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论文关键词:产酸发酵反应器 生态因子 顶极群落 生态演替 生态位
论文摘要:通过产酸发酵反应器的动态试验,考察生态因子(pH、ORP)等制约的不同发酵类型顶极群落的结构、优势种群的组成和生态演替的规律,阐明不同发酵类型代谢及其顶极群落的典型特征,揭示产酸发酵过程中顶极群落内平衡与反馈调节的生理代谢机制,并以pH值、ORP来表征生态演替过程中优势种群的生态位图。
Ghosh和Poland在1971年提出了利用相分离的原理:分别控制适应于产酸发酵菌和产甲烷菌的最佳生理及生态条件,从而形成具有较高运行稳定性和处理效率的两相厌氧生物处理系统。目前,对于两相厌氧生物处理的微生物生态学的研究普遍受到重视,但是由于产甲烷菌具有种类少、生长繁殖慢、利用底物种类有限、对环境条件敏感等特性,使得人们长久以来认为产甲烷相是两相厌氧处理系统中的关键“限速步骤”,因此大多数研究集中于产甲烷相微生物的生态学研究上。事实上产酸相不同生态条件下形成的末端发酵产物作为产甲烷细菌利用的底物,对产甲烷相乃至整个工艺的稳定运行具有至关重要的作用[1]。以往的研究表明,产甲烷相微生物对底物的转化速率依次为乙醇>戊酸>丁酸>乙酸>丙酸,而乙酸的转化是系统产甲烷即去除效率的“限速步骤”。从整个系统角度出发,产酸相最佳发酵类型应为乙醇型发酵[2]。因此利用连续流产酸发酵反应器,通过对限制性因子(pH、ORP)的调控,考察在人工创建生境中,微生物所遵循的群落与种群生态学演替规律,不同发酵类型的顶级群落内平衡与反馈调节的生理代谢机制,得出以pH、ORP表征的生态演替过程中优势种群的三维实现生态位,这对于进一步阐明产酸相不同发酵类型的生态学规律,提高两相厌氧的整体处理水平具有新的思路和理论指导意义。
1 试验材料与方法
1.1 实验装置
采用沉淀区和反应区一体化、内设气—液—固三相分离装置的连续流搅拌槽式厌氧反应器(CSTR)作为产酸相反应器,有效容积为3.1L,通过对pH、ORP进行调控进行平行实验;反应器外部缠绕电热丝结合温控仪保证内部温度(30±1℃)的厌氧条件,实验中控制COD负荷为8kg/m3·d,进水COD浓度为4000mg/L。具体流程见图1所示。
1.2 实验底物与分析方法
采用废糖蜜为底物,并按照COD∶N∶P=800~1000∶5∶1配以少量N、P。采用标准方法分析测定COD、pH、ORP(以电极电位Eh计,mV)。液相发酵产物采用SC-7气相色谱分析仪,按照任南琪[1](1994)建立的检测方法进行分析。厌氧细菌的培养采用改进的Hungate技术,鉴定方法参见参考文献[3]。
2 结果与讨论
产酸发酵类型指依据酸性末端产物中挥发性脂肪酸(VFA)的分布判断微生物的生理代谢途径。酸性末端产物中始终占据主导地位的物质定义为相应的代谢类型,并将产酸发酵生态系统达到稳态时代谢的优势种群定义为顶极群落。产酸相的三种发酵类型中,丁酸型发酵和丙酸型发酵分别以丁酸或丙酸为主要液相末端发酵产物,而乙醇型发酵的主要液相末端产物为乙醇和乙酸。
生态演替是生物群落的一个动态变化特性,具有定向性、可调控性、趋于稳定性。由于环境因素(因变因子:pH、ORP)、微生物内部群落及末端代谢产物组成的协调控制,产酸相微生物群落在随环境因素定向演替的同时,由于群落的内平衡和反馈调节机制,又保持了相对的稳定性,即形成与不同发酵类型相对应的特征顶级群落生态系统,顶级群落中微生物通过种间竞争和协同作用选择优势种群,形成复杂的生态学决定关系[4~5](图2)。
2.1 乙醇型顶极群落的结构模式及生态演替
产酸发酵反应器的乙醇型发酵是以H2为主要气相产物,乙醇、乙酸为主要液相产物的发酵类型,在ORP、pH特别低的情况下,以产生乙醇的方式保证细胞内部的正常pH值,以维持机体正常产能和合成代谢,同时每产生1mol乙醇,氧化NADH的量为2mol,以此实现NAD+/NADH的耦联,并产生1mol氢气见表1。乙醇型发酵具有很强的稳定性,不同反应器及不同运行阶段的乙醇型发酵微生物优势菌群见表2。
