综述植物—土壤反馈研究进展
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植物多样性对生态系统功能影响的研究进展综述:植物多样性对生态系统功能影响的研究进展近年来,随着环境问题的日益凸显,人类对生态系统的重视程度不断提升。
而植物多样性作为生态系统的重要组成部分,其对生态系统功能的影响也日益引起了人们的重视。
本综述将从植物多样性对生态系统功能的影响、影响机理等方面进行综合讨论。
一、植物多样性对生态系统功能的影响植物多样性可以影响生态系统的许多方面,包括物质转化、养分循环、生物多样性保护等。
其中,物质转化和养分循环是植物多样性与生态系统功能关系探究的热点领域。
1.物质转化植物多样性对物质转化有着重要的影响。
研究表明,随着植物种类的增加,生态系统中的总光合作用率和总碳库总量也会增加,从而对生态系统中的物质转化过程产生影响。
此外,不同植物种类对生态系统中的物质转化有着不同的影响。
有些物种可以促进土壤的固氮,而另一些物种则可以分解碳水化合物,从而影响其它生物的生长。
2.养分循环植物多样性对养分循环的影响也备受关注。
研究表明,多样性植物群落中有利于氮素流失和磷流出的植物更多,因此在植物多样性较高的区域中,养分循环的速率和强度也更快。
而如果生态系统中的植物多样性较低,则养分循环的强度将会减缓。
二、植物多样性对生态系统功能影响的机理植物多样性对生态系统功能的影响机理也已成为研究的热点。
以下为植物多样性对生态系统功能影响的机理的几个重要方面。
1.群体结构植物多样性对生态系统功能的影响主要通过影响群落的种类组成和群体结构。
群体结构中广泛存在着生殖、生长和竞争等机制,这些机制之间的纷争,也会对群体结构的形成和稳定产生重要影响。
2.生产力植物多样性对生产力也有着重要的影响。
研究表明,多样性植物群落中的光合作用效率更高,从而使群落总光合产物的总量也更大。
在光照条件相同的情况下,植物多样性存在着一定的协同作用,能够让群落在光合作用、生物量积累等方面表现出更高的生产力。
三、未来展望虽然目前关于植物多样性与生态系统功能之间关系的研究取得了一些进展,但仍然有不少问题需要解决。
生态学研究新领域:植物—土壤反馈研究评述李晓晶;王伟峰;段玉玺;王博;刘源;刘宗奇【摘要】植物—土壤反馈对理解植物种群动态、群落组成和陆地生态系统功能方面具有重要科学意义,能用于解释群落演替、生态系统多样性、生物入侵、生产力形成与维持、生态系统应对气候变化响应等生态学问题.基于文献计量学方法,评述了利用植物—土壤反馈解释群落演替、生物入侵、植物适应性和选择性、对全球气候变化的响应、生物多样性和生产力关系、进化过程等科学问题,并就这一研究领域今后的研究方向进行探讨,认为研究植物—土壤反馈可以利用其对生物多样性的影响,管理陆地生态系统,减缓由人类活动带来的全球生态变化方面的负面效应,有利于生态系统的适应性管理,为人类社会提供可持续的生态系统服务.【期刊名称】《林业调查规划》【年(卷),期】2019(044)002【总页数】7页(P46-51,67)【关键词】植物—土壤反馈;生物多样性;反馈效应;群落演替;生物入侵;生态系统【作者】李晓晶;王伟峰;段玉玺;王博;刘源;刘宗奇【作者单位】内蒙古林业科学研究院生态功能与森林碳汇研究所,内蒙古呼和浩特010010;内蒙古林业科学研究院生态功能与森林碳汇研究所,内蒙古呼和浩特010010;内蒙古林业科学研究院生态功能与森林碳汇研究所,内蒙古呼和浩特010010;内蒙古林业科学研究院生态功能与森林碳汇研究所,内蒙古呼和浩特010010;内蒙古林业科学研究院生态功能与森林碳汇研究所,内蒙古呼和浩特010010;内蒙古林业科学研究院生态功能与森林碳汇研究所,内蒙古呼和浩特010010【正文语种】中文【中图分类】S718.5;S718.521.2;S718.516植物—土壤反馈对理解植物种群动态、群落组成和陆地生态系统功能等方面具有重要科学意义。
植物—土壤反馈研究除了通过模拟控制实验外,还需要在野外进行科学验证,并阐明其作用机制。
影响植物—土壤反馈的因素众多,非生物和生物土壤成分贡献值需要被量化,在物种进化中的作用需要被确定。
欧阳子龙,贾湘璐,石景忠,等.间作对作物、土壤及微生物影响的研究进展[J].江苏农业科学,2024,52(2):18-30.doi:10.15889/j.issn.1002-1302.2024.02.003间作对作物、土壤及微生物影响的研究进展欧阳子龙1,2,3,贾湘璐1,2,3,石景忠3,韦妙琴1,2,滕维超3(1.南宁植物园,广西南宁530002;2.南宁青秀山风景名胜旅游开发有限责任公司,广西南宁530004;3.广西大学,广西南宁530004) 摘要:间作是一种生态农业,通过植物间优势互补来提高植物的养分积累以促进生长。
