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基于分子生态学网络探究亚高山草甸退化对土壤微生物群落的影响 被引量：5
1
作者 罗正明 刘晋仙 +4 位作者 赫磊 周妍英 李眉红 郑庆荣 柴宝峰 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第18期7435-7447,共13页
土壤微生物群落在草地生态系统功能中发挥着至关重要的作用,但目前尚不清楚微生物群落的分子生态网络如何响应亚高山草甸退化。以五台山4个不同退化阶段(未退化、轻度退化、中度退化和重度退化)亚高山草甸为研究对象,利用高通量测序和... 土壤微生物群落在草地生态系统功能中发挥着至关重要的作用,但目前尚不清楚微生物群落的分子生态网络如何响应亚高山草甸退化。以五台山4个不同退化阶段(未退化、轻度退化、中度退化和重度退化)亚高山草甸为研究对象,利用高通量测序和随机矩阵网络构建理论构建土壤微生物群落分子生态网络。探讨草地退化对亚高山草甸土壤微生物群落结构及网络的影响,不同退化程度下微生物网络结构中的关键微生物变化规律以及该过程中微生物之间的互作关系。研究结果表明,不同退化程度亚高山草甸土壤微生物(细菌、真菌和细菌-真菌)网络拓扑属性存在差异。总体上,退化增加了土壤细菌内部、真菌内部以及细菌-真菌群落间的相互作用,导致其网络结构更为复杂。未退化草甸土壤微生物网络具有较长的平均路径距离和较高的模块性,使其比退化草甸更能抵抗外界环境的变化,在应对人为干扰或者气候变化时可能具有更高的稳定性。退化草甸中的网络关键物种(模块枢纽和连接器)与未退化草甸明显不同。土壤含水量和pH与亚高山草甸土壤细菌、真菌以及整个微生物网络连通度均显著相关(P<0.05),总氮和硝氨态氮含量与土壤真菌和微生物网络连通度呈显著相关(P<0.05)。亚高山草甸退化导致土壤微生物种间关系改变,进而改变土壤微生物整体生态网络。 展开更多
关键词 退化草地 亚高山草甸 土壤微生物 分子生态学网络
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气候变化和人类活动驱动的森林衰退特征及机制
2
作者 李雅妮 梁海斌 +3 位作者 温海瑞 刘文栩 王佩将 李宗善 《生态学报》 北大核心 2025年第12期6081-6094,共14页
21世纪以来,全球森林植被正面临由气候变化加剧、干旱胁迫频发及人类活动干扰等多重压力共同导致的系统性衰退。通过文献分析与多学科证据整合,全面评述了当前森林衰退的表现特征及成因机制。结果表明:(1)森林衰退的量化评估呈现多尺度... 21世纪以来,全球森林植被正面临由气候变化加剧、干旱胁迫频发及人类活动干扰等多重压力共同导致的系统性衰退。通过文献分析与多学科证据整合,全面评述了当前森林衰退的表现特征及成因机制。结果表明:(1)森林衰退的量化评估呈现多尺度特征,其中生物多样性、土壤含水率、碳储量、热响应、蒸散量及营养元素(磷、钾、铁、铜)浓度等指标均与衰退程度呈负相关,而地表温度则表现为显著正响应;(2)衰退机制可归纳为内源生理机制(如干旱诱导的水力失衡、碳饥饿及遗传机制)与外源胁迫机制(包括病虫害爆发、地质灾害、人类活动及种间竞争)的共同作用,其中水力失效与碳代谢紊乱的交互效应被证实为干旱环境森林衰退的主导路径。进一步指出当前研究的局限:①多尺度模型耦合能力不足;②水力学失效机制多基于均质化假设,未区分不同植物类型对栓塞的响应差异;③人为干扰与自然胁迫的定量分离仍存挑战。未来研究需重点关注全球变化背景下森林衰退的临界阈值判定、早期干旱预警系统构建及干旱后森林恢复力探索等。本研究为理解森林退化过程的级联效应及制定适应性管理策略提供了理论框架。 展开更多
关键词 气候变化 森林衰退 机制成因 水力失衡 碳饥饿
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煤炭工业园区多环芳烃多介质污染特征和风险 被引量：1
3
作者 解榕 苏超 刘勇 《环境科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期83-92,共10页