2.2 丙酸型顶极群落的结构模式及生态演替
丙酸的产生和积累对厌氧生物处理系统有重要的影响,导致系统pH降低而发生“酸化”,致使产甲烷菌失活[6]。主要原因是丙酸在产甲烷相的产乙酸过程缓慢。丙酸型发酵的典型细菌丙酸杆菌属无氢化酶,不产生氢气。丁酸型发酵的主要限制性因素为较高的ORP和pH5.0。不同反应器及不同运行阶段的丙酸型发酵的顶级群落中优势种群见表3。
2.3 丁酸型顶极群落的结构模式及生态演替
从微生物代谢角度讲,pH接近中性时细菌以合成代谢为主,数量的增殖增加了ATP的消耗量,而丁酸型发酵的单位ATP产量是3,因此被选择。在环境中ORP较低、pH为6.0和5.0左右发生的是丁酸型发酵。而较高ORP、pH为5.0时的丙酸型发酵是由于丙酸杆菌的兼性需氧性所致。不同反应器及不同运行阶段的丁酸型发酵的顶级群落中优势种群见表4。按照Odum生态学的观点分析,在调节pH、ORP的生态演替过程中,环境中的顶极群落受环境中生态因子的制约而呈现一定的演替过程,最终被环境条件所选择的微生物成为优势菌群,这是群落“进化”过程中功能由量变到质变的过程,这一过程包括以下阶段:(1)各种发酵类型微生物之间复杂的种群关系通过微生物的生理代谢调节作用,与生境相适应的优势种群得以生长繁殖;(2)同种发酵类型微生物顶极群落的内平衡与反馈调节能力;(3)不同发酵类型代谢末端产物对群落的制约、调控;(4)顶极群落中某些优势种群(如2)反应器的拟杆菌属)的生态位与反应器内生态条件相似,污泥驯化初期已是优势种群,其优势地位不易动摇。
2.4 演替过程中优势种群的生态位
图4所示是以ORP、pH值组成的产酸相不同发酵类型顶极群落中优势种群的二维实现生态位图。由图3可见,生态因子制约了优势种群的生态演替,在这一过程中,各种类型微生物为形成稳定的顶极群落,通原因。膜组件的材料、MBR的运行条件和活性污泥的性质决定了这些因素的影响程度。(3)通过合理的设计及优化运行条件,结合有效的反冲洗和清洗措施,能够最大限度地控制膜污染和恢复膜通量。
[参考文献]
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[中图分类号] R195 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210(2017)12(c)-0165-04
[Abstract] Objective To understand the physical health status of the medical students of Han, Uygur and Kazak nationalities in Xinjiang Uygur Autonomous Region, to obtain their body shapes, function change law and characteristic, in order to discuss on the methods and strategies of improving students′ physical health. Methods The physical examination data of medical college students in Xinjiang Uygur Autonomous Region from 2006 to 2016 were collected and arranged by anthropometry, the dynamic changes and differences among the Han, Uygur and Kazakh students were compared and analyzed by mathematical statistics. Results From 2006 to 2016, within the same ethnic group, male height was increasing year by year (P < 0.05), the