土壤微生物生态研究初探

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(1 湖南农业大学农学院，长沙 410128； 2 内乡县烟草专卖局, 河南内乡 474350；3 南阳市政府烟叶生产办公室，河南南阳 473000)

2012-08-14

别毅兵(1980—)，男，河南内乡人，硕士研究生， Email: nxtobacco@126.com。

土壤微生物生态研究初探

别毅兵1,2，李鹏1,2，沈笑天3

(1 湖南农业大学农学院，长沙 410128； 2 内乡县烟草专卖局, 河南内乡 474350；3 南阳市政府烟叶生产办公室，河南南阳 473000)

综述了土壤微生物种群生物间相互作用与食物链结构、土壤微生物对土壤生态系统的影响以及土壤条件变化对土壤微生物的作用等，为烟区土壤生态修复提供理论依据。

土壤；微生物；生态系统

土壤生物生态属于土壤生态系统中的微观领域。土壤是土壤生物的载体，生物不断从土壤中摄取自身生长发育所需要的养分，同时土壤生物也必须不断地适应着土壤这个特殊的环境。土壤中空气通常为水蒸气所饱和，氧的含量比空气低或相当,二氧化碳的浓度比空气高，土温的变化比较稳定，而且土壤中光线较弱，并有垂直的、季节性变化。因此生物在土壤中经过长期演化，必然形成相适应的生活习性、个体大小、区系组成与空间分布特征[1]。

1 土壤微生物种群生物间相互作用与食物链结构

土壤微生物指土壤中借助光学显微镜才能看到的微小生物，包括原核微生物如细菌、蓝细菌、放线菌及超显微结构微生物，以及真核生物如真菌、藻类(蓝藻除外)、地衣和原生动物等。

土壤微生物通常有个体小，数量多，对恶劣环境适应性较强，功能和代谢多样，繁殖能力强等特点[1]。在适宜条件下能不断繁殖，而且数量巨大，以重量计算有5～8 kg/hm2[2]。由于微生物生活习性和环境条件的变化，土壤微生物存在明显的剖面与区域的分布。细菌、放线菌在土壤团粒内部分布较多，真菌则外部多于内部，由于受到紫外线照射、营养、水分、温度、通气、pH等因素及微生物特异性所制约，土壤微生物在土壤剖面上也存在着明显的垂直分异：表层少，5～20 cm多，植物根系附近微生物最多，20 cm以下随深度增加而减少。由于地理位置、气候、植被、水文地质等自然成土条件与人类活动的影响，不同区域有不同的土壤类型与理化性质，土壤微生物在数量与区系组成上存在区域差异[1]。

自Jenkinson提出测定土壤微生物量的原理和概念以来，Jenkinson和Powlson提出了测定微生物生物量的方法[3]，Van DeWerf和Verstraete提出了土壤微生物生物量可以分为全微生物量和活动微生物量[4]，Anderson和Domsch提出了生物量与生物活性中细菌与真菌的比例为22/78[5]。生物量与生物活性的研究已经引起了人们的关注。大量的试验研究表明，土壤微生物生物量是植物营养元素的一个重要的源与库，生物量对土壤养分的调控作用 已经成为土壤培肥、耕作制度改革和作物栽培实践中的重要理论依据之一。但对生物量结构与功能的研究在很多方面并不深入。以往测定已经表明, 长期秸秆覆盖免耕能够提高土壤总生物量但却降低了活动微生物量，传统的翻耕土壤能够增加土壤微生物量的周转率等[6,7]。在此研究基础上，高云超等[8]对秸秆覆盖免耕土壤细菌和真菌生物量与活性进行了研究，他们认为土壤微生物生物量在土壤生态系统中具有非常重要的作用。不同耕作制度条件下土壤细菌、真菌和总微生物生物量以及活性的变化及其特征表明, 翻耕能提高土壤细菌生物量，免耕能提高土壤真菌的生物量。但两种耕作方法对细菌/真菌的影响却不同, 应用抗生素抑制法测得翻耕0～10 cm时，细菌/真菌呼吸比为44/56, 翻耕10～20 cm时为31/69; 免耕0～10 cm时， 细菌/真菌呼吸比为49/51, 10～20 cm 为42/58，说明翻耕能够提高土壤真菌的活性, 免耕能提高土壤细菌的活性, 而真菌在免耕土壤中生物量虽大, 但处于相对稳定状态。这种结果可能主要由于免耕相对通气性能较差，但有机质丰富, 有利于真菌的生长, 但其活性却较低。翻耕土壤有利于细菌的生长也有利于真菌的活动。关于土壤生物量的活性成分的系统研究很少有报道，Van DeWerf和Verstraete提出了土壤培养稳态降解碳源的呼吸动力学分析方法确定活跃成分, 并且根据呼吸曲线估测特征性的生物动力学参数, 这一方法能够较好地说明土壤活性生物量成分的变化[9]。FDA (二乙酸荧光素)是一种酶解后能够发出荧光的物质，Ziegler等指出FDA可以作为一种活性的染色物质, 并仅能被有代谢活性的生物所吸收，可以检测活性微生物。Soderstrom提出了测定活性真菌生物量的方法[10]。陈灏[11]等采集了几种种植不同农作物的农田土壤，分别抽取其中的微生物总DNA ,通过PCR及变性梯度凝胶电泳获得了各种农田土壤中微生物16s rDNA V3序列的分布，对其中部分序列进行测序和生物信息学研究以后，对农田微生物分布做了初步研究。从土壤中不经培养直接抽提微生物的总DNA，避免了在培养过程中的筛选和富集作用，能够更直接地反映土壤中的微生物多样性及种群分布情况，较之传统培养,分离、鉴定的全过程而言,更快也更准确，发现了许多新的种群。