以煤炭为中心的工业活动过程中会向环境中排放大量多环芳烃(PAHs),污染土壤、水体和农作物,对人体健康造成潜在威胁。该文以山西省长治市某典型煤炭工业园区为研究区,分别在园区中心及其上下风向2、5、8km处采集饮用水、室内外灰尘和谷... 以煤炭为中心的工业活动过程中会向环境中排放大量多环芳烃(PAHs),污染土壤、水体和农作物,对人体健康造成潜在威胁。该文以山西省长治市某典型煤炭工业园区为研究区,分别在园区中心及其上下风向2、5、8km处采集饮用水、室内外灰尘和谷物样品,采用色谱-质谱仪(GS-MS)测定样品中PAHs的浓度,分析PAHs的多介质污染特征并进行健康风险评价。结果表明:研究区7个样点饮用水中∑PAHs的检出范围为233.57~337.05ng/L,符合《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2022)中多环芳烃(总量)在2×10^(3)ng/L的限值,随着距园区中心距离的增加,上风向和下风向饮用水中∑PAHs都呈现先上升后下降的趋势;小米和面粉中∑PAHs的检出范围分别为113.70~2318.57 ng/g和108.42~512.30 ng/g,且随着距离增加,上风向和下风向谷物(小米和面粉)中∑PAHs都呈现“N”趋势;室内灰尘中∑PAHs的浓度高于室外灰尘,随着距离增加,室外灰尘中∑PAHs在上风向和下风向都呈先下降后上升的趋势。健康风险评估显示,研究区饮用水中PAHs的致癌风险指数处于10^(-6)~10^(-4)范围内,具有潜在致癌风险,且成人的致癌风险高于儿童;灰尘中PAHs对人体具有强致癌风险,且室内外灰尘对儿童、成人的致癌风险均呈现出室内>室外、成人>儿童的特征;小米和面粉对人体的致癌风险均属于高致癌风险。 展开更多
关键词 煤炭产业 多环芳烃 不同介质 污染特征 健康风险
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基于多源数据的京津风沙源区防风固沙功能变化 被引量：5
4
作者 李琪 武志涛 +1 位作者 杜自强 张红 《水土保持学报》 CSCD 北大核心 2021年第3期156-162,共7页
防风固沙功能是评估区域生态安全程度的重要指标,研究其时空变化和内部差异可为改善生态环境和促进生态系统可持续发展提供重要参考。基于京津风沙源区多源遥感数据,利用修正风蚀方程(RWEQ)和GIS空间统计技术,评估分析了2000—2017年京... 防风固沙功能是评估区域生态安全程度的重要指标,研究其时空变化和内部差异可为改善生态环境和促进生态系统可持续发展提供重要参考。基于京津风沙源区多源遥感数据,利用修正风蚀方程(RWEQ)和GIS空间统计技术,评估分析了2000—2017年京津风沙源区防风固沙功能时空变化及其区域内部差异。结果表明:(1)区域防风固沙功能明显提升,年均防风固沙量为40.06亿t,防风固沙能力为56.38 t/hm^(2),且均随年份变化波动增加,年均增速分别为0.41亿t,0.58 t/hm^(2)。其中,二期新增区域防风固沙能力高于一期工程区域。(2)在亚区尺度上,5个亚区整体防风固沙能力均呈增加趋势,其中鄂尔多斯高原沙化土地治理区增加最为明显,为1611.35万t/a。其中,鄂尔多斯高原沙化土地治理区和坝上草原及华北北部丘陵山地水源涵养治理区是防风固沙功能的主要供给区,占比达57.96%。(3)在像元尺度上,区域自西向东大致呈现出高—低—高的变化趋势,评估期内有54.11%的地区防风固沙能力呈现增加趋势,变动值介于0.10~12.22 t/(hm^(2)·a)。此外,46.83%的地区防风固沙能力高于45.00 t/hm^(2),防风固沙功能较强。 展开更多
关键词 防风固沙功能 修正风蚀方程 时空分异 京津风沙源区
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五台山亚高山土壤真菌海拔分布格局与构建机制 被引量：16
5
作者 罗正明 刘晋仙 +3 位作者 暴家兵 王雪 吴强 柴宝峰 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第19期7009-7017,共9页
