土壤微生物多样性及其作用研究进展

土壤微生物是土壤的重要组成部分,是土壤有机质和土壤养分（N、C、P等）转化和循环的主要动力,它参与土壤有机质的分解、腐殖质的形成等生化过程。另外,又是土壤养分的储备库和植物生长可利用养分的一个重要来源,是土壤肥力水平的活性指标,在土壤生态系统中起着非常重要的作用。本文从土壤微生物多样性的定义、研究方法、土壤微生物的作用来阐述目前国内外土壤微生物多样性及其作用研究进展,并探讨了分子生物学在土壤微生物研究中的应用前景。     

土壤微生物多样性与植物多样性

土壤中生活着丰富的微生物类群,是一个重要的地下生物宝库.土壤微生物是土壤中的主要分解者,对环境起着天然的“过滤”和“净化”作用,在自然生态系统的功能发挥和维持能力方面极其重要.植物、土壤和微生物相互作用,构成了一个植物-土壤-微生物的有机整体.土壤微生物多样性代表着微生物群落的稳定性,指生命体在遗传、种类和生态系统层次上的变化.从遗传、分类、生态功能以及系统发育等多方面阐述了当前土壤微生物多样性的研究工作.同时探讨了植物多样性与土壤微生物多样性之间的内在联系,植被的破坏可直接导致土壤微生物多样性的丧失,而土壤微生物对植物物种多样性的维持又具有重要作用.因此,加强土壤微生物多样性研究对植物多样性保护具有重要意义.     

土壤-植物系统“硒-汞拮抗”研究进展综述

汞(Hg)是一种高毒性、全球性的持久性污染物,其各种形态中甲基汞的毒性较高.随着工业化进程的发展,土壤汞污染问题愈发严重,尤其是在中国内陆汞污染地区,稻米中甲基汞浓度超标问题亟待解决.水生系统中大量研究表明,"硒-汞拮抗"可显著降低汞的风险.然而对于陆生系统中硒-汞作用机理,尤其是土壤-植物体系中"硒-汞拮抗"的研究还处于起步阶段.近期研究发现,硒(Se)可以通过形成Hg-Se复合物将汞钝化或固定在土壤中或植物根部,且有效降低土壤中甲基汞的净生成量(如通过微生物作用生成)及其在植物中富集.土壤中"硒-汞作用"过程可能是控制土壤-水稻体系中"硒-汞拮抗"的关键过程,土壤氧化-还原条件变化过程中硒、汞和硫的生物地球化学行为(如微生物介导的形态变化),对土壤-植物体系中"硒-汞拮抗"的调节至关重要.归纳了土壤-植物体系中"硒-汞拮抗"的最新研究进展,总结其可能的内在机制,并对其未来的研究方向提出建议.     

藻类对土壤肥力的影响

通过完全蔽光和正常光照两个对照实验组，研究了光照、植物和藻类3个因子对土壤有机质、有效灰、微生物的影响，由极差分析知，混合藻对有效磷的变化和微生物数量的提高起主导作用。作者认为在80d内，混合藻类是藻类数量和有机质变化的主要原因；80d后，光照起主要的作用，在各处理组中，混合藻和光照的作用都强于植物的作用。土壤藻类对土壤肥力有明显的影响，与高等植物共同作用，对土壤肥力的提高效果明显。     

森林土壤微生物计量学研究进展

探究森林土壤微生物化学计量特征,能够深化对植物、土壤、微生物之间相互作用过程及其调控机制的研究,深刻认识生态过程与生态功能的协同变化规律。梳理了土壤微生物类群数量计量特征和土壤微生物生物量计量的研究进展,分析了土壤微生物其他化学计量特征的研究趋势。未来在土壤微生物化学计量变化的驱动机制方面有待深化,需加强以下几方面的深入研究:1)研究土壤质量对微生物计量特征的调控效应;2)阐明微生物计量与矿质元素生态化学计量特征的内在关联;3)揭示微生物计量对植物叶片、植物内源激素化学计量特征的影响机理。     

土壤重金属污染现状及微生物修复技术研究进展

分析了土壤重金属污染现状及其土壤污染源,研究发现污染源以矿山开采和电镀厂的废水排放为主.对比研究了物理化学修复和生物修复技术的优缺点,其中生物修复技术具有成本低、效果好、操作简单等优势,因此是一个新兴的修复方向.生物修复技术包括植物修复技术和微生物修复技术,目前微生物修复技术的研究主要以微生物吸附和氧化还原重金属及微生物矿化固结重金属离子为主,其中微生物矿化固结土壤中重金属离子的修复技术可通过微生物分泌有机质的控制将离子态重金属离子转变为固态矿物.最后提出了微生物修复技术的发展趋势及研究方向.     