筛选出优良的间作模式可实现增产增收。
首先,间作通过地上部生态位提高植物对光资源的利用能力,并协同地下部生态位提高植物抗逆性和抗病性,直接促进产量增加。
其次,间作能改良土壤结构,改变土壤理化性质,提高养分含量和酶活性。
较好的土壤条件又能正向促进植物生长、生理和养分吸收,体现出多样性净效益,使得间作系统整体产量提高。
最后,间作亦会丰富土壤中微生物群落多样性,改良土壤,平衡有益和有害微生物,对植物生长发育有利。
本文从植物生长生产、土壤理化结构和土壤微生物等方面综述了近10年来国内外间作研究概况,并对间作的生态和经济效益、研究的重点方向、深层次机理的探究、产业面临的瓶颈和高通量测序技术的应用这5个方面进行了展望,以期揭示间作对植物、土壤和微生物的影响,为未来间作产业发展提供经验和参考。
关键词:间作;植物;土壤微生物;土壤酶 中图分类号:S344.2 文献标志码:A 文章编号:1002-1302(2024)02-0018-13收稿日期:2023-04-06基金项目:崇左市科技计划(编号:崇科FA2018005)。
作者简介:欧阳子龙(1997—),男,湖北天门人,硕士,主要从事园林植物资源及应用研究。
E-mail:1627132117@qq.com。
通信作者:滕维超,博士,副教授,主要从事园林植物资源及应用研究。
植物—土壤反馈研究进展周阳;姜丽丽;李博文;崔树娟;孟凡栋;王奇;汪诗平【摘要】This paper reviewed the definition, research approaches and methods of plant-soil feedback and its research progress and problems. Plant-soil feedbacks involve two-step processes: plant changes the abiotic and biotic conditions of its associated soil; these changes in soil conditions may increase or decrease the growth of conspecifics, resulting in positive or negative plant-soil feedbacks, respectively. Plant-soil feedbacks can affect plant performance and plant-competitive interactions, ultimately affecting community composition and diversity. Role of feedback in the succession process in the plant is uncertain. Growth enhancement of exotic and less negative feedback may result in that local species are competitively excluded, future climate change may cause changes in species composition and biodiversity loss, but resource complementarity and not too strong plant-soil feedbacks effects may lead to high productivity and diversity of mixed plant community. The key issues and further tasks of plant-soil feedback study were suggested as follows: (1) Design the experiment of plant-soil feedback in different ecosystems; (2) There were strong need to study reciprocating effects of plant and soil; using the molecular or genetic mean in plant-soil feedback; (3) Study on the mechanism of plant-soil feedback as a ecological factor.