change in height of female students was not obvious (P > 0.05). The growth rates of male and female body mass index (BMI) increased rapidly, and the vital capacity was significantly decreased overall (P < 0.01). Among ethnic groups, the weight of the Han and Kazak male students was significantly higher than that of the Uyghur male students, the vital capacity of Han female students was better than that of the Uyghur female students (P < 0.01). Conclusion In the past decade, the Han, Uygur and Kazakh nationalities medical college students in Xinjiang Uygur Autonomous Region have a fast growth in body weight and BMI, and the total lung capacity has declined overall, and there is a difference in the degree of variation among ethnic groups
[Key words] Han nationality; Uyghur nationality; Kazak nationality; Student; Body shape; Function
新疆?S吾尔自治区是多民族聚居的自治区,世居13个民族,其中维吾尔族占48.50%、汉族占40.10%、哈萨克族占6.88%。各民族共同繁荣发展是民族地区和谐稳定发展的重要保证,创建团结和谐的多民族团结繁荣的社会局面,需要对各族居民身体健康状况得以了解和共同提高发展。众所周知,新疆维吾尔自治区位于祖国西部,该地区具有鲜明的地域特点、生活习惯、民风民俗、自然条件以及遗传差异等,在一定程度上造成了各族居民身体素质和体质健康的差异。2014年全国学生体质健康调研公报中的相关体质指标显示[1-5],我国学生体质健康水平整体呈下降趋势,新疆维吾尔自治区汉族、维吾尔族和哈萨克族学生的身体形态、机能和素质等诸多方面表现一定的地域和民族特性[6-11]。本研究在前期学生体质健康研究的基础上,对2006~2016年新疆维吾尔自治区汉族、维吾尔族和哈萨克族医学专业大学生体质健康数据进行动态比较研究,拟探讨近十年来,3个民族大学生体质健康变化的规律和特征[12-14]。为该地区的学校体质健康教育、卫生监督及民族政策提供现实数据基础。
1 对象与方法
1.1 对象
选择2006~2016年新疆维吾尔自治区汉族、维吾尔族、哈萨克族医学专业14 462名大学生作为研究对象,研究对象来源于新疆医科大学、石河子大学、克拉玛依市厚博学院3所高校且身体无残疾的全日制在册大学生。见表1。
1.2 研究方法
运用人体测量法对大学生身体形态、机能等指标进行活体测量和数据整理,包括身高、体重、肺活量以及体重指数(BMI)的计算。本文研究指标来源国家学生体质健康测试标准,测试采用健豪(JH-2020型)电子体测设备进行测量。测量人员均经测试培训,依据人体测量与评价方法进行。
BMI=体重/身高2,采用中国BMI评判标准:
1.3 统计学方法
采用SPSS 20.0统计学软件进行数据分析,计量资料数据经检验样本指标呈近似正态分布,用均数±标准差(x±s)表示;不同民族间,同一性别内同一指标采用单因素方差分析;同时对2006年和2016年同一民族内同一性别的相同指标采用t检验,以P < 0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 2006~2016年新疆汉族、维吾尔族和哈萨克族大学生身高变化比较