生物多样性的海拔分布格局与维持机制是生物多样性与生态系统功能研究的热点领域。尽管微生物驱动着地球上许多重要的生物地球化学循环,但与大型生物体相比,对微生物多样性海拔梯度分布格局知之甚少。运用Illumina Miseq高通量测序技术... 生物多样性的海拔分布格局与维持机制是生物多样性与生态系统功能研究的热点领域。尽管微生物驱动着地球上许多重要的生物地球化学循环,但与大型生物体相比,对微生物多样性海拔梯度分布格局知之甚少。运用Illumina Miseq高通量测序技术,全面分析了五台山亚高山生态系统(海拔2000—3058 m范围内)土壤真菌群落组成和多样性变化特征。结果表明,子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)、接合菌门(Zygomycota)、壶菌门(Chytridimycota)为主要的优势菌门。非度量多维尺度分析(NMDS)和相似性分析(ANOSIM)表明真菌群落组成和结构在海拔梯度上存在显著的差异(P<0.05)。典范对应分析(CCA)显示pH、植物丰富度、总碳含量与土壤真菌群落结构存在显著相关性(P<0.05)。局域海拔尺度上,土壤真菌多样性与植物多样性(α和β多样性)呈显著正相关关系(P<0.05)。方差分解分析(VPA)和偏Mantel分析表明土壤真菌群落构建过程中,环境因子和空间变量都起作用,并且环境因子占绝对的优势。土壤真菌群落之间的Bray⁃Curtis距离与海拔距离呈显著正相关关系(P<0.05),说明环境选择是亚高山土壤真菌海拔分布格局的决定因素。总之,五台山亚高山沿海拔梯度土壤真菌群落结构和多样性产生明显的变化,群落构建主要由确定性过程和随机过程驱动,但确定性过程占主导地位。土壤pH、植物丰富度、总碳含量是影响土壤真菌群落结构的重要因素。 展开更多
关键词 真菌群落 多样性 海拔分布格局 构建机制 五台山
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亚高山草地土壤原生生物群落结构和多样性海拔分布格局 被引量：15
6
作者 罗正明 刘晋仙 +3 位作者 周妍英 杜京旗 吴强 柴宝峰 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第7期2783-2793,共11页
生物多样性分布格局与维持机制即群落构建机制,是群落生态学研究的热点领域。微生物生态学中的一个关键问题是量化确定性过程和随机过程对微生物群落构建的相对贡献。尽管原生生物是土壤微生物群落中重要的组成部分,在微生物食物链中扮... 生物多样性分布格局与维持机制即群落构建机制,是群落生态学研究的热点领域。微生物生态学中的一个关键问题是量化确定性过程和随机过程对微生物群落构建的相对贡献。尽管原生生物是土壤微生物群落中重要的组成部分,在微生物食物链中扮演着关键角色,但与细菌和真菌相比,目前对原生生物群落构建机制知之甚少。运用Illumina Miseq高通量测序技术,分析了五台山亚高山草地生态系统(海拔2000—3061 m范围内)土壤原生生物群落组成和多样性维持机制。结果表明,四个海拔梯度的土壤共获得有效序列520673条,分属于8个超群、24个门、65个纲、125个目、222个科和350个属。门水平上,丝足虫门(Cercozoa)、褐藻门(Ochrophyta)、纤毛门(Ciliophora)和顶复门(Apicomplexa)为主要优势类群。LEfSe分析显示,17个生物标志物对海拔梯度非常敏感,不同海拔梯度富集了不同的原生生物种群。尽管海拔对土壤原生生物群落的α多样性没有显著影响,但非度量多维尺度分析(NMDS)和相似性分析(ANOSIM)结果表明,原生生物群落组成和结构在海拔梯度上存在显著的差异(P<0.05)。冗余分析(RDA)显示海拔、土壤含水量、总氮和植物丰富度指数与原生生物群落结构存在显著相关性(P<0.05)。方差分解分析(VPA)和偏Mantel分析表明环境因子和空间变量对原生生物群落海拔分布格局均有显著影响,但是环境因子的相对作用(7.9%)明显大于空间变量(1.8%)。土壤原生生物群落之间的Bray⁃Curtis距离与海拔距离呈显著正相关关系(P<0.05),说明选择过程可能是亚高山草地土壤原生生物群落分布格局的主要驱动因素。零模型分析进一步证实了确定性过程在原生生物群落构建中的相对作用大于随机过程。总之,五台山亚高山草地土壤原生生物群落组成和结构沿海拔梯度具有显著的变化格局,群落构建主要由确定性过程和随机过程驱动,但确定性过程占主导地位。 展开更多
关键词 原生生物群落 亚高山草地 多样性 海拔分布格局 群落构建
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温带亚高山针叶林土壤碳循环微生物群落的时空动态 被引量：9
7