%该文综述了植物—土壤反馈研究的定义、途经、方法和国内外的研究现状以及存在的问题.植物—土壤反馈是指植物改变根际土壤的生物和非生物特征,同时被改变的也能提高或降低该植物的生长,形成正的或负的反馈,从而影响植物群落组成及植物间相互作用.植物—土壤反馈研究对于理解植物群落演替、生态系统多样性与生产力形成与维持机制,认识生态系统对气候变化和生物入侵等全球生态事件的响应具有重要的理论意义.外来物种快速生长和繁殖及其可能的负反馈可能会导致本地种被竞争排除,未来气候变化可能导致物种组成发生变化及生物多样性丢失,但资源互补和植物—土壤反馈效应则可能使植物群落具有较高的生产力和多样性.因此,未来植物—土壤反馈关系应该加强以下几方面研究:(1)开展不同生态系统植物—土壤反馈关系的比较研究;(2)植物—土壤及土壤—植物等群落水平的反馈研究;(3)特别是要加强分子和基因工具在植物土壤—反馈关系中的应用,揭示植物—土壤反馈关系的分子机理.【期刊名称】《广西植物》【年(卷),期】2017(037)011【总页数】9页(P1480-1488)【关键词】植物;土壤;反馈关系【作者】周阳;姜丽丽;李博文;崔树娟;孟凡栋;王奇;汪诗平【作者单位】中国科学院青藏高原研究所,北京 100101;中国科学院大学,北京100049;中国科学院青藏高原研究所,北京 100101;中国科学院青藏高原研究所,北京 100101;中国科学院大学,北京 100049;中国科学院青藏高原研究所,北京100101;中国科学院大学,北京 100049;中国科学院青藏高原研究所,北京 100101;中国科学院大学,北京 100049;中国科学院青藏高原研究所,北京 100101;中国科学院大学,北京 100049;中国科学院青藏高原研究所,北京 100101;中国科学院青藏高原地球科学创新卓越中心,北京 100101【正文语种】中文【中图分类】Q948.1植物—土壤反馈研究对于理解植物群落演替、生态系统多样性与生产力形成与维持机制,认识生态系统对气候变化和生物入侵等全球生态事件的响应具有重要的理论意义。
《植物-土壤反馈对人工混播草地物种共存与群落动态的影响》篇一一、引言在生态学领域,植物与土壤之间的相互作用对草地生态系统的结构和功能起着至关重要的作用。
人工混播草地是草地生态恢复与建设的重要手段之一,通过合理的物种混播可以实现物种共存、改善土壤环境以及提升草地生态系统的整体稳定性。
本文着重探讨了植物-土壤反馈对人工混播草地物种共存与群落动态的影响,以期为人工混播草地的合理设计与管理提供理论依据。
二、植物-土壤反馈机制植物-土壤反馈机制主要涉及植物通过生长和凋落物影响土壤性质,进而影响其他植物的生长和分布。
这种反馈机制包括正反馈和负反馈两种。
正反馈主要表现在适宜的植物组合可以改善土壤质量,进而促进植物的进一步生长;而负反馈则主要表现为不同植物之间对资源(如水分、养分等)的竞争,以及某些植物通过释放化学物质抑制其他植物的生长。
三、人工混播草地物种共存在人工混播草地中,物种共存是植物-土壤反馈机制作用的重要体现。
通过合理的物种混播,可以充分利用不同物种的生态位差异,减少种间竞争,从而促进物种共存。
例如,某些豆科植物可以通过固氮作用改善土壤质量,为其他非豆科植物提供更好的生长环境。
此外,不同物种的凋落物和根系分布也有助于形成异质性的土壤环境,进一步促进物种共存。
四、群落动态变化人工混播草地的群落动态变化受到多种因素的影响,其中植物-土壤反馈机制起着重要作用。
随着时间推移,某些适应性强的物种可能会逐渐成为优势种群,而一些初期优势不明显或对环境变化敏感的物种可能会逐渐被淘汰。
这种动态变化过程不仅受到植物自身特性的影响,还与土壤性质的改变密切相关。
例如,某些耐旱、耐瘠薄的物种在改善土壤环境后可能会逐渐成为优势种群,而一些喜肥、不耐阴的物种则可能逐渐减少。
五、影响因素及管理策略影响人工混播草地物种共存与群落动态的因素众多,包括气候、地形、土壤性质以及物种自身的生物学特性等。
为了实现人工混播草地的可持续发展,需要采取一系列管理策略。
研究综述范例近几年来,随着人们对生物多样性保护和生态环境质量的关注度不断提高,科研人员们对生态系统的治理和恢复方式也在不断探索和研究。
本综述旨在对近五年来生态系统恢复领域的研究进展进行总结和分析,以期对未来的生态环境治理提供参考和借鉴。