2006~2016年,汉族、维吾尔族、哈萨克族男生身高均呈现逐年增长趋势,其中汉族和哈萨克族男生身高增长较快(P < 0.05),维吾尔族男生身高增长不明显(P > 0.05)。汉族、维吾尔族女生身高表现为负增长趋势,差异无统计学意义(P > 0.05),哈萨克族女生身高变化不明显(P > 0.05)。不同民族间比较:3个民族男生身高增长程度差异无统计学意义(P > 0.05);汉族、哈萨克族女生身高均值比维吾尔族女生高(P < 0.05),女生身高顺序为哈萨克族>汉族>维吾尔族。见图1。
2.2 2006~2016年新疆汉族、维吾尔族、哈萨克族大学生体重变化比较
2006~2016年,汉族、维吾尔族、哈萨克族男女大学生体重均有不同程度增长:其中汉族、哈萨克族男生增长程度,差异有高度统计学意义(P < 0.01),但?S吾尔族男生增长程度差异无统计意义(P > 0.05);汉族、哈萨克族、维吾尔族女生增长程度,差异均有统计学意义(P < 0.05)。不同民族间比较:汉族男生和哈萨克族男生体重增长程度明显大于维吾尔族男生(P < 0.01);不同民族间女生体重增长程度比较,差异无统计学意义(P > 0.05)。见图2。
2.3 2006~2016年新疆汉族、维吾尔族、哈萨克族大学生BMI变化比较
2006~2016年,汉族、维吾尔族、哈萨克族男女大学生BMI均有不同程度的上升:其中汉族和哈萨克族男生BMI上升幅度较大,差异有高度统计学意义(P < 0.01),维吾尔族男生BMI增长幅度差异无统计学意义(P > 0.05);汉族、维吾尔族、哈萨克族女生BMI增长幅度,差异均有统计学意义(P < 0.05)。不同民族间比较:2009年、2016年汉族男生BMI高于维吾尔族男生(P < 0.05),2013年维吾尔族女生BMI高于汉族女生(P < 0.05)。见图3。
2.4 2006~2016年新疆汉族、维吾尔族、哈萨克族大学生肺活量变化比较
2006~2016年,汉族、维吾尔族、哈萨克族男女大学生肺活量均呈明显下降趋势,差异均有统计学意义(P < 0.05)。不同民族间比较:在2006、2007、2010、2012、2016年汉族女生肺活量明显优于维吾尔族女生(P < 0.01),其它年份各民族女生肺活量比较,差异无统计学意义(P > 0.05);2006~2016年3个民族男生肺活量比较,差异无统计学意义(P > 0.05)。见表2。
3 讨论
身高、体重和BMI是评价身体形态常用的指标,也是评价生长发育最重要的指标。身高是反映人体骨骼发育的重要指标,用来评价人体纵向生长发育水平;体重是描述人体横向生长发育的指标,用来反映人体骨骼、肌肉、脂肪、内脏器官发育和充实程度的整体指标。本研究提示,2006~2016年,汉族、维吾尔族、哈萨克族的男生身高均逐年增长,但女生身高变化不明显。3个民族男女学生由于体重增长速度远远超过身高的增长速度,因此表现出BMI增长比较快。BMI指数是目前国际上常用的衡量人体胖瘦程度以及是否健康的标准。超重和肥胖已经逐渐成为多种慢性疾病发病的主要因素,如引起高血压、心脏病等心血管疾病,呼吸系统疾病以及糖尿病等代谢系统疾病[18]。BMI不在正常值范围内,表明相关疾病发病危险性增加。归纳其原因:一是饮食习惯的影响,新疆地处高纬度,畜牧业较发达,居民膳食结构以牛羊肉、面、奶制品为主,经常摄入较多的高蛋白、高脂肪等营养素,并且很多同学喜欢吃奶茶、蛋糕、面包等甜食,摄入较多高脂肪、高热量的食物;二是生活习惯的影响,经调查发现,许多学生经常在晚上睡觉前吃夜宵,睡前饮食情况比较普遍,并且睡觉没有规律,经常熬夜看书、打游戏等[19];三是缺少体育锻炼,学校体育环境的好坏直接影响学生参与体育锻炼的行为方式。医学专业大学生不同于其他专业大学生,学业压力较大,专业课较多,学生业余时间有限,也直接影响到学生的业余体育锻炼的时间。新疆冬季时间比较长,学生大部分时间在室内活动,很少有在室外活动锻炼的场合和机会。综上所述,饮食营养过剩、生活无规律、缺乏体育锻炼等因素是影响学生身高、体重和BMI不断增长的原因。
