土壤微生物多樣性

土壤微生物多樣性的主要影響因素摘要：土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的主要組成部分，而且不同的土壤具有不同的土壤微生物群落。影響土壤微生物多樣性的因素很多，主要可以分為自然因素和人為因素。本文將從土壤微生物多樣性的影響因素的兩個方面闡述目前國內(nèi)外土壤微生物多樣性的研究現(xiàn)狀。關鍵詞：土壤微生物；微生物多樣性；影響因素土壤微生物系統(tǒng)作為穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)，是保證動植物生存、農(nóng)業(yè)健康、持續(xù)發(fā)展的基礎⑴。在一定程度上地球生態(tài)系統(tǒng)的變化與土壤微生物群落的變化密切相關。研究土壤微生物多樣性的變化情況對評價生態(tài)系統(tǒng)、維護生態(tài)平衡有著十分重要的意義，因此土壤多樣性的研究得到了廣泛學者的關注。影響土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)組成和多樣性的因素可大體分成自然因素和人為因素兩大類。自然因素包括土壤類型、溫度、水分、植被等；人為因素包括土壤的耕作方式、農(nóng)藥的施用、施肥的施用等。本文將分別對幾種有代表性的土壤微生物多樣性影響因素加以闡述。1自然因素土壤類型地球上土壤類型是多種多樣的，不同土壤類型中的微生物群落結(jié)構(gòu)及組成也是千差萬別的。目前來許多的研究都表明土壤類型是土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的主要影響素之一。例如：Gelsomino等⑵通過比較不同地理位置的16種土壤微生物DGGE譜發(fā)現(xiàn)土壤類型是決定土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的主要因素。楊超等⑻研究了我國皖南煙區(qū)四種不同植煙土壤類型在煙葉生長期內(nèi)的微生物種類、 數(shù)量變化情況。其結(jié)果表明了在不同的土壤環(huán)境下土壤微生物的數(shù)量和土壤養(yǎng)分含量呈相關關系。這同時也說明了土壤類型在土壤微生物多樣性方面具有一定的影響力。植被情況生態(tài)系統(tǒng)中的植被可以通過影響土壤的含水量、通氣性、溫度、 pH值等因素從而改變土壤的微生物組成結(jié)構(gòu)。Waid認為植被的類型、數(shù)量和化學組成可能是土壤生物多樣性變化的主要推進力量⑷。通過對美國北部泥炭地生態(tài)系統(tǒng)中土壤微物活性和功能類群組成的研究，Melany等發(fā)現(xiàn)植被類型影響土壤微生物活性及功能類群［5］。韓芳等⑹對我國內(nèi)蒙古三種不同植被類型的土壤微生物類群和多樣性指數(shù)、豐富度、均勻度等進行了研究。結(jié)果表明，草地上土壤微生物類群多于灌木和喬木，并且土壤微生物類群的多少和土壤微生物多樣性具有一定的正相關性。目前應用新的研究方法都表明植物的多樣性與根際土壤微生物有關。應用Biolog法、16SrRNA分析、PCR-DGGE⑺。通過這些研究可以說明植物的根際土壤微生物多樣性有時間和空間性，不僅隨著植物類型的改變而改變，還隨著植物的生長發(fā)育過程而變化?？傮w來說，植物可以影響微生物群落結(jié)構(gòu)，植被通過影響土壤環(huán)境，從而影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性。土壤微生物多樣性與土壤上的植物群落多樣性呈正相關⑹。因此，植物與土壤微生物群落之間的是一個長期綜合形成的結(jié)果。1.3氣候類型由于不同的氣候類型形成了復雜的自然條件從而影響了土壤微生物的生態(tài)分0o布。其中溫度和水分對土壤微生物多樣性的影響存在交互性， 具有協(xié)同效應［9］這樣我們可以用季節(jié)來表示不同溫度和水分對土壤微生物多樣性的影響情況。 通過應用Biolog法Liu等［10］對美國新墨西哥州北部的沙漠牧場中的土壤微生物功能多樣性的進行了研究，結(jié)果說明多樣性在夏季最高，春季最低。陳珊等人也對東北羊草原微生物生物量的進行了季節(jié)性的分析， 表明隨著溫度的升高，濕度加大，微生物生物量增加，8月中旬左右達到最高峰⑴］0o另外，土壤微生物的季節(jié)性變化還受到干濕條件的影響。土壤漬水或干旱都會引起土壤微生物數(shù)量的變化。Joshua等［12］研究了樺樹凋落物分解過程中濕度對微生物活性和群落結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)干燥可以導致微生物量減少，微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，特別是潮濕和干燥的時間長短對土壤微生物影響很大。人為因素2.1土地利用方式不同土地利用方式對土壤的理化性質(zhì)具有一定程度的影響而引起土壤結(jié)構(gòu)的變化，進而影響土壤肥力、土壤微生物量及土壤微生物多樣性等指標。 姚槐應等用磷酸酯脂肪酸法和碳素利用兩種方法對八種紅壤的微生物群落的功能多樣性和0構(gòu)多樣性進行了研究，結(jié)果均表明土地利用方式可以顯著影響微生物的多樣性［13］但是通過對六種土地利用方式下的土壤微生物數(shù)量與肥力關系研究，章家恩等發(fā)現(xiàn)壤微生物量多少和土壤微生物多樣性指 數(shù)變化并不一致［14］。