.05)。农用酵素的添加可减少人粪尿发酵过程中对植物生长有害成分的含量,AJ出水的游离氨和sCOD分别比CK降低24.5%和27.5%(P<0.05)。施用AJ出水可使小白菜的成活率和产量比CK分别升高17%和34%。综上,在人粪尿发酵过程中添加农用酵素可提升有益土壤或植物生长的细菌丰度,提高有机物代谢速率,并降低对作物生长有害成分的含量,提升了出水的肥料价值。

岩溶与非岩溶区水稻土团聚体细菌群落结构和功能类群比较

研究岩溶与非岩溶区土壤团聚体中微生物群落结构和功能类群异同,可以为揭示岩溶区土壤有机微生物与团粒结构稳定之间的互作机制提供理论依据.以岩溶与非岩溶稻田的耕层土壤为研究对象,采用湿筛法将团聚体分为大团聚体(0.25~2 mm)、微团聚体(0.053~0.25 mm)和粉、黏粒组分(<0.053 mm),通过高通量测序对土壤团聚体微生物群落结构进行分析,并采用共现网络分析细菌关键类群以及利用FAPROTAX进行功能预测.结果表明,(1)岩溶区大团聚体质量占比为30.94%,团聚体平均质量直径和几何平均直径分别为0.41 mm和0.15 mm,这3个项目均显著高于非岩溶区,表明岩溶区的环境有利于团聚体的形成;(2)岩溶区3个粒径团聚体的酸杆菌门、变形菌门、酸杆菌(Gp3、Gp4和Gp6)和鞘氨醇单胞菌属等相对丰度均高于非岩溶区.岩溶区微团聚体中的绿弯菌门的相对丰度(6.13%)显著高于粉、黏粒组分(2.79%);(3)共现网络分析表明,变形菌门和酸杆菌门为3个粒径团聚体中的关键类群.岩溶区微团聚体中细菌正相关边(65.5%)最高,相互关系多为协同关系;(4)岩溶区土壤3个粒径团聚体中化能异养类菌(15.52%、15.30%和16.89%)和需氧化能异养类菌(14.62%、14.38%和15.97%)为最优势功能类群,且相对丰度均显著高于非岩溶区.岩溶区大团聚体几丁质分解类菌相对丰度(0.46%)显著高于粉、黏粒组分(0.39%).结果表明,岩溶区的土壤环境能提高团聚体稳定性,且岩溶区的3个粒径团聚体中的细菌群落结构、关键类群和功能类群也与非岩溶区的有显著差异.

东部平原矿区复垦土壤微生物群落特征及其组装过程

复垦对恢复矿区土壤生产力极为重要,但复垦土壤生产力重建的微生物学机制尚不清晰.为此,采集复垦8 a、复垦11 a、复垦14 a和复垦17 a这4个复垦时长和1个未复垦对照共75个表层土样进行16S rRNA扩增子高通量测序,分析微生物群落组成、潜在功能及其组装机制.结果表明:(1)群落丰富度随复垦时间增加而增加,且高于对照样.但群落多样性和均匀度却随复垦时间增加而降低(P<0.05);(2)复垦土壤中酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)占主导地位,且前两者相对丰度显著高于对照样(P<0.05),后两者则相反(P<0.05);(3)复垦土壤中辅酶转运与代谢、翻译、核糖体结构与生物发生等8种功能呈正向演替,随复垦时长不断增强;(4)平原矿区微生物群落生态网络模块性良好,且关键类群多属酸杆菌门和拟杆菌门.群落组装以确定性过程为主导,同质性选择贡献最大,主要受当地特殊环境操控.这些发现为改善复垦土壤生产力和生态服务提供了理论依据.

长期施磷对石灰性土壤中编码碱性磷酸酶基因的细菌群落的影响

【目的】通过研究集约化玉米体系中长期不同供磷水平对土壤中编码碱性磷酸酶基因的细菌群落多样性、结构、组成和网络特征的影响及其与土壤有机磷形态之间的关系,为探究有机磷循环功能在微生物的群落特征及提高土壤中有机磷矿化和利用提供科学依据。【方法】本研究依托华北平原小麦玉米轮作体系石灰性土壤长期施磷的定位试验(始于2008年),试验处理包括6个供磷水平:0、12.5、25.0、50.0、100.0、200.0 kg P/hm2(分别表示为:P0、P12.5、P25、P50、P100和P200),采用核磁共振技术测定土壤中有机磷的分子形态,采用高通量测序技术分析编码碱性磷酸酶的phoD基因(alkaline phosphatase-encoding gene)的细菌群落,探究含phoD基因的细菌群落特征及其与土壤有机磷形态之间的关系。【结果】随着供磷水平的增加,土壤中磷酸单酯的含量无显著变化,磷酸二酯的含量显著增加;含phoD基因的细菌群落α-多样性整体呈先不变(P0–P50)后降低趋势(P50–P200),含phoD基因细菌的群落结构发生显著变化。优势类群中属水平的假单胞菌属(Pseudomona)和马赛菌属(Massilia)随供磷水平的增加显著降低,而壳聚糖酶产生菌属(Mitsuaria)和Kribbella随供磷水平的增加显著升高。其中,Mitsuaria与土壤中速效磷的浓度呈显著的正相关,同时与磷酸酶活性呈显著的负相关;Pseudomonas的相对丰度与土壤中总有机磷的浓度呈显著的负相关,溶杆菌属(Lysobacter)的相对丰度与土壤中总有机磷的浓度呈显著的正相关。网络分析中正相关连接线的比例在低磷条件下最高,P50处理次之,P100处理最低。其中在P0、P12.5、P25、P50处理中,特定的关键类群,如慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)、Stackebrandtia、伯克氏菌属(Burkholderia)、Lysobacter与有机磷(包括总有机磷、磷酸单酯和磷酸二酯)的浓度呈显著相关,而P100和P200处理下的关键类群与有机磷形态无显著相关。【结论】供磷水平通过显著影响土壤中pH、有机磷形态和数量等理化性质,进而影响含phoD基因细菌群落的α-多样性、群落结构、群落组成、网络特征及其关键类群的变化。

典型农田土壤中丛枝菌根真菌-根际细菌互作及与氮磷利用的关系

在农业生态系统中,土壤微生物是土壤-作物系统养分循环的重要驱动力,其中丛枝菌根真菌(Arbuscularmycorrhizalfungi,AMF)能够促进作物对养分的吸收,适应逆境胁迫。【目的】进一步揭示AMF和根际细菌群落的跨界网络互作,挖掘与作物氮磷利用显著相关的关键微生物类群,揭示关键类群的生态网络特征。【方法】利用Illumina测序技术对3种典型农田旱地土壤(黑土、潮土和红壤)中AMF和根际细菌群落结构进行分析;构建互作网络并利用偏冗余分析、相关性分析探究了与氮磷利用相关的潜在关键类群。【结果】3种土壤中AMF与根际细菌均以正相互作用为主。不同土壤中AMF与根际细菌互作关系差异明显,在红壤中跨界互作最为密切,其中球囊霉属真菌(Glomus)与根际细菌中的放线菌(Actinobacteria)和变形菌(Proteobacteria)之间的交互作用最多。而在黑土中主要体现为根际细菌的界内互作。与氮磷利用率显著相关的关键微生物类群主要属于球囊霉属真菌、放线菌和α变形菌。【结论】典型旱地土壤中AMF与根际细菌的正相互关系对作物氮磷利用有潜在促进作用,关键类群在有机质和养分贫乏的红壤中可能起到更重要的作用。