关键词: 微生态调节剂 临床应用
微生态学(Microecology)是近年来发展起来的一门科学,是研究正常微生物与其宿主关系的生命科学分支[1]。随着微生态学的深入发展,微生物制品—微生态调节剂(Micro ecological modulator)迅猛发展起来,它是根据微生态学原理,用以调整微生态失调,保持微生态平衡,提高宿主的健康水平和增进健康嘉态的益生菌(微生物)及其代谢产物和生长促进物质的制品[2]。近几年来,微生态调节剂在临床上的应用越来越广泛,已经被广大患者所认可和使用,并日益显示出其突出的优势。本文对此类制剂的产生、分类和临床应用情况加以剖析,希望能为临床应用有所帮助。
1 微生态调节剂的产生
1.1微生态调节剂产生的重要性
随着人类文明的发展,医学科学的发展,人们对健康和疾病的认识不断深入,化学药物的出现使人类在同感染性疾病作斗争时拥有了重要武器。恩惠与风险并存着,随着抗菌药物的广泛应用,耐药菌开始出现,耐药性不断攀升,甚至出现了对任何药物均不敏感的超级细菌,面对这一新情况,面对人们与病原微生物无止境的斗争,除了不断研制新的抗菌药物,不能不另辟其境。
1.2微生态调节剂产生的理论依据
随着微生态学日新月异的发展,目前人们逐渐认识到微生物与宿主之间的生理性组合关系。正常情况下,微生物与宿主之间相互作用,达到其特定的生态平衡,而每一个生态群落内的微生物依据其共生和拮抗维系正常群落关系,一旦这个平衡被破坏,就变成生态失调,出现相应的临床症状。微生态调节剂正是利用微生物间这一共生和拮抗关系,补充对人体内生理性有益菌群或活性物质,抑制有害菌群过度增生,使病理性组合逆转成生理性组合,改善或重建微生态平衡,使相关疾病得以康复[3] 。
2 微生态调节剂的分类
微生态调节剂近年来发展迅猛,对该类产品给予正确分类是必要的[2]。
2.1按宿主可分为:人类微生态调节剂、动物微生态调节剂、植物微生态调节剂。
2.2按用途可分为:保健性微生态调节剂、防治疾病性微生态调节剂。
2.3按合成成分可分为:利用菌体、代谢产物、生长促进物质等合成的微生态调节剂。
2.4按药剂学的剂型分类可分为:液体剂型微生态调节剂、固体剂型微生态调节剂、半固体剂型微生态调节剂、气体剂型微生态调节剂。
3 微生态调节剂的作用机制
微生态调节剂具有抑制有害菌生长,降低内毒素水平,重建微生态平衡的作用。[4]其作用机理为如下几个方面:
3.1调节微生态平衡 通过补充有益菌群控制、拮抗、排斥致病菌的侵袭和定植,阻止侵入病菌的生长和繁殖,提高宿主的防御能力,保持生态平衡。
3.2增强免疫力 微生态制剂在机体定植后,可刺激机体的免疫系统,提高机体的非特异性免疫能力,提高机体的抗病能力。
3.3营养作用 有益菌生长繁殖能合成多种维生素、活性营养因子和生物酶等供机体使用,以促进代谢和调整内分泌。
3.4屏障作用 有益菌可在定植的部位形成微生物膜,阻止致病菌的入侵和定居,成为一个有效的生物屏障。
4 微生态调节剂的临床应用
近年来随着微生态调节剂在临床的应用,微生态防治渐入人心,越来越显示出重要作用。目前在在保健和防治疾病方面已积累了大量资料。
4.1对胃肠道疾病的作用
人体肠道当中栖居大量的细菌,大约有30属500多种之多,他们和人体构成微生态平衡,若这种平衡遭到破坏,将引起许多相关疾病。目前,国内外已经有多种微生态制剂应用于临床,用于防治肠道菌群失调所致的疾病,并取得了很好的临床效果。例如:张凤莲等[5]报道乳酸菌素在抑制幽门螺杆菌(HP)感染,保持消化道微生态平衡和调节机体免疫方面效果明显;刘爱民等[6]报道运用思密达散剂、乳酸菌素片治疗肠易激综合征(IBM)总有效率为98%;关国明等[7]报道应用丽珠肠乐和结肠炎丸联合治疗慢性结肠炎总有效率为95.24%。当然有关这方面的报道很多,这里就不一一举例。
中科院生态环境研究中心学术型硕士招生专业及初试科目
专业代码 专业名称 研究方向 初试科目 077601 环境科学 环境化学
