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城乡复合生态系统土壤微生物群落特征及功能差异:研究进展与展望

发布日期:2021-10-22 作者: 点击:

快速城市化过程改变了城市及周边的土地利用及其相应的社会、经济功能,形成了城市-城郊-农业/自然生态系统的环境梯度,构成社会、经济和环境要素复杂联系的城乡复合生态系统。城市化直接或间接地影响了土壤微生物群落的组成和功能,进而影响了其承载的生态系统服务,明确土壤微生物在城乡复合生态系统的组成特征及其功能差异,对维护土壤安全、提升土壤生态服务具有重要科学意义。本文通过综述分析表明城市化对土地利用的改变驱动了土壤微生物群落的组成、结构和功能在城乡环境梯度上的差异,土地利用、土壤污染物、植被覆盖、土壤性质等因素共同影响了土壤微生物群落,并且不同景观中影响土壤微生物群落的主导因素有所不同,土壤微生物群落在不同景观中的主要功能也随城乡复合生态系统空间结构和过程的影响而存在差异。

城市化过程中土壤环境的改变使得土壤微生物群落及其时空格局受到剧烈影响。在微生物生物量上表现为自然区域Z高、城郊和城市较低,而多样性则呈现出城市和城郊较高、自然区域相对较低的分布格局。景观功能不同使得土壤微生物群落特征存在显著差异,如城市土壤中微生物呈现出活性高但不稳定的特征,城郊建设和工业用地中,土壤微生物受污染影响较为严重,具有群落结构松散、特异性高的特征,农田土壤微生物群落受耕作的影响,其多样性降低、群落结构稳定性下降,而在自然区域,土壤微生物群落垂直分异明显,与植物联系紧密,地上地下有机耦合,微生物群落结构较为稳定(1
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图1 城乡复合生态系统土壤微生物群落特征和主要功能差异


影响土壤微生物群落的因素主要包括环境因素和群落内部因素,土壤微生物群落及其动态也是由多种因素共同作用的结果(2)。不同景观土壤微生物群落的关键影响因素有所不同,如在自然区域土壤微生物群落主要受土壤性质、温度、降水以及植被覆盖等的影响,土壤性质、耕作方式、肥料施用和污染物都会对农田中土壤微生物群落产生影响,而在城市和城郊地区土壤微生物群落受土壤性质和污染物的影响较大
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图2 影响土壤微生物群落组成的主要因素


城乡复合生态系统的时空格局及其动态也影响了不同景观中土壤微生物的功能(1)。促进物质循环、调节气候变化是自然区域土壤微生物的主要功能,土壤微生物在农田景观中还起到调节土壤生态平衡、提升土壤肥力的作用,而在城市、城郊和农田土壤中,由于人类活动剧烈、土壤污染增加,土壤微生物还发挥了控制与修复土壤污染的功能

城乡复合生态系统复杂环境格局及多重驱动因素对土壤微生物群落及其功能的影响已成为当前研究的重要内容。在快速城市化、人类活动和气候变化的多重影响下,未来亟待加强以下研究:

(1)明确土地利用及其空间格局特征对土壤微生物网络和功能的影响;

(2)揭示土壤微生物在城乡复合生态系统不同功能区生态系统服务的产生和维持机制;

(3)阐明变化环境下土壤微生物对土壤安全的维持机制;

(4)探讨土壤微生物对人居环境健康的影响

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