近期两则土壤科学研究进展|研究

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近期两则土壤科学研究进展。

来源：中国科学院网站

沈阳生态所揭示森林转变对土壤微生物β多样性的影响

土地利用方式改变所造成的微生物β多样性降低是微生物群落组成“空间同质化”现象，这会影响微生物群落功能的完整性，减弱土壤生态系统对全球变化的抗干扰能力。因此，评估土地利用方式改变对生态系统结构和功能的影响，尤其是对生物多样性的影响，是当今亟待解决的重大生态环境问题。

天然林转变为人工林土壤微生物β多样性的影响及其驱动机制尚不明确。目前，天然林转变为其他土地方式的研究主要集中在亚马逊热带森林转变成较单一的农田，且其对土壤微生物β多样性的影响尚存争议，更为重要的是相关研究没有考虑季节变异的影响。因此，研究森林转变对土壤微生物β多样性的影响及其季节变异特征有助于人们理解微生物对干扰响应的时间依赖性。

有鉴于此，中国科学院沈阳应用生态研究所王清奎研究团队的博士研究生刘圣恩依托中国科学院会同森林生态实验站开展了相关研究，分别在夏季和冬季采用嵌套采样的方式采集了常绿阔叶林和杉木人工林表层土壤，探讨森林转变对土壤细菌和真菌β多样性的影响及其驱动机制。

结果显示微生物群落结构的差异随样点间的距离增加而变大，且微生物β多样性对干扰的响应具有季节变化特征，表现为夏季常绿阔叶林土壤中细菌和真菌的β多样性均高于杉木人工林，而冬季相反；天然林转变为杉木人工林提高了随机过程在局域尺度上对细菌和真菌多样性的作用，在夏季环境过滤对真菌作用较强，而在冬季对细菌作用较强；结合理论模型和该研究结果，研究人员提出了森林生态系统表层土壤微生物次生演替过程中“随机过程/决定性过程”变化的概念模型。

以上研究成果以Forest conversion induces seasonal variation in microbial β-diversity 为题发表在Environmental Microbiology 中，刘圣恩为第一作者，王清奎为通讯作者。相关工作得到了中科院战略性先导科技专项(B类)、国家基金委项目和国家重点研发计划等项目的支持。

图1. 不同季节不同森林类型土壤细菌和真菌微生物β多样性特征

图2. 随机过程和决定性过程对细菌(a)和真菌(b) β多样性作用的相对重要性

东北地理所在国家尺度湿地的农业开垦和退耕还湿遥感研究中取得进展

第二次全国湿地资源调查表明，影响我国湿地的主要威胁因子已经从全国第一次湿地资源调查时的污染、围垦、非法狩猎三大因子变化为污染、围垦、基建占用、过度捕捞和采集、外来物种入侵五大因子。已有文献表明，农业围垦是全球湿地损失的最主要的驱动因素。中国拥有全球约10%的湿地，同时仅有7%的耕地用来供给全球22%人口的粮食需求。对粮食生产的巨大需求使得我国湿地生态系统受到严重威胁。沼泽湿地作为重要的天然湿地类型，受农业开垦活动影响尤为严重。农业围垦对我国沼泽湿地损失的贡献率是多少？我国的沼泽湿地损失经历了怎样的时空格局？退耕还湿工程实施效果如何？相关问题的解答对于我国湿地生态系统的保护和资源可持续利用具有重要的意义。

中国科学院东北地理与农业生态研究所地理景观遥感学科组研究人员利用中国科学院建设完成的中国土地覆被数据库（ChinaCover；吴炳方等，2017）中1990、2000、2010年三期沼泽湿地和耕地数据，系统分析了1990-2010年期间国家尺度沼泽湿地和耕地间相互转化的时空格局，并进一步在大的地理区划和气候带尺度上量化了沼泽湿地农业开垦和退耕还湿的空间差异；总结讨论了过去30年农业发展政策和湿地保护政策对沼泽湿地的农业开垦和退耕还湿的影响。

研究发现，1990-2010年间中国的农业开垦直接占用了15765 km2的沼泽湿地，约占这一时期我国沼泽湿地损失总面积的60%；耕地扩张占用沼泽湿地主要发生在我国东北地区（13467 km2，85.4%）。随着对湿地生态系统服务认知度的提升，在2000-2010年期间农业开垦占用湿地的速率有所下降。1990-2010年间，全国已实施1369 km2的退耕还湿；尽管政府主导下的湿地保护与恢复努力措施加强，我国的湿地生态系统保护仍面临着巨大的压力。东北地区的农业开垦占全国农业开垦沼泽湿地总量的绝大部分，但退耕还湿的面积还很有限；干旱区沼泽湿地的农业开垦趋势仍没有得到有效遏制，湿地的保护仍需加强。

此研究在国家尺度上量化分析了中国湿地农业开垦和退耕还湿的格局与过程，并从地理区划和气候分区尺度开展了空间特征的全面解析。研究结果不仅有助于理解我国湿地损失的主导因素；且可为制定湿地资源可持续利用与因地制宜、科学保护的管理决策提供理论指导和数据支撑。

该研究由东北地理所副研究员毛德华、研究员王宗明，美国亚利桑那州立大学教授邬建国、中科院遥感与数字地球研究所研究员吴炳方和曾源等共同完成。成果发布在Science of the Total Environment上。该研究由国家重点研发计划子课题（2016YFC0500408，2016YFA0602301，2016YFC0500201）、国家自然科学基金面上项目（41771383）、中科院青年促进会人才基金（2017277，2012178）及中国国家留学基金（(201604910407）共同资助。

论文信息：Mao D.H., Luo L., Wang Z.M., Wilson M.C., Zeng Y., Wu B.F., Wu J.G.,2018. Conversions between natural wetlands and farmland in China: A multiscale geospatial analysis. Science of the Total Environment, 634: 550-560.

图1 1990-2010年间沼泽湿地农业开垦空间格局

图2 1990-2010年间退耕还湿空间格局

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