环境毒理学
环境生物学
环境与健康
环境水质学
大气环境
土壤和土壤污染修复
①101思想政治理论 ②201英语(一) ③302数学(二)④838环境化学
①101思想政治理论 ②201英语(一) ③302数学(二)④846普通生物学
①101思想政治理论 ②201英语(一) ③302数学(二)④851微生物学/824生物化学(乙)
①101思想政治理论 ②201英语(一) ③302数学(二)④838环境化学/824生物化学(乙)
①101思想政治理论 ②201英语(一) ③302数学(二)④838环境化学
①101思想政治理论 ②201英语(一) ③302数学(二)④838环境化学/821分析化学
①101思想政治理论 ②201英语(一) ③302数学(二)④842土壤学/851微生物学 083002 环境工程 水质、水环境与污染控
大气污染化学与控制
固体废物处置与资源化
环境生物技术
环境材料与减排技术
①101思想政治理论 ②201英语(一) ③302数学(二)④927环境工程
①101思想政治理论 ②201英语(一) ③302数学(二)④927环境工程 /825物理化学(乙)
①101思想政治理论 ②201英语(一) ③302数学(二)④818化工原理/823普通化学(乙)
①101思想政治理论 ②201英语(一) ③302数学(二)④851微生物学
①101思想政治理论 ②201英语(一) ③302数学(二)④818化工原理/819无机化学
071300 生态学 系统生态
城市生态学
产业生态学
景观生态学
生态风险评价
①101思想政治理论 ②201英语(一) ③302数学(二) ④841生态学
101思想政治理论 ②201英语(一) ③302数学(二) ④841生态学/840环境科学基础
①101思想政治理论 ②201英语(一) ③302数学(二) ④841生态学/840环境科学基础
①101思想政治理论 ②201英语(一) ③302数学(二)/621植物学 ④841生态学/835自然地理学
①101思想政治理论 ②201英语(一) ③302数学(二)/612生物化学与分子生物学④841生态学
070302 分析化学 分析化学 ①101思想政治理论 ②201英语(一) ③619物理化学(甲) ④821分析化学 070303 有机化学 有机化学 ①101思想政治理论 ②201英语(一) ③619物理化学(甲) ④820有机化学 0776Z1 环境经济与环境管理 环境管理学 ①101思想政治理论 ②201英语(一) ③302数学(二)④928环境管理学
中科院生态环境研究中心专业硕士招生专业及初试科目
专业代码 专业名称 研究方向 初试科目 085238 生物工程 系统生产业生态
生态工程
环境生物技术
①101思想政治理论 ②204英语(二) ③302数学(二) ④841生态
①101思想政治理论 ②204英语(二) ③302数学(二) ④841生态学
①101思想政治理论 ②204英语(二) ③302数学(二) ④841生态学
①101思想政治理论 ②204英语(二) ③338生物化学④851微生物学/838环境化学
085229 环境工程 水污染控
大气污染控制
固体废物处置与资源化
环境材料与减排技术
环境分析与监测技术
①101思想政治理论 ②204英语(二) ③302数学(二)④927环境工
①101思想政治理论 ②204英语(二) ③302数学(二)④927环境工程 /825物理化学(乙)
①101思想政治理论 ②204英语(二) ③302数学(二)④818化工原理/823普通化学(乙)
关键词:土壤动物;生态系统;生态功能;多样性
1土壤动物多样性
土壤动物生态学的研究基础是土壤动物的群落让分布,在我国近些年的不断探索和研究过程中,在土壤动物多样性的研究上取得了巨大的成就。在现有的研究中,不仅涵盖了热带到温带等多种气候地区土壤动物的多样性,而且包括了森林、草原甚至是农田、城乡等多种地区的土壤动物群落分布及其多样性。对诸多的研究结果进行比较、分析可以发现,不同环境、不同气候的土壤动物群落存在较大的差异。