一、研究背景生态系统的破坏和生物多样性的丧失已经成为全球性的问题。
而生态系统的恢复,尤其是因人类活动造成的生态系统损伤的恢复,已经成为近年来全球研究的焦点之一。
生态系统恢复旨在通过修复或改善已经遭到破坏或干扰的生态系统的部分或全部功能,以实现生态和环境的可持续发展。
二、主要研究成果1. 生态系统修复技术的研究生态系统恢复的核心是如何修复受损的生态系统,因此,研究生态系统修复技术是生态系统恢复研究的重要内容。
近来,通过对不同生态系统的实践、实验和模拟研究,生态系统修复技术中的植物修复、土壤改良、微生物修复、水生态修复等各领域得到了快速发展。
例如:(1)植被修复植物修复是一种经济、环保、有效的生态系统修复方法。
近年来,各种植物修复技术应用得越来越广泛,如亚洲地区的枯山治理利用山杏和黑松等木本植物的技术、澳洲的盛行草(Paspalum dilatatum)和马尾草(Cynodon spp.)修复技术等。
(2)土壤改良在生态系统恢复中,传统的土地改良方法包括施肥、石膏、石灰等,并不能很好地解决土壤退化的问题。
近年来,土壤微生物的修复技术成为了一种热门的修复方式,将适宜的微生物或其代谢物引入到土壤中,以改善土壤质量和促进土壤的水分和肥力。
(3)水生态修复水生态系统也是受损最严重的生态系统之一,生态修复同样也在不断研究和探索中。
例如,植物人工湿地技术、生物滤池技术等,对于水体污染的修复和治理起到重要作用。
生态系统构建方法旨在构建具有生态功能的系统或复杂的生态功能网络,以实现传统农业、城市化等人类活动的规划和发展与生态系统的和谐共生。
近年来,生态系统构建方法的研究涉及不同领域,如城市绿地建设、荒漠化地区治理、生态农业等,取得了大量的研究成果。
植物残体向土壤有机质转化过程及其稳定机制的研究进展一、本文概述植物残体是土壤有机质的重要来源,其向土壤有机质的转化过程及其稳定机制对土壤肥力和生态系统健康具有重要影响。
随着全球气候变化和农业生产的快速发展,植物残体向土壤有机质的转化及其稳定机制的研究已成为土壤学和生态学领域的热点之一。
本文旨在综述近年来植物残体向土壤有机质转化过程及其稳定机制的研究进展,为深入理解土壤有机质形成与演化、提高土壤肥力和促进农业可持续发展提供理论支撑。
本文首先概述了植物残体向土壤有机质转化的基本过程,包括植物残体的分解、有机质的形成与积累等关键步骤。
随后,重点介绍了植物残体分解的影响因素、有机质稳定机制及其与土壤微生物的相互作用等方面的研究进展。
本文总结了当前研究的不足和未来的研究方向,以期为未来植物残体向土壤有机质转化及其稳定机制的研究提供参考和借鉴。
二、植物残体的组成与性质植物残体,即植物在生长、发育和死亡过程中产生的各种有机物质,是土壤有机质的主要来源之一。
植物残体的组成和性质对其向土壤有机质的转化过程及其稳定机制具有重要影响。
植物残体的组成复杂多样,主要包括纤维素、半纤维素、木质素、果胶等多糖类物质,以及蛋白质、脂肪等含氮、含磷的有机化合物。
这些化合物在植物残体分解过程中,会经过微生物的分解和转化,形成更为简单的有机物质,如氨基酸、糖类等,进而参与到土壤有机质的形成过程中。
植物残体的性质也会影响其向土壤有机质的转化。
例如,植物残体的C/N比(碳氮比)是影响其分解速率的重要因素。
一般来说,C/N 比越低,植物残体的分解速率越快,因为较低的C/N比意味着植物残体中含有较多的氮元素,可以为微生物提供充足的氮源,促进微生物的分解活动。
植物残体的物理性质,如颗粒大小、形状等,也会影响其分解速率和转化过程。
植物残体的稳定性也是其向土壤有机质转化过程中的重要问题。
植物残体的稳定性主要取决于其化学组成和物理结构。
例如,木质素等具有复杂化学结构的化合物,具有较高的稳定性,难以被微生物分解。
土壤种子库与植物生态修复研究进展摘要:土壤种子库和植物生态修复是生态学和环境科学领域的一个重要研究方向。
本文综述了土壤种子库和植物生态修复的研究进展,重点讲述了近年来关于土壤种子库和植物生态修复的研究成果和研究方向,探讨了土壤种子库与植物生态修复的关系,为生态修复和环境保护的进一步深入提出了未来研究的方向和建议。
关键词:土壤种子库;植物生态修复;研究进展引言土壤种子库是指土壤中保存的种子,包括种子的数量与种类。
植物生态修复是指通过植物的生长和代谢作用来修复受到破坏的生态系统。
近年来,土壤种子库和植物生态修复的研究受到了广泛的关注,研究者们在这一领域取得了很多进展,对于社会发展与生存等都有着重要意义。