油蒿演替系列土壤基质的演变

土壤基质变化影响干旱、半干旱区植物群落的演替.对干旱区油蒿群落演替系列土壤基质变化的分析表明,随油蒿群落的演替进展,土壤各层中CaCO3含量显著增加,有机质和土壤全N含量也明显增加,相应各层细菌数量显著增加,油蒿半固定沙地和固定沙地土壤脱氢酶活性显著增强.这些变化促进了油蒿枯枝落叶的分解,加速了Ca2 的释放,促进了土壤呼吸,促进了土壤中CO2的释放,进而促进了油蒿群落土壤中CaCO3的淋溶和淀积.进一步分析得知,油蒿须根是土壤CaCO3形成的重要来源.钙积层的形成使得较油蒿根系更浅的冷蒿植物得以侵入、定居,而油蒿则逐渐退出.因此,土壤基质变化尤其是土壤钙积层的形成是油蒿群落演替的根本原因.     

氮沉降对植物共生微生物的影响研究进展

植物和微生物的相互作用可能在植物适应和减缓气候变化中发挥重要功能.初始陆地植物是一种半水生的原始藻类和水生真菌的共生产物，氮沉降会使植物共生微生物群落的组成、多样性和功能发生改变，减少植物和功能微生物之间的潜在联系，引起可预测的功能特征变化，进而对生态系统产生影响.植物共生微生物直接影响植物的生长和生理生态功能，微生物多样性和群落结构与生态系统功能之间的交互作用一直是生态学的关键科学问题之一.系统研究氮沉降对于植物微生物群落功能团的影响以及植物与其共生微生物之间的协同进化关系，对于揭示未来全球变化背景下植物共生微生物对生态系统功能的影响机制及其调控手段具有重要意义.     

根系输入对森林土壤碳库及碳循环的影响研究进展

植物根系输入是森林土壤碳库的重要来源。全球气候变化可能引起森林地下部分碳通量改变,进而影响森林土壤碳库及碳循环。笔者综述了根系输入对土壤碳累积、土壤活性碳库(包括土壤微生物生物量碳和可溶性有机碳)和土壤碳库稳定性的影响,综合分析了森林土壤呼吸、土壤微生物和土壤酶活性对根系输入变化的响应。分析发现:①根系输入减少可能减弱根际的激发效应,使土壤有机碳(SOC)短期增加,但从长期来看根系输入的缺失会导致SOC的减少;②根系分泌的一些物质促进土壤初始团聚体的形成,但其对矿物-有机质结合物稳定性的影响还不完全清楚;③根系输入减少会降低土壤呼吸作用;④微生物群落结构对根系输入变化的响应主要取决于微生物对底物质量和数量的适应,而这些响应在不同森林生态系统间可能也有差异;另外,酶合成主要取决于与微生物生长相关的资源分配到酶生产中的成本效率。目前,关于根系输入对碳循环,特别是土壤呼吸的研究比较多,但根系输入物组成复杂,微生物与酶对不同根系输入物的响应机制尚不清楚,这些响应在不同森林生态系统中也有差异;此外,根系输入对土壤碳库稳定性的作用常被忽视,根系与微生物的相互作用对碳循环和土壤碳库稳定性的影响还有很大不确定性。建议加强植物根系、土壤和微生物的相互关系研究,以深入理解气候变化背景下森林生态系统碳循环。     

造纸废水污灌对土壤微生物数量动态的影响

初步研究造纸废水污灌对土壤理化性质的影响以及土壤中细菌、放线菌、丝状真菌等微生物数量的变化，分析了土壤理化性质与土壤微生物数量的关系。结果表明：污灌后土壤的含水率与有机质含量提高、钠离子含量下降是导致土壤微生物数量发生不同程度变化的主要原因。     