土壤动物指的是在土壤中生存的动物的总称,是土壤生态系统中的重要组成部分,也是消费者的主体。在生态系统的物质以及能量循环中,不仅能够从土壤中物质获得自身需要的营养,而且能够将其排泄物归还给环境,保证整个生态系统的稳定和平衡。土壤中常见的动物有蚯蚓、变形虫、线虫、蚂蚁等,当然这其中也有很大一部分在生态系统中与分解者共同作用,能够分解生态系统中存在的林木枝叶、动物尸体等,为生态系统的循环做了重要贡献。例如,在生态系统中的诸多菌类对林木、动物粪便等进行软换、初步处理等,会被土壤动物吞食,然后通过排泄的方式将分解的这些东西排出到生态系统中,然后再经过微生物的分解。另外,也有一部分土壤动物也会捕食其他动物,为土壤生态系统的构成增加了更多的适应性。
而且,通过现有的研究整理发现,土壤动物群落与纬度也有密切联系,随着纬度的升高动物群落中个体的数量也逐渐增加,这主要受到了纬度变化引起的土壤内物质变化、环境热量变化以及植被的自然条件的变化影响。就同纬度的自然环境来看,土壤动物群落主要受到局部环境的影响,总体上表现为草地、森林等地区的土壤动物较多,这主要是由于这些地区的水分充足的原因,另外在土壤中营养物质丰富以及扰动较少的土壤中,土壤动物数量也相对较多。而且,土壤动物在土壤中的分布也呈现出随着土壤深度在增加,土壤动物的数量也呈现逐渐递减的趋势。
2土壤动动物生态功能探索
2.1小型土壤动物的生态功能研究
在土壤动物中,像线虫、原生动物等个体相对较小,常常被分为小型土壤动物,而且由于其体型较小,所以其在土壤中的活动范围也较小,对于土壤的影响也相对不大。例如,原生动物在突然中主要扮演着消费者的角色,主要是细菌的消费者,其能够通过对微生物的取食来辅助调节土壤生态系统的平衡。另外,原生动物对细菌类群的取食还能够间接影响当地植物的生长状况。
当然,在整个突然生态系统中,原生动物还是其他动物的食物来源。虽然,目前越来越多的学者进行了土壤动物的研究,但是对于其生态的功能的研究还不完善。
以线虫为例,线虫能够通过取食细菌进行生存,同时能够通过排泄的方式使得土壤获得更多的氮,线虫贡献的氮达到了19%,这在很大程度撒谎能够是由于线虫的碳氮比比细菌大,所以其获取的氮远远超过了自身的需要,所以其余的氮则通过排泄的方式以铵盐的方式释放到土壤中,促进了土壤中的氮矿化。而且,笔者通过研究还发现,线虫能够影响土壤中有机物的分解和氮矿化,主要是通过直接或者间接影响碳氮比来影响其矿化,进一步影响土壤中有机物的分解,促进植物的生长。
2.2中型土壤动物的生态功能研究
除了小型土壤动物之外,螨类和条虫等由于体型较大等原因,所以是中型土壤动物的代表,然其也和小型土壤动物有许多共同之处,其中一部分也以真菌、细菌以及林木枝叶为食,而另一部分则是以小型土壤动物为食。所以中型土壤动物会对林木枯叶产生很大的影响,进一步直接或者间接的影响微生物群落以及整个生态系统。最常见的跳虫便是以真菌以及寄生虫为食,所以对植物有利,能够帮助植物很好的防治病虫害。而甲螨的分解作用也在生态系统中起到了很好的作用,其首先是取食林木枯叶等掉落物,这样就会影响这部分区域的微生物的群落,也会使得林木枯叶等加快分解。最终,能够起到促进土壤中有机物质分机,增加土地肥力的作用。
由于以甲螨和跳虫为例的中型土壤动物较多,而且中型土壤动物种类也较多,所以有很多的中型土壤动物被用来作为了土壤质量以及污染状况的指示动物。而且随着研究的不断深入,可以发现中型土壤动物能够直接或者间接的影响土壤团聚体的形成,那么这也将影响地球化学过程以及水分渗透等的过程,对气体的交换等方面也造成很大的影响。其中,甲螨在取食细菌的过程中能够促进微生物的补偿性生长,进一步影响微生物的群落,这就会简洁的影响土壤团聚体的形成,尤其是其粪便在团聚体形成的过程中扮演了很重要的角色。这也能够看出,甲螨等中型土壤动物对团聚体的形成的影响主要是间接影响。而且,在中型土壤动物中,中气门和前气门螨扮演了重要的角色,所以在土壤生态系统中其对碳以及氮的矿化能力接近,所以在矿化过程中起到了重要作用,尤其是在氮的矿化中,其矿化能力为氮矿化的15% ―30%。