2 土壤微生物对土壤生态系统的影响

微生物固持的养分在其死亡后可发生再矿化, 成为矿质养分[12,13]，关于这方面的研究在近二、三十年以来才引起人们的重视[14]。由于氮素在生态系统中的重要作用, 特别是其与农业生产和环境保护的密切关系，土壤微生物体所含的氮素(Soil microbial biomass nitrogen, SMBN , 简称土壤微生物量氮)与土壤氮素转化的关系是人们研究的一个热点问题[15～18]。周建斌等[19]研究了土壤微生物量氮含量、矿化特性及其供氮作用，论述了土壤中微生物体氮的含量及其影响因素，土壤微生物量氮的矿化特性及其与土壤矿化氮间的关系，土壤微生物量氮含量与土壤供氮指标间的关系等。提出研究不同生态系统中土壤微生物量氮的含量及其变化规律，不同耕作栽培措施对土壤微生物量氮含量的影响；土壤微生物量氮在土壤氮素保持和释放中的作用；土壤微生物量氮的转化率与其供氮量间的关系；土壤微生物量氮与作物氮素吸收间的关系等。李志辉等认为，好气性细菌和固氮菌与速效氮呈极显著相关，厌气性细菌与速效钾呈显著相关，固氮菌也与速效磷有显著相关关系，真菌与速效钾有一定程度的负相关，钙元素对土壤微生物活动有一定的抑制作用[20]。

此外，高云超[21]认为土壤原生动物是一个重要的土壤微生物类群，它是土壤中继细菌和真菌之后的第三大土壤生物区系，其营养类型可以从营光合作用的植鞭纲到全动物营养的捕食类型，所以它代表了生物界中从植物到动物的过渡类型。其个体数量可达105～107个/(g 土)，生物量可达102mg/(kg土)数量级；其中变形虫占土壤原生动物的50%～90% ，肾形虫占土壤纤毛虫的50%～90%。土壤原生动物的主要类群主要捕食细菌，捕食的结果使土壤细菌群落受到调控，但却增加了细菌的活性，从而有利于土壤中碳素的转化和矿质营养的有效化。

3 土壤条件变化对土壤微生物的作用

近年来，有益微生物的农业应用，微生物净化环境以及根际环境与根际微生物的微域生态系统研究越来越受到重视[1]。我国微生物肥料的研究始于20世纪50年代[22]，主要以土壤中有益微生物为核心，有机物为基质和载体，吸收适量无机营养和各种微量元素，经科学配比和特殊工艺加工而成。目前我国微生物肥料种类很多，如根瘤菌肥料、固氮菌肥料、解磷细菌肥料、硅酸盐细菌肥料、增产菌肥料、复合生物肥料及其它一些种类。郜春花[23]等认为，这些肥料中的微生物主要有三种，即固氮菌、解磷菌、解钾菌。有机物一般是草炭、鸡粪、污泥、垃圾等，能增加土壤肥力，提高作物产量，产生植物刺激素类物质。微生物肥料与化肥相比，生产时所消耗的能量少得多，既降低了生产成本，又减少了能源消耗所带来的环境污染。微生物肥料施用量少，本身无毒无害，没有环境污染问题，而化肥的大量和不合理施用造成了严重的土壤环境污染。微生物肥料的施用能够改善作物根际生态小环境，改善由于长期施用化肥带来的土壤板结问题，同时微生物自身在繁殖过程中产生大量糖类物质，如左聚糖、葡萄糖、阿拉伯糖等能让土壤形成团粒结构，透气性好，又使土壤变得疏松软绵，保水能力增强，水、气、热更加协调。由于施用微生物肥料，作物根际形成有益菌环境，拮抗病原菌，同时提高作物抗病能力。许多研究证明施用微生物肥料对提高农产品品质，如蛋白质、糖分、维生素等的含量有一定作用。王明友等[24]的研究表明，在玉米、小麦上化肥和微生物肥料配施后，明显促进个体发育，穗粒数和千粒重均得到提高，配施较单施化肥或单施生物肥料效果都好，表明在肥料投入不增加的情况下，可以显著提高小麦、玉米产量，提高经济效益。此外，祝明亮等研究表明，生防制剂中生防菌ZK7在烟草根际具有一定的亲和力，可以在烟草外根际、根表定植，并在烟草根际成活、繁殖，为生物制剂的应用提供了理论基础[25]。

4 讨论

土壤生态的修复主要是土壤微生物种群结构及数量的优化，作者认为烟区土壤生态修复一方面要创造土壤有益微生物适宜的生长条件，另一方面应当为有益微生物提供充足的营养，由此改善烟区土壤生态环境，最终改善烟叶质量，突出烟叶质量风格。

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S154.3

A

1001-5280(2012)07-0134-03

10.3969/j.issn.1001-5280.2012.07.39

责任编辑：黄燕妮