作者 李毳 乔沙沙 +1 位作者 刘晋仙 柴宝峰 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期4540-4548,共9页
选取参与碳固定的二磷酸羧化/加氧酶基因(cbbM)、有机碳降解的淀粉酶基因(amylase)和纤维素酶基因(cellulase)作为分子标记,用实时定量PCR方法对温带亚高山华北落叶松(Larix gmelinii var.principis-rupprechtii)林、白杄(Picea meyeri... 选取参与碳固定的二磷酸羧化/加氧酶基因(cbbM)、有机碳降解的淀粉酶基因(amylase)和纤维素酶基因(cellulase)作为分子标记,用实时定量PCR方法对温带亚高山华北落叶松(Larix gmelinii var.principis-rupprechtii)林、白杄(Picea meyeri)林、青杄(P.wilsonii)林和油松(Pinus tabulaeformis)林土壤碳循环功能微生物类群丰度的时空动态开展研究.结果显示,总碳(TC)、总氮(TN)、总硫(TS)、有机质(OM)和有机碳(TOC)、pH值、铵态氮(NH4^+-N)、硝态氮(NO3^--N)、过氧化氢酶、蔗糖酶和脲酶活性在4种森林土壤中都有不同程度的差异,且有显著的季节变化特征.高海拔华北落叶松林土壤TC、TN、TS、C/N、OM和TOC含量最高,而pH值最低.土壤TC、TN、亚硝态氮(NO2^--N)含量、蔗糖酶和脲酶活性,与碳循环微生物类群的丰度呈极显著相关.土壤NO3^--N含量与有机碳分解和固碳微生物类群的相对丰度显著相关;土壤C/N、NO2^--N、pH值、OM、TOC、过氧化氢酶及脲酶活性,与降解易分解碳(labile C)和难分解碳(recalcitrant C)的微生物类群的相对丰度呈极显著相关.植被类型和季节变化共同影响土壤碳循环微生物类群的丰度,而季节变化是主导因素.植被和土壤环境因子通过调控微生物群落碳代谢功能类群的结构,影响森林土壤碳源-汇的平衡. 展开更多
关键词 亚高山针叶林 微生物群落 土壤碳循环 功能类群 实时定量PCR
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典型煤炭产业聚集区土壤重金属污染特征与风险评价 被引量：18
8
作者 刘娣 苏超 +1 位作者 张红 秦冠宇 《生态环境学报》 CSCD 北大核心 2022年第2期391-399,共9页
山西作为中国重要的煤炭能源基地,为中国经济作出巨大贡献的同时也造成了一系列的生态环境问题,例如土壤污染、地下水资源破坏、土地塌陷、水土流失等,给山西省的生态环境带来严峻的挑战。其中,土壤重金属污染(如Cr、As、Cd、Pb和Hg等)... 山西作为中国重要的煤炭能源基地,为中国经济作出巨大贡献的同时也造成了一系列的生态环境问题,例如土壤污染、地下水资源破坏、土地塌陷、水土流失等,给山西省的生态环境带来严峻的挑战。其中,土壤重金属污染(如Cr、As、Cd、Pb和Hg等)尤为突出,因此,研究煤炭产业聚集区土壤重金属的累积特征与风险评价对土壤修复具有重大意义。以山西长治市典型煤炭产业聚集区为研究区,系统解析不同类型企业(钢厂、采煤厂、选煤厂、洗煤厂、化工厂、焦化厂和燃煤电厂)周边土壤重金属元素的累积特征及差异性,采用内梅罗综合污染指数法和Hakanson潜在生态风险指数法评价不同类型企业周边土壤重金属的污染程度和生态风险,阐明土壤重金属污染的空间分布格局与扩散趋势。结果表明:研究区土壤中8种重金属Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb和Hg的平均含量分别为64.14、37.46、29.62、80.92、17.62、0.27、24.05和0.05mg·kg^(-1),均高于山西省土壤元素背景值;Cr、Ni、Cu和Zn在不同类型企业周边土壤中存在显著差异。生态风险评价结果表明,选煤厂、燃煤电厂、化工厂和钢厂周边土壤中重金属的内梅罗综合污染指数均达到重度污染,分别为4.63、3.30、9.12和3.58;化工厂周边土壤中重金属的生态风险指数最高,为589.53,属于强生态风险。空间分析表明,除As元素外,其他土壤重金属的浓度在空间上整体呈现出北部、中部高的分布格局;综合潜在生态风险指数IR和Hg的空间分布格局相似,高风险区集中在研究区西北部某燃煤电厂周边,属于强生态风险水平。该文的研究结果可为山西省的土壤重金属污染防治和修复提供重要的数据支撑。 展开更多
