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(gè)方面闡述目前國(guó)內(nèi)外土壤微生物多樣性的研究現(xiàn)狀。關(guān)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(dòng)植物生存、農(nóng)業(yè)健康、持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)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(guān)。研究土壤微生物多樣性的變化情況對(duì)評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)、維護(hù)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(xué)者的關(guān)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(duì)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(wàn)別的。目前來(lái)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(guò)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(guó)皖南煙區(qū)四種不同植煙土壤類型在煙葉生長(zhǎng)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(guān)關(guān)系。這同時(shí)也說(shuō)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(guò)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(rèn)為植被的類型、數(shù)量和化學(xué)組成可能是土壤生物多樣性變化的主要推進(jìn)力量⑷。通過(guò)對(duì)美國(guó)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(duì)我國(guó)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(jìn)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(guān)性。目前應(yīng)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(guān)。應(yīng)用Biolog法、16SrRNA分析、PCR-DGGE⑺。通過(guò)這些研究可以說(shuō)明植物的根際土壤微生物多樣性有時(shí)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(zhǎng)發(fā)育過(guò)程而變化?？傮w來(lái)說(shuō)，植物可以影響微生物群落結(jié)構(gòu)，植被通過(guò)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(guān)⑹。因此，植物與土壤微生物群落之間的是一個(gè)長(zhǎng)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(fù)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(duì)土壤微生物多樣性的影響存在交互性， 具有協(xié)同效應(yīng)［9］這樣我們可以用季節(jié)來(lái)表示不同溫度和水分對(duì)土壤微生物多樣性的影響情況。 通過(guò)應(yīng)用Biolog法Liu等［10］對(duì)美國(guó)新墨西哥州北部的沙漠牧場(chǎng)中的土壤微生物功能多樣性的進(jìn)行了研究，結(jié)果說(shuō)明多樣性在夏季最高，春季最低。陳珊等人也對(duì)東北羊草原微生物生物量的進(jìn)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(dá)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(huì)引起土壤微生物數(shù)量的變化。Joshua等［12］研究了樺樹(shù)凋落物分解過(guò)程中濕度對(duì)微生物活性和群落結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)干燥可以導(dǎo)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(shí)間長(zhǎng)短對(duì)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(duì)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(jìn)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(biāo)。 姚槐應(yīng)等用磷酸酯脂肪酸法和碳素利用兩種方法對(duì)八種紅壤的微生物群落的功能多樣性和0構(gòu)多樣性進(jìn)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(guò)對(duì)六種土地利用方式下的土壤微生物數(shù)量與肥力關(guān)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(gè)方面有待今后更進(jìn)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(jìn)而影響土壤微生物群落多樣性變化。在這個(gè)方面也有許多學(xué)者進(jìn)行了研究。例如：Lupwayi等［15］研究了耕作方式對(duì)土壤微生物多樣性的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，對(duì)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(duì)中性、有機(jī)質(zhì)豐富的土壤，耕作方式并沒(méi)有顯著的影響。SchutterandDick16］研究表明：傳統(tǒng)的精細(xì)耕作方法使得土壤細(xì)菌在不同粒徑的土壤團(tuán)聚體顆粒中的多樣性沒(méi)有差異。 翻耕使得土壤微生物多樣性沒(méi)有出現(xiàn)明顯變化。再有，有學(xué)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(duì)土壤微生物動(dòng)力學(xué)有負(fù)而影響，從而顯著（PvO.05）降低土壤細(xì)菌多樣性［17］o2.3種植制度許多研究表明種植制度同樣對(duì)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(xì)菌、反硝化細(xì)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(shí)驗(yàn)吳鳳芝等發(fā)現(xiàn)連作的土壤對(duì)黃瓜生長(zhǎng)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(gè)研究說(shuō)明種植制度可以通過(guò)改變土壤中的微生物群落而影響作物的生長(zhǎng)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(chóng)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(fù)相關(guān)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(huì)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(guò)實(shí)驗(yàn)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(xì)菌的多樣性和細(xì)菌物種多樣性均降低

［22］。 Sigler和Turco對(duì)殺菌劑百菌清在草坪、森林和農(nóng)業(yè)土壤上的應(yīng)用進(jìn)行研究，結(jié)果表明百菌使土壤細(xì)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(guò)殺蟲(chóng)劑處理過(guò)的土壤中，土壤微生物的數(shù)量和優(yōu)勢(shì)種群沒(méi)有顯著變化， 但是微生物對(duì)底物的利用速率卻有所增高［24］。這些研究成果都說(shuō)明了農(nóng)藥這個(gè)作為土壤的外來(lái)物質(zhì)對(duì)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(xué)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(shí)，化肥還能改變土壤的物理性狀，影響土壤上植被的生長(zhǎng)，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(duì)象，對(duì)玉米生長(zhǎng)季土壤微生物生物量碳進(jìn)行動(dòng)態(tài)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)施用有機(jī)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?xí)r發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期單施一種化肥與長(zhǎng)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(xì)菌、硝化細(xì)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(duì)土壤微生物群落多樣性并無(wú)顯著影響。總之,施肥對(duì)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(guān)，情況比較復(fù)雜?？偨Y(jié)由于人類對(duì)自然環(huán)境、自然資源的過(guò)度開(kāi)發(fā)和利用，使得地球上數(shù)以萬(wàn)計(jì)的物種消失或?yàn)l臨滅絕，自然生境遭受了嚴(yán)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(hù)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(biāo)。其中，土壤微生物與全球生物化學(xué)循環(huán)、全球生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定有著十分密切的關(guān)系。通過(guò)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(duì)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(hù)提供理論依據(jù)。但是，由于培養(yǎng)條件與實(shí)際環(huán)境的差異傳統(tǒng)的稀釋平板培養(yǎng)法只能測(cè)定很少一部分的土壤環(huán)境微生物。近年來(lái)，一些非培養(yǎng)微生物分析法例如： Biolog法、分子生物學(xué)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(kāi)辟了新的途徑。人們通過(guò)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(dòng)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(rèn)識(shí)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(kù)，其豐富的內(nèi)涵與其重要性已經(jīng)表現(xiàn)來(lái)了。通過(guò)對(duì)它的認(rèn)識(shí)、研究和開(kāi)發(fā)，無(wú)疑將給人類帶來(lái)巨大的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益參考文獻(xiàn)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(guó)順,,不同植煙土壤微生物數(shù)量調(diào)查研究[J].中國(guó)煙草科學(xué),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(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)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(jìn)展[J].態(tài)學(xué)雜志,2005,24(1):48-52.周才平，歐陽(yáng)華，溫度和濕度對(duì)長(zhǎng)白山兩種林型下土壤氮礦化的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),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(guān)系[J].生態(tài)學(xué)報(bào),1995,15(1):91-94.JoshuaPS,JayMG,JoySCC,etal.MoistureeffectsonmicrobialactivityandcommunitystructureindecomposingbirchlitterintheAlaskantaiga[J],SoilBiol.Biochem,1999,31(6):831-838.姚槐應(yīng)，何振立,黃昌勇.不同土地利用方式對(duì)紅壤微生物多樣性的影響[J].保持學(xué)報(bào),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(guān)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(bào),1995,17(3):294-299陳芝蘭，周曉英,何建清.設(shè)施栽培措施對(duì)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(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2004,10(1):57-62.EL-Ghmryam,XuJ-M,HuangC-Y,lnflueneeofherbicidesonmicrobialbiomassandnitrogenmin