本文将综述土壤种子库和植物生态修复的研究进展,探讨它们之间的关系,为将来的研究提供一些有益的途径。
一、土壤种子库的研究进展土壤种子库由一定时期土壤表层和土壤中的活性种子总和构成,是植物种群、群落更新与恢复的物质基础[1]。
近年来,研究者发现土壤种子库与植物多样性、生态系统稳定性等密切相关,土壤种子库中长眠种子具有重要的遗传学意义,由不同世代、不同年月和不同基因型的以及具有不同比例的种子构成的[2]。
(一)土壤种子库与生态系统稳定性的关系土壤种子库被认为是潜在的恢复资源,地面上的植物群落遭到破坏后,土壤种子库发挥作用,种子萌发对植物进行补充。
赵贽鹏[3]研究的青藏高原土壤种子库的机理作用中可知,在退化的生态系统中,经过自然演替生态系统可以逐渐得到恢复。
种子经过扩散传播到不同地区,对维持生态系统稳定性很重要,可以使植物再生,增加地上植物物种组成或进行植被补充。
研究表明,土壤种子库对维持生态系统的稳定性起着重要作用。
土壤种子库中保存的种子可以在环境变化时迅速发芽生长,保持生态系统的稳定性。
(二)土壤种子库与植物多样性的关系植被恢复的潜力与其土壤种子库种子密度和物种多样性水平密切相关[4]。
而土壤种子库被认为是植物种群基因多样性的潜在提供者。
植物-土壤反馈机制研究综述刘海霞;许斌杰;范新峰;张海谷;何彦龙【摘要】研究表明在理解陆地植物种群动态、群落构成、生态功能等方面,植物土壤反馈机制已成为重要的理论.因此,正确理解植物土壤反馈及其潜在机制对预测植物群落结构变化和生态系统服务功能非常必要.本文重点介绍了土壤反馈机制及其在种群动态、群落发展中的重要作用,综述前人研究取得的重要结果,并概述了这一理论研究的方向和挑战.在人类活动引起全球气候变化的情况下,只有充分认识到生态系统不同的维持机制,才能进一步持续利用生态系统在食物、饲料和生物能源等方面提供的服务.【期刊名称】《青岛农业大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2014(031)002【总页数】6页(P142-147)【关键词】植物-土壤反馈机制;直接反馈;间接反馈;正反馈;负反馈【作者】刘海霞;许斌杰;范新峰;张海谷;何彦龙【作者单位】上海市崇明县环境监测站,上海崇明202150;上海市崇明县环境监测站,上海崇明202150;上海市崇明县环境监测站,上海崇明202150;上海市崇明县环境监测站,上海崇明202150;国家海洋局南海海洋工程勘察与环境研究院,广州500310【正文语种】中文【中图分类】X173种群动态和群落构成机制一直以来是植物生态学关注的重要问题之一。
随着全球气候变化和人类活动的加剧,许多陆地生态系统的结构和功能已发生显著变化,那么造成植物群落构成变化的主要因素是什么,以前大多数研究使用传统的理论和假说分析物种的分布格局。
但这些假说因其自身的局限性而逐渐受到人们的质疑[1]。
近年来,对物种演替的研究表明,先锋物种对土壤条件的改善,更有利于物种的共存,增加生物多样性[2]。
那么植物与土壤之间是否存在相互作用,这些相互作用对群落的进一步发展是否起到关键性作用?众所周知,在2000多年以前,亚洲和欧洲的农业耕作者发现,果树幼苗很难生长在之前种植同种果树的土壤中,而实践(或研究)表明轮作技术可以增加作物的产量[3]。
综述植物—土壤反馈研究进展作者:周阳姜丽丽李博文崔树娟孟凡栋王奇汪诗平来源:《广西植物》2017年第11期摘要:该文综述了植物—土壤反馈研究的定义、途经、方法和国内外的研究现状以及存在的问题。
植物—土壤反馈是指植物改变根际土壤的生物和非生物特征,同时被改变的也能提高或降低该植物的生长,形成正的或负的反馈,从而影响植物群落组成及植物间相互作用。
植物—土壤反馈研究对于理解植物群落演替、生态系统多样性与生产力形成与维持机制,认识生态系统对气候变化和生物入侵等全球生态事件的响应具有重要的理论意义。
外来物种快速生长和繁殖及其可能的负反馈可能会导致本地种被竞争排除,未来气候变化可能导致物种组成发生变化及生物多样性丢失,但资源互补和植物—土壤反馈效应则可能使植物群落具有较高的生产力和多样性。
因此,未来植物—土壤反馈关系应该加强以下几方面研究:(1)开展不同生态系统植物—土壤反馈关系的比较研究;(2)植物—土壤及土壤—植物等群落水平的反馈研究;(3)特别是要加强分子和基因工具在植物土壤—反馈关系中的应用,揭示植物—土壤反馈关系的分子机理。