科尔沁不同类型沙地土壤微生物类群的研究

土壤中的生物是维持土壤质量的重要组分.采用稀释平板法,对固定沙地、半固定沙地和流动沙地的土壤微生物类群进行了研究.结果表明: 芽孢型细菌、放线菌和霉菌各类群数量为:固定沙地》半固定沙地》流动沙地;不同类型沙地中微生物各类群数量垂直分布的基本趋势依次为:结皮层(固定沙地)》0～15 cm》30～45 cm》75～90 cm,随土层的加深而递减;芽孢型细菌中的巨大芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌占优势;放线菌中的95%以上是链霉菌属,其中白孢类群占优势;霉菌中的青霉和毛霉占优势;土壤微生物各类群数量与有机质含量、植被盖度、植物种类和凋落物的多少呈正向关系;从固定沙地到半固定沙地再到流动沙地的过程,是沙地微生物类群、植物群落和有机质丧失的过程,是沙漠化发生和发展的重要标志.     

盐生植物根际对土壤中微生物数量和酶活性的影响

选择滨海盐碱地为研究对象,通过实验就盐生植物根际对土壤中微生物的数量和酶活性的影响进行了初步研究.实验结果表明,盐生植物种植后,根际土壤的微生物数量比非根际土壤明显增加,酶活性也有不同程度的提高.植物根系越发达,土壤中微生物的数量越多,土壤酶的活性也越高.为盐渍化土壤的植物修复提供了理论数据,具有一定的现实意义.     

辽河口湿地生态修复过程中土壤微生物群落结构特征

通过比较辽河口湿地天然芦苇沼泽地、人工栽植芦苇斑块及无芦苇生长光滩地3种不同生境土壤理化性质及微生物群落结构变化,探讨了退化芦苇湿地修复过程中的土壤微生物群落响应特征.结果表明,与光滩区相比,植物修复后芦苇湿地的土壤理化性质有所改善,微生物数量随之增加,且表现出细菌占绝对优势,同时微生物多样性显著提高;但与天然芦苇沼泽地相比,土壤养分(有机质、总氮、总磷)仍不足,湿地微生物的数量稍低.微生物群落结构DGGE解析表明,3种生境土壤中多为不可培养细菌.     

苯菌灵添加对植物种间竞争的影响：以加拿大一枝黄花与野大豆为例

共生微生物在植物的种间竞争与植物入侵过程中起到重要作用,而人类活动的干扰会破坏植物与土壤微生物间的共生关系,进而影响植物的种间竞争.为了探究干扰导致的共生关系破坏对植物种间竞争的影响及其可能的生态学后果,本研究选取土著植物野大豆(Glycine soja)与外来入侵植物加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)为研究对象,使用苯菌灵抑制植物与土壤微生物之间的相互作用强度.结果显示,苯菌灵的添加主要抑制了植物与土壤微生物(菌根真菌、根瘤菌)的互利共生.对于苯菌灵导致的共生作用破坏,两种植物产生了不同的生长响应(野大豆叶根比不变,加拿大一枝黄花叶根比上升).这导致种间竞争条件下,野大豆的地下及地上竞争能力降低,植物的种间竞争平衡发生变化.本研究的结果表明,干扰导致的共生关系破坏对土著植物野大豆的影响大于对加拿大一枝黄花的影响,进而间接促进了外来植物加拿大一枝黄花的入侵.     

耕作方式对土壤微生物及土壤固碳能力影响的研究

土壤中含有很大部分的碳,碳是生命物质中的主要元素之一,是有机质的重要组成部分,土壤中的碳即使有一点点的小的变化,对于全球来说,都是一个重大的变化。而耕作方式却是对改变土壤微生物有着重要的作用。     

城市绿地对雨水径流污染物的削减作用

采用模拟城市绿地和降雨系统装置研究城市绿地对径流雨水污染物的削减作用,通过对降雨过程及降雨后装置内土壤微生物数量、生化作用强度及土壤性质的分析,初步研究了城市绿地对雨水径流污染物的削减作用机理.结果表明：在2 h的降雨过程中模拟绿地对雨水中COD_Cr、氨氮、硝态氮、总氮和总磷的平均削减率分别为41.3％,44.1％,38.5％,38.2%和39.0％.随着降雨时间的延长,削减率逐渐降低.绿地系统对径流污染物的去除是生物与非生物共同作用的结果.在降雨过程中污染物的去除主要依靠土壤及植物根系的吸附、过滤和截流作用,降雨后的5～8 d内土壤微生物的生化作用最强,并且土壤有机质、总氮和总磷含量逐渐降低,主要进行的是微生物对吸附于土壤颗粒表面的污染物的分解作用.两周后总氮和有机质在土壤中还有一定的累积,总磷含量基本达到降雨前的水平.     