关键词 煤炭产业 不同类型企业 土壤重金属 污染特征 空间分布 风险评价
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华北亚高山土壤细菌群落及氮循环对退耕还草的响应 被引量：6
9
作者 王礼霄 刘晋仙 柴宝峰 《生态环境学报》 CSCD 北大核心 2022年第8期1537-1546,共10页
退耕还草是生态恢复的重要措施,地上植被演替是驱动微生物变化的最重要因素之一。在生态系统相对脆弱的华北亚高山草甸,微生物群落结构和氮循环的潜在功能受退耕还草的影响尚不清楚。利用16S rRNA基因的Illumina MiSeq测序和q PCR技术,... 退耕还草是生态恢复的重要措施,地上植被演替是驱动微生物变化的最重要因素之一。在生态系统相对脆弱的华北亚高山草甸,微生物群落结构和氮循环的潜在功能受退耕还草的影响尚不清楚。利用16S rRNA基因的Illumina MiSeq测序和q PCR技术,研究了山西省宁武云中山亚高山退耕还草区不同恢复年限(农田、15 a、20 a、30 a)的草地土壤细菌群落结构及其氮循环功能基因的变化特征。结果表明,农田和不同恢复年限的草甸地上植被多样性指数(Shannon index)和丰富度指数(Richnessindex)以及土壤理化性质(土壤总碳、总氮、碳氮比、硝态氮、铵态氮和土壤含水率)和酶活性(过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶)差异显著(P<0.05)。优势细菌类群是放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)和酸杆菌门(Acidobacteria),土壤细菌群落多样性沿退耕时间序列显著增加,结构也有显著差异。土壤总碳、总氮、碳氮比与铵态氮含量是细菌群落结构变化的重要驱动因子(P<0.05)。植物群落与细菌群落的α多样性显著相关(P<0.05)。参与氮循环的功能基因nif H、amo A-AOA、amo A-AOB的丰度随自然恢复时间而增加(P<0.05)。可见,亚高山草地自然恢复过程中植被多样性、土壤理化性质、土壤细菌群落结构与氮循环相关功能发生了显著的变化。研究结果将为华北亚高山退耕还草区生态保护措施的制定提供数据支持。 展开更多
关键词 生态恢复 退耕还草 植物多样性 土壤理化性质 细菌群落结构 氮循环基因
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铜尾矿白羊草各生长阶段根际土壤丛枝菌根真菌群落特征 被引量：4
10
作者 贾彤 姚玉珊 郭婷艳 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第13期4651-4658,共8页
以北方铜业铜矿峪矿十八河尾矿坝主要恢复植被白羊草为研究对象,分析重金属污染环境下,白羊草不同生长阶段根际土壤中丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)群落结构与多样性的变化特征,研究各生长阶段白羊草AMF群落结构与环... 以北方铜业铜矿峪矿十八河尾矿坝主要恢复植被白羊草为研究对象,分析重金属污染环境下,白羊草不同生长阶段根际土壤中丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)群落结构与多样性的变化特征,研究各生长阶段白羊草AMF群落结构与环境因子的相互关系。结果发现,白羊草不同生长阶段根际土壤的理化性质和酶活性均存在显著差异。白羊草各生长阶段根际土壤中具有相同的优势科球囊霉科,但AMF群落组成在各个生长阶段的结构存在明显不同。白羊草各生长阶段主要AMF物种对生态因子的响应表现为:幼苗期根际土壤中球囊霉科主要受土壤养分和碳氮比的影响,分蘖期根际土壤中多样孢囊霉科的主要影响因子为土壤pH,成熟期根际土壤中,双型囊霉科双型囊霉科与土壤过氧化氢酶显著相关,类球囊霉科与土壤脲酶显著正相关。总体看来,白羊草各生长阶段根际土壤AMF群落特征受到的生态因子影响具有明显差异。这有助于进一步认识污染环境下AMF的群落特征及其关键影响因子,为铜尾矿生态恢复过程中发掘和利用菌种资源提供科学依据,从而提高矿区生态修复效率。 展开更多
关键词 铜尾矿 白羊草 生长阶段 丛枝菌根真菌
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