关键词:植物,土壤,反馈关系中图分类号: Q948.1文献标识码: A文章编号: 10003142(2017)11148009Abstract: This paper reviewed the definition, research approaches and methods of plantsoil feedback and its research progress and problems. Plantsoil feedbacks involve twostep processes:plant changes the abiotic and biotic conditions of its associated soil; these changes in soil conditions may increase or decrease the growth of conspecifics, resulting in positive or negative plantsoil feedbacks, respectively. Plantsoil feedbacks can affect plant performance and plantcompetitive interactions, ultimately affecting community composition and diversity. Role of feedback in the succession process in the plant is uncertain. Growth enhancement of exotic and less negative feedback may result in that local species are competitively excluded, future climate change may cause changes in species composition and biodiversity loss, but resource complementarity and not too strong plantsoil feedbacks effects may lead to high productivity and diversity of mixed plant community. The key issues and further tasks of plantsoil feedback study were suggested as follows:(1) Design the experiment of plantsoil feedback in different ecosystems;(2) There were strong need to study reciprocating effects of plant and soil; using the molecular or genetic mean in plantsoil feedback;(3) Study on the mechanism of plantsoil feedback as a ecological factor.Key words: plant, soil, feedback植物—土壤反饋研究对于理解植物群落演替、生态系统多样性与生产力形成与维持机制,认识生态系统对气候变化和生物入侵等全球生态事件的响应具有重要的理论意义。
研究植物—土壤反馈关系是认识植物和土壤生态学的核心。
早期文明的玛雅人、罗马人和北京人已经发现土壤的不同会影响农业的产量(Leigh, 2004)。
2000年以前的欧洲和亚洲人就发现果树移栽到同种个体或同类个体生长过的土地上就会出现生长受限的情况(Leigh, 2004)。
现在研究认为植物—土壤相互作用是土壤起源的基本驱动因子(Dokuchaev, 1879;Wardle et al,2004),并能预示陆地植物的进化(Selosse & Le Tacon, 1998;Putten et al, 2013;Simberloff et al, 2013)。
同时,研究者们认为植物—土壤相互作用不仅仅涉及许多生态学过程,而且也是对全球变化最敏感的生态反应之一(Bardgett et al, 2010)。
人为活动引起的全球变化影响着植物—土壤反馈,反过来这些反馈关系的变化也可能改变这些人为活动引起变化的程度和生态学过程(Wardle et al,2004; Putten et al, 2013)。
正确理解植物—土壤反馈理念能帮助我们预测不同环境条件下的植物群落组成和生产力的变化,并有助于减缓人为活动导致的全球性变化的后果,提升生态系统服务的可持续性。
