土壤微生物量研究综述

土壤微生物及微生物量研究综述 陈建国 20092133 水保09级 一、研究背景 土壤微生物是生态系统的重要组成部分[1]。土壤微生物一方面对土壤有机物质起分解作用，使有机物质转化成有效养分，另一方面，对土壤中的无机营养元素起固持和保蓄作用[1-4]。土壤微生物在土壤养分转化与循环、维护生态平衡和保护环境等方面具有非常重要的意义。 土壤微生物与植物在根际微环境中进行着复杂频繁的互作。土壤有益微生物通过其代谢活动提高土壤中植物营养元素的有效性，改变了植物根系生理状态，最终促进了植物的定植、生长和发育；植物通过其根际分泌物影响着土壤微生物的群落结构和代谢活性。土壤微生物与植物相互作用不是完全独立的，还受到土壤、温度、水分等多种环境因素影响，进一步研究植物、土壤微生物与环境关系，特别是研究植物一土壤一微生物所构成的系统可为今后进行绿色农业、林业保护和环境保护等提供更有价值的信息[17]。 森林土壤微生物是森林生态系统的重要组成部分之一，在林地枯枝落叶分解、腐殖质合成、土壤养分循环和能量转化中起着重要作用，其数量不仅直接影响土壤的生物化学过程和土壤养分的组成与转化，也是土壤中生物活性的具体体现，是维持和恢复林地生产力的主要因素。森林土壤微生物的种群、数量直接影响土壤理化性质、土壤肥力和森林的生长发育 ；其分布及活动是森林生产环境综合评价的主要依据之一；也是反映土壤质量、人类干扰以及土地利用变化最为敏感的指标之一。开展森林土壤微生物的研究有助于了解森林生态环境下植被的演替动态，进而揭示天然林土壤生态系统的退化机理和过程，为退化林地土壤生态系统的恢复和重建对策，森林生态安全保障系统的构建提供科学依据。目前，森林土壤微生物的动态变化多见报道，但对其变化规律和调控机理仍缺乏系统全面的认识[25]。 20世纪70年代以来，国内外对此进行了广泛深入的研究，尤其在林地土壤上的研究更加深入细致。近10年来，人们开展了土壤微生物量与环境生态及养分循环等方面的研究，取得了重要进展，如不同生态环境下土壤微生物量的变化，人类活动对土壤微生物量的影响关系等微生物量的空间分布规律明显，如水平分布与植物根系的分布有密切的关系，大量的微生物都集中在根系周围；土壤中微生物分布还具有明显的垂直地带性。微生物量的时间分布及其影响因子分析表明，土壤微生物量的季节变化规律与生境的变化有关，但其变化量的多少可能与所选样地的特殊性有关[24]。

二、研究内容及成果

土壤微生物量是指土壤中体积小于5×103 μm3的生物总量（不包括活的植物体），是活的土壤有机质部分[1-5]。广义的土壤微生物量应包括微生物碳、微生物氮、微生物磷和微生物硫。土壤微生物量的多少及其变化是土壤肥力高低及其变化的重要依据之一。土壤微生物是土壤有机质和土壤养分(C、N、P、S等)转化和循环的动力，它参与有机质的分解，腐殖质的形成，养分的转化和循环的各个生化过程[3-6]。作为土壤肥力水平的活指标，已逐渐受到土壤学者的关注。土壤微生物生物量的多少反映了土壤同化和矿化能力的大小，是土壤活性大小的标志。微生物对有机碳的利用率是一项反映土壤质量的重要特性。利用率越高，维持相同微生物生物量所需的能源就越少，说明土壤环境有利于土壤微生物的生长,土壤质量比较高。土壤微生物生物量的大小与土壤中有机质含量以及土壤理化性质密切相关。因此，土壤微生物量的研究对于提高土壤自然肥力和维护土壤生态平衡具有重要的理论意义。土壤微生物量是近10年国内外专家土壤学研究的热点和难点之一。 可作为土壤中植物有效养分的储备库，约占土壤有机质的1~3%[2-3]。微生物量越大，土壤保肥作用则越强，并使土壤养分趋于积累。因此，土壤微生物量是植物矿质养分的源和汇,是稳定态养分转变为有效态养分的催化剂[2]，可以代表参与调控土壤中能量和养分循环及有机物质转化所对应微生物的数量，常被用于评价土壤的生物学性状[1,5]。 土壤微生物量碳和氮是土壤有机碳和氮中较为活跃的组分之一【6】,其含量在一定程度上反映了土壤的肥力状况。土壤微生物量的研究方法倍受关注，但直到近三十年才取得一些进展[9]。土壤微生物量碳还具有极高的灵敏性，可以在全碳变化之前反映出土壤微小的变化[10,12]，也可以反映土壤能量循环和养分转移与运输[13]。近20余年，国内外研究者就土壤微生物量碳和氮含量及转化等开展了不少研究[14～19]，结果表明，土壤微生物量碳和氮与土壤养分的转化和供应以及温室效应气体的释放等有密切关系。因此，土壤微生物量及其含养分被越来越多的研究者用于评价耕作栽培、施肥等措施对土壤性质的影响，监测退化土壤不同植被的恢复效果，以及气候变化对生态环境质量影响的重要指标之一。徐华勤等研究发现：土壤养分与微生物量碳、氮相关性分析结果表明，土壤微生物量碳与有机碳、全N、速效N呈显著正相关；土壤微生物量氮也与有机碳、全N、速效N呈显著正相关。土壤微生物量碳、氮之问也显著相关。可见，土壤微生物生物量碳、氮能够较好地反映不同土地利用方式下土壤碳、氮水平【20】。黄靖宇等研究还发现植物在生长旺季，根系对土壤中碳、氮的吸收与微生物对碳、氮的需求是一种竞争的关系，植物对土壤中碳、氮的需求越大，土壤微生物量碳、氮的值就越小[21]。近期研究结果还表明，农作物产量和吸氮量与土壤微生物量氮呈正相关。因此，研究土壤微生物生物量对了解土壤养分转化过程和供应状况具有重要意义。 同时土壤微生物在污染土壤的生物修复方面也发挥着巨大作用[22]，进一步研究土壤微生物与环境关系，特别是研究植物-土壤-微生物所构成的系统可为今后进行绿色农林业保护和环境保护等提供更有价值的信息[23]。 三、研究展望 森林土壤生物学是土壤科学研究的热点之一， 也是现代土壤科学研究最重要的内容之一。目前中国森林土壤微生物的研究较多，但与欧美国家相比仍存在较大差距，整体研究水平亟待提高。因此追踪国际森林土壤生物学发展的前沿和热点，大力开展国际合作，深入新领域、新技术的研究与开发是当前的主要问题。为此，应特别关注以下四个方面的研究工作： (1)森林土壤微生物与环境变化。加强开展基础性研究工作，探究土壤微生物与环境之间的相互关系；重视森林土壤温室气体变化规律研究，包括参与二氧化碳、一氧化氮、甲烷等温室气体形成的微生物群落结构、数量和分布特征，进一步探讨温室气体浓度升高条件下森林土壤微生物的响应机制和生物学机理。 (2)森林土壤微生物多样性及功能。微生物参与森林土壤中的重要生态过程，包括土壤形成、物质循环及养分供给等；采用分子生物学技术、同位素标记技术深人分析土壤物质与养分循环过程及相关的土壤微生物生物类群。 (3)森林土壤质量与微生物生物量。目前土壤质量常以土壤的物理化学性质指标为基础，由于这些指标相对稳定，难以切实反映森林土壤质量变化。因此，应在土壤微生物学领域寻找和选取敏感生物学指标，作为研究对象反应森林土壤性质改变。 (4)森林土壤微生物学鉴定技术。土壤微生物的活性、分类和数量鉴定是该学科的重点研究领域。传统的计数和分类鉴定方法具有一定的局限性，并且分离出来的种类和活菌数较少 有必要引进和开发针对森林土壤微生物的活性、分类鉴定的技术方法。目前，土壤酶学和元蛋白组学技术能很好地进行微生物群落生态功能和活性分析，454DNA测序及群落结构分析技术也能较好地分析微生物的遗传特征和生理学特征；这些方法的改进与提高将成为以后土壤微生物生态学的研究重点。