另外,中型土壤动物还能够调节整个土壤生态系统中土壤动物的种群密度,从而能够进一步影响土壤中的生态结构,最终影响整个土壤生态系统。
2.3大型土壤动物的生态功能研究
谈到大型土壤动物,最常见的当数蚯蚓,其生命活动都能够或多或少的影响整个土壤生态系统,像取食、排泄,甚至分泌都会对生态环境产生影响,而且与其他的土壤动物不同的是,蚯蚓还可以通过掘土等特殊行为对生态系统造成影响。
蚯蚓在土壤生态系统中,首先是能够影响土壤中有机物质的分解,促进生态系统中能量和物质的循环,尤其是营养物质。其次,其分泌、掘土以及排泄等行为还会影响土壤的理化性质,而且在这些过程中还往往会与其他动植物以及微生物相互作用,最终构成了多姿多彩的自然生态系统。
蚯蚓主要社区土壤以及土壤中的林木落叶等,也能够取食其中的微生物以及小型土壤动物,所以就会影响土壤生态系统中的微生物的群落分布以及小型土壤动物的群落。而且,值得一提的是蚯蚓在碳循环中的重要作用,在碳循环中蚯蚓有“生态系统的工程师”的称号。目前有研究指出,在整个生态系统的碳循环中,蚯蚓能够通过翻耕土壤来提高二氧化碳的排放,这也将进一步提高土壤的肥力,不过也有人认为其在碳循环中对生态系统中碳的净固存起到了不利的作用。但是笔者认为,在碳循环中蚯蚓是在特定的时间内提高了二氧化碳的释放量,这并不能够作为其造成不利影响的标准。
与其他土壤动物协作与配合,能够加快土壤中有机物的矿化以及转化,而且在土壤中有机物的矿化和稳定化的过程中,蚯蚓起到的作用是不对称的,其中对有机物的稳定化会大于其对有机物的矿化,这也是上面提到了生态系统中碳净固存产生的原因。在生态系统中,蚯蚓最大的作用还能够促进土壤中养生的利用率,这对植物的生长具有很大促进作用,而且这也将 使得整个生态系统的肥力水平有所提高,对生态系统的多样性具有促进作用。
而且,应该注意的是大型土壤动物是生态系统中的主要的影响因素,其主要作用是其肠道微生物,以蚯蚓为例,其肠道内的厌氧微生物群落及其他微生物种群对生态系统的影响至关重要,而且蚯蚓是土壤生态系统中重要的N2O排放的重要来源,这也和其肠道内的微生物群落有关。
当然,除上述所言,蚯蚓的掘土、蠕动等行为对土壤生态系统的影响也不可忽视,其中蚯蚓以动植物的尸体为食,通过倡导的作用,会导致其排泄物中含有大量的团聚体。而其掘土行为,能够使得其粪便与土壤中的各种物质有机混合,最终影响土壤中的有机成分和土壤生态系统。
3土壤动物生态功能总体分析
自然环境是针对动物体或者植物体而言外界环境的组成部分,各种天然因素的总合构成自然环境。生态环境和自然环境有所区别,生态关系、生物因素以及非生物因素共同作用下构成整体系统。如果在其中仅有非生物因素而不具有生态关系以及生物因素,就不是完整的生态环境。因此,在土壤动物生态系统保护中必须要综合处理好生物因素、非生物因素以及生B关系,不仅仅要进行生态环境保护,还应该加强生态环境建设。
对于土壤动物生态功能而言,土壤环境也是其重要组成部分,而土壤中生物群落多样性也直接和土壤环境相关。由于土壤环境的不同,不仅导致动物群落的物种不同,而且导致群落分布也存在变化,同时也会受到环境因素影响。不仅土壤有机质会影响土壤动物种类和分布,土壤的PH环境因素也会影响土壤动物。而在土壤生态系统中,环境对生物群落具有很重要的影响作用,生物群落的多样性相对更高,但是对于均匀度有影响,会降低生物群落均匀度。随着草地等地表植被的退化,生物群落多样性会出现降低的情况。所以说,土壤动物的多样性和自然环境有着密切的联系,共同决定着生态系统的稳定性。
4结论
土壤动物的多样性对土壤生态系统乃至整个生态系统具有重要作用,无论是在碳氮循环还是在土壤有机物质改善等方面都具有不可替代的作用。而且,在陆地生态系统中,土壤动物的种类是较多的,而且在目前的研究中也能够发现地下动物的多样性研究也主要是土壤动物的研究,所以本文研究了土壤中动物的多样性,并且分析了其生态系统的功能,指出了其与自然环境的共同作用,希望为土壤动物的研究提供参考和借鉴。
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