1植物—土壤反馈关系的概念在牛津字典中反馈被定义为“修改、调整或控制一个过程或者系统,通过过程的结果影响这一过程的起因”。
在生态学上,植物—土壤反馈是指植物影响根际土壤的生物和非生物特征,这种影响反过来影响其自己或其它物种的行为(Ehrenfeld et al, 2005)。
即植物—土壤反馈包括两个方面,首先植物改变了它周围的土壤环境(Chanway et al, 1991);其次,植物引起的土壤环境的改变反过来又能够影响其自身或其它物种的行为(Bever et al, 1997;Thrall et al, 1997)。
如果植物引起的土壤环境的改变提高了其自身的生长,这种现象称为正反馈(Ehrenfeld et al, 2005)(图1)。
正反馈可能来自于营养的获得(Chapman et al, 2006)以及根际共生体的聚集(Klironomos, 2002)等。
相反,一种植物生长在其它植物生长的土壤中时比在自己生长的土壤中生长的更好,这种现象称为负反馈(Ehrenfeld et al, 2005;Kulmatiski et al,2008)(圖1)。
负反馈产生的原因可能是因为营养被固定或消耗(Berendse, 1994),或者根际捕食者或病原体聚集(Van der Putten, 2003),或者土壤碳的聚集达到某一水平等所导致的(Ehrenfeld et al, 2005)。
Klironomos(2002)综述了1994—2008年45篇文献的329个实验结果,发现28%的研究结果是正反馈,70%的结果是负反馈,正反馈提高了植物生物量的25%,而负反馈则降低了植物生物量的65%。
这一发现表明植物—土壤反馈在生态系统结构和功能的研究中是非常重要的机制(Kulmatiski et al, 2008)。
2反馈发生的途径植物—土壤之间可通过物理、化学和生物途径进行相互作用。
2.1 物理反馈植物和土壤之间的物理反馈途径包括通过改变土壤水分、温度和土壤结构(Gao et al,2003; Pugnaire et al, 1996)等物理条件产生反馈途径。
土壤水分控制着植物个体,种群和群落以及地下微生物群落的许多生态特征(Gao et al, 2003; Pugnaire et al, 1996)。
反过来,植物通过生长、庇荫、蒸腾和水分提升等作用影响着土壤的水分变化(Ehrenfeld et al,2005)和温度(Raich & Tufekciogul, 2000; Eviner, 2004; Sturm et al, 2005),并通过植物的根系生长和活动改变根际土壤的结构(Eviner & Chapin III, 2002; Garcia et al, 2005;Rillig, 2004)等物理特征。
2.2 化学反馈植物通过根和根际土壤微生物活动改变土壤有机物,从而对土壤养分起聚集作用(Martens, 2000; Angers & Caron, 1998)。
植物可以提高或降低土壤的pH(Binkley & Giardina, 1998; Inkley et al, 1989)、改变土壤的氧含量(Cronk & Fennessy, 2016)、阳离子浓度(Larcher, 2003; Mengoni et al, 2004)、碳(Berendse, 1998; Su, 2004;Schlesinger et al, 1990; Schlesinger & Pilmanis, 1998)和氮(Eviner & Chapin, 1997;Eviner et al, 2006)等化学特征,反过来,这些土壤特征的改变又能决定植物的生长和分布(Inkley et al, 1989; Su, 2004)。
一些研究发现在干旱半干旱生态系统,灌木或多年生丛生禾草能够引起土壤碳的聚集(Binkley & Giardina, 1998; Inkley et al, 1989)。
例如,在中国的荒漠草地,当灌木取代草本后,土壤碳呈现明显的空间异质性;当沙生草本取代灌木后土壤碳的异质性随后降低(Cheng et al, 2004)。
2.3 生物反馈土壤微生物对植物引起的改变非常敏感。
大量研究表明植物能提高其根际土壤微生物的生物量(Burke et al, 2002; Kourtev et al, 2003; Ravit et al, 2003)。
一般认为,植物对微生物的这种影响能改变微生物的功能,从而直接影响植物的生长(Hamilton & Frank, 2001)。