四、主要参考文献 [1 ]韩永伟，韩建国，王 堃等. 农牧交错带退耕还草对土壤微生物量C N的影响[J]. 农业环境科学学报, 2004, 23(5): 993-997 [2 ]何友军,王清奎,汪思龙等. 杉木人工林土壤微生物生物量碳氮特及其与土壤养分的关系[J]. 应用生态学报 2006,17（12）：2292~2296 [3 ]张海燕, 张旭东, 李 军等. 土壤微生物量测定方法概述[J]. 微生物学杂志, 2005年7月第25卷第4期 [4 ]肖 波, 刘增文, 孙 强. 不同林地枯落叶混合分解对土壤微生物C、N的影响[J]. 西北林学院学报, 2008, 23(4): 23~26 [5 ]张士亮, 李 鹏. 施肥对土壤微生物多样性的影响[J]. 中国林副特产, 2011年2月第一期 [6 ]梁 斌, 周建斌, 杨学云, 等. 不同培肥措施下种植制度及撂荒对土壤微生物量碳氮的影响[J]. 中国生态农业学报, 2009, 17(2): 209~214 [7]汪文霰, 周建斌, 严德翼, 等. 黄土区不同类型土壤微生物量碳、氮积可溶悛毒桃氮蛉含量及其关系[J]. 水土保持学报, 2006, 20(6): 103~106 [8]Tu C, Louws FJ, Creamer NG, et a1. Responses of soil microbial biomass and N availability to transition strategiesfrom ,to,organi,farming systems[J. Agriculture Ecosystems & Environment, 2005, 113: 206~215 [9]Hatch DJ, Lovell RD, Antil RS, et a1. Nitrogen mineralization and microbial activity in permanent pastures，amended with nitrogen，fertilizer or dung[J]. Biol. Fertil, Soils, 2000, 30: 288~293 [10]Jenkinson DS, Powlson DS. The effects of biocidal treat merits on metabolism in soil a method for measuring soilbiomass[J]. Soil Biology & Biochemistry, 1976, 8: 209~213 [11]李云乐, 乔玉辉, 孙振钧, 等. 不同土壤培腮措施下农田有机物麦秸分解的数学模研究[J]. 中国生态农业学报, 2007, 15(3): 61~63 [12]李红梅, 关春林, 周怀平, ，等. 施肥培肥措施对春玉米农田土壤氨挥发的影响[J]. 中国生态农业学报, 2007, 15(5): 76~79 [13]杨文亭, 冯远娇, 王建武. 不同耕作措施对土壤微生物的影响[J]. 土壤通报, 2011, 42(1):214~219 [14]李 玥. 不同林龄水杉人工林下土壤微生物量的变化研究[J]. 林业建设, 2010, 1: 12~19 [15]陶水龙, 林启美, 赵小蓉. 土壤微生物量研究方法进展[J]. 土壤肥料, 1998(5):15~18 [16]姜培坤, 徐秋芳, 俞益武. 土壤微生物量作为林地土壤肥力指标[J]. 浙江林学院2002, 19