這個方面有待今后更進一步的研究發(fā)現(xiàn)。2.2耕作方式同樣的耕作方式也可以可顯著的改變土壤理化性質(zhì)而引起土壤結(jié)構(gòu)變化， 進而影響土壤微生物群落多樣性變化。在這個方面也有許多學者進行了研究。例如：Lupwayi等［15］研究了耕作方式對土壤微生物多樣性的影響時發(fā)現(xiàn)，對于偏酸、有質(zhì)較低的土壤，傳統(tǒng)耕作可以降低土壤微生物多樣性； 而對中性、有機質(zhì)豐富的土壤，耕作方式并沒有顯著的影響。SchutterandDick16］研究表明：傳統(tǒng)的精細耕作方法使得土壤細菌在不同粒徑的土壤團聚體顆粒中的多樣性沒有差異。 翻耕使得土壤微生物多樣性沒有出現(xiàn)明顯變化。再有，有學者指出土壤耕作可能造成土壤結(jié)構(gòu)的惡化，降低底物豐度和均勻度，對土壤微生物動力學有負而影響，從而顯著（PvO.05）降低土壤細菌多樣性［17］o2.3種植制度許多研究表明種植制度同樣對土壤微生物多樣性具有一定的影響。 其中連作使土壤微生物區(qū)系發(fā)生變化，各類微生物數(shù)量增加，以真菌、硝化細菌、反硝化細數(shù)量明顯增加［18］。輪作則可能比栽培單一作物更有利于維持土壤微生物的多樣性，并可抑制在單一作物的系統(tǒng)中易繁衍的有害微生物，從而可以提高農(nóng)作物產(chǎn)量。通實驗吳鳳芝等發(fā)現(xiàn)連作的土壤對黃瓜生長發(fā)育產(chǎn)生抑制作用， 土壤滅菌后則可以顯著減輕或消除這種抑制作用［19］。這個研究說明種植制度可以通過改變土壤中的微生物群落而影響作物的生長情況。同樣的尹睿等 ［20］研究了嘉興市三種類型水稻土在由稻-麥（油）輪作改作露地一些情況后也發(fā)現(xiàn)土壤微生物數(shù)量發(fā)生了改變。農(nóng)藥除草劑、殺菌劑、殺蟲劑等農(nóng)藥和土壤中其它的物質(zhì)一樣能夠被土壤中的微物或其分泌的酶降解，從而刺激或抑制了土壤中微生物的活性， 引起土壤微生物多樣性的變化。Novka等研究發(fā)現(xiàn)除草劑與土壤微生物量呈負相關性，尤其是在水熱條件不好的情況下，增加除草劑的量和多次使用會使土壤微生物量減少， 從而使土壤微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變［21］。羅海峰等通過實驗發(fā)現(xiàn)在農(nóng)田土壤施用不同濃度的乙胺后，可培養(yǎng)的異養(yǎng)細菌的多樣性和細菌物種多樣性均降低

［22］。 Sigler和Turco對殺菌劑百菌清在草坪、森林和農(nóng)業(yè)土壤上的應用進行研究，結(jié)果表明百菌使土壤細菌和真菌的群落結(jié)構(gòu)都發(fā)生了改變［23］。還有一些研究表明，在經(jīng)過殺蟲劑處理過的土壤中，土壤微生物的數(shù)量和優(yōu)勢種群沒有顯著變化， 但是微生物對底物的利用速率卻有所增高［24］。這些研究成果都說明了農(nóng)藥這個作為土壤的外來物質(zhì)對土壤微生物多樣性具有一定程度的影響。施肥化肥的施用不僅直接影響土壤化學成分變化，引起土壤微生物活性的變化而引起土壤微生物群落結(jié)構(gòu)改變，同時，化肥還能改變土壤的物理性狀，影響土壤上植被的生長，從而間接的影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)。李東坡等［25］以東北地區(qū)黑土為研究對象，對玉米生長季土壤微生物生物量碳進行動態(tài)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)施用有機肥的土壤，其微生物生物量碳顯著高于施用化肥和施肥的土壤。李秀英等［26］研究潮褐土時發(fā)現(xiàn)長期單施一種化肥與長期不施肥比較，土壤中微生物數(shù)量有一定程度的增加，其中氨化細菌、硝化細菌這些菌群數(shù)量增加度較大。Sarathchandra等［27］研究發(fā)現(xiàn)，施用尿素后土壤微生物功能多樣性顯著降低，但施用磷肥對土壤微生物群落多樣性并無顯著影響?？傊?施肥對土壤微生物樣性影響可能與肥料的種類、 施用方式等很多因素有關，情況比較復雜?？偨Y(jié)由于人類對自然環(huán)境、自然資源的過度開發(fā)和利用，使得地球上數(shù)以萬計的物種消失或瀕臨滅絕，自然生境遭受了嚴重破壞，生物多樣性逐漸喪失，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性逐漸減弱，資源日益枯竭，這些情況最終將威脅到人類自身的可持續(xù)發(fā)展，因此，保護生物多樣性、維持全球生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性已成為全球人民的共同目標。其中，土壤微生物與全球生物化學循環(huán)、全球生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定有著十分密切的關系。通過研究土壤微生物多樣性的影響因素可了解土壤微生物和土壤環(huán)境條件的改變及人類對土壤的利用之間聯(lián)系，為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展的研究和土壤生態(tài)環(huán)境的保護提供理論依據(jù)。