微生物碳酸盐岩同生-早成岩阶段有机质降解示踪:以四川盆地灯影组四段为例

微生物碳酸盐岩中有机质在同生-早成岩阶段的降解既可以产生酸性流体对碳酸盐颗粒进行溶解,扩大后期成储流体通道,有利于储层发育;但也可能导致孔隙水处在碱性环境下,形成碳酸盐矿物胶结,阻碍溶蚀流体对储层的改造.因此,同生-早成岩期有机质降解对微生物岩储层储集空间的形成有重要影响,但研究薄弱.以四川盆地北部地区上震旦统灯影组四段(灯四段)微生物碳酸盐岩为例,综合岩石学和原位微区地球化学分析(LA-ICP-MS),开展了这一降解过程的地球化学示踪研究.结果显示,当微生物碳酸盐岩中的有机质处于有氧降解时,微亮晶和亮晶组构均具有Ce负异常;当亮晶组构Ce元素转变为正异常时,表明有机质进入厌氧降解阶段.此外,微生物岩亮晶组构中Cr含量高于微亮晶组构,可以作为有机质降解经过了硝酸盐还原过程的识别标志.如果有机质被Fe-Mn氧化物氧化降解,则会造成微生物岩微亮晶组构中Fe含量高于亮晶组构.随着成岩环境的还原状态进一步加强,有机质降解进入硫酸盐还原阶段,将导致微生物岩中亮晶组构相对于微亮晶组构富集Cu,Mo元素.因此,Ce,Cr,Fe,Mo,Cu等元素在微生物岩不同岩石组构中的变化可以有效识别微生物岩同生-早成岩阶段有机质降解的成岩环境并示踪有机质降解过程.     

抚仙湖沉积物稳定碳同位素特征及来源分析

通过测定和分析抚仙湖和入湖河流的表层沉积物、流域表层土壤、抚仙湖典型沉水植物、表层湖水中悬浮颗粒物的总有机碳、碳氮比值及稳定碳同位素比值,探讨抚仙湖表层沉积物中有机质来源及特征.实验结果表明:抚仙湖流域表层土壤呈现明显的空间异质性.抚仙湖沉积物中的有机质主要来源于湖泊自身的内源输入,少部分为陆源输入,陆源输入有机质主要来源于C3植物.流域土壤有机质在经河流输入湖泊过程中存在后期改造和降解,在探究湖泊沉积物来源时需考虑.     

三江源不同生态系统下土壤微生物区系研究

研究了三江源国家保护区不同生态系统下土壤有机质及土壤微生物数量.结果表明:各生态系统土壤微生物数量、有机质均表现出差异,湿地生态系统土壤有机质、土壤微生物均高于其他生态系统.     

土壤有机碳分解温度敏感性及其形成机理研究

土壤有机碳分解的温度敏感性(Q_(10))对预测生态系统碳循环对全球气候变化的响应具有重要意义.科学研究已证实有机碳质量和土壤微生物对有机碳分解的温度敏感性都有一定的影响,但目前的分歧仍然很大.本研究以灭菌后的土壤作为碳源,用少量未灭活的鲜土作为微生物源,采用变温培养方法,在受控条件下对比不同碳源+微生物源组合中土壤有机碳分解的温度敏感性,解析土壤底物和微生物对土壤呼吸和温度敏感性的贡献.结果表明:(1)接种后的土壤呼吸随微生物源发生相应变化;未灭菌土壤的呼吸速率低于灭菌后接种自身土壤的呼吸值;土壤可溶性有机碳含量越高呼吸越强.(2)与未灭菌土壤相比,灭菌后接种本源微生物的Q_(10)显著降低;土壤灭菌后接种比自身Q_(10)高的异源微生物,Q_(10)会随之升高,接种比自身Q_(10)低的异源微生物则Q_(10)随之降低.表明微生物源和有机碳质量对碳分解的温度敏感性都起重要影响.在酸性土壤中,微生物对碳分解Q_(10)值的影响要大于碳源,微生物的贡献约为63.2%,碳源贡献为36.8%.在碱性土壤中,碳源的贡献则更为重要,微生物的相对贡献约为41.8%,碳源相对贡献为58.2%.