但是，由于培養(yǎng)條件與實際環(huán)境的差異傳統(tǒng)的稀釋平板培養(yǎng)法只能測定很少一部分的土壤環(huán)境微生物。近年來，一些非培養(yǎng)微生物分析法例如： Biolog法、分子生物學法、磷脂脂肪酸（PLFA）等方法的發(fā)展為微生物多樣性的研究開辟了新的途徑。人們通過使用這些現(xiàn)代研究方法，能夠獲取土壤微生物群落的更全面更完的信息，能夠比較完全地了解自然環(huán)境和人類活動與土壤微生物多樣性中間的相互系。雖然，目前的研究還不足以讓我們認識到其中全部的聯(lián)系， 但土壤微生物作為人類巨大的資源庫，其豐富的內(nèi)涵與其重要性已經(jīng)表現(xiàn)來了。通過對它的認識、研究和開發(fā)，無疑將給人類帶來巨大的環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和社會效益參考文獻PimentalD,StachowU,TakacsDA,etal,Conservingbiologicaldiversityinagricultural/forestsystems[J].Biosphere,1992,42:354-362.GelsominoA,Keijzer-WoltersG,etal,Assessmentofbacterialcommunitystructureinsoilbypolymerasechainreactionanddenaturinggradientgelelectrophoresis[J].MicrobiologyMethods,1999,38:1-15.楊超,劉國順,,不同植煙土壤微生物數(shù)量調(diào)查研究[J].中國煙草科學,2007,28(5):31-36.WaidJ.S,Doessoilbiodiversitydependuponmetabioticactivityandinfluences.[J].AppliedSoilEcology,1999,13:151-158.⑸MelanyCF,KristinFR,JosephBY,Microbialactivityandfunctionalcompositionamongnorthernpeatlandecosystems[J].SoilBiolandBiochem,2003,35⑷:591-602.韓芳,邵玉琴.黃甫川流域不同土地利用方式下的土壤微生物多樣性 [J].內(nèi)蒙大學學報(自然科學版),2003,34(3):298-303.周桔，雷霆.土壤微生物多樣性影響因素及研究方法的現(xiàn)狀與展望[J].生物多樣性,2007,15(3):306-311.張薇,魏海雷,.土壤微生物多樣性及其環(huán)境影響因子研究進展[J].態(tài)學雜志,2005,24(1):48-52.周才平，歐陽華，溫度和濕度對長白山兩種林型下土壤氮礦化的影響[J].應用生態(tài)學報,2001,(4):505-508.LiuXY,LindemannWC,WhitfordWG,etal,MicrobialdiversityandactivityofdisturbedsoilinthenorthernChihuahuandesert[J].BiologyandFertilityofSoils,2000,32:243-249.陳珊,張常鐘，劉東波等.土壤生境的關系[J].生態(tài)學報,1995,15(1):91-94.JoshuaPS,JayMG,JoySCC,etal.MoistureeffectsonmicrobialactivityandcommunitystructureindecomposingbirchlitterintheAlaskantaiga[J],SoilBiol.Biochem,1999,31(6):831-838.姚槐應，何振立,黃昌勇.不同土地利用方式對紅壤微生物多樣性的影響[J].保持學報,2003,17(2):51-54.章家恩，劉文高，胡剛.不同土地利用方式下土壤微生物數(shù)量與土壤肥力的關系[J].土壤與環(huán)境,2002,11(2):140-143oLupwayiNZ,ArshadMA,RiceWA,ClaytonGW,Bacterialdiversityinwater-stableaggregatesofsoilsunderconventionalandzerotillagemanagement[J].AppliedSoilEcology,2001,16:251-261.SchutterME,DickRP,Microbialcommuityprofilesandactivitiesamongaggregatesofwinterfallowandcover-croppedsoil[J].SoilScienceSocietyofAmericaJournal,2002,66(1):142-153.何念杰，唐祥寧,游春平.[J].報,1995,17(3):294-299陳芝蘭，周曉英,何建清.設施栽培措施對土壤微生物區(qū)系的影響[J].西藏科技,2007,1:14-15.吳鳳芝，王偉.大棚番茄土壤微生物區(qū)系研究[J].北方園藝,1999,3:1-2.尹睿,張華勇，黃錦，等.[J].植物營養(yǎng)與肥料學報，2004,10(1):57-62.EL-Ghmryam,XuJ-M,HuangC-Y,lnflueneeofherbicidesonmicrobialbiomassandnitrogenmin