土壤微生物量能反映土壤肥力变化特征研究
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[摘 要]土壤微生物是土壤生态系统变化的敏感指标之一，在土壤和植物生态系统中担负着十分重要的作用，其活性和群落结构的变化能十分准确的反应出土壤生态系统的质量和健康状况。土壤微生物作为土壤有机物的分解者和合成者，参与土壤和植物的生态系统物质循环和能量循环，是系统中最为活跃的部分。因此，研究植被恢复过程中土壤质量和养分循环，土壤微生物是不可缺少的部分。土壤中微生物的数量会直接影响土壤生物化学活性及土壤养分的组成与转化，土壤微生物已经成为土壤肥力的最重要生物学指标。
[关键词]土壤微生物；生态系统；土壤肥力
中图分类号：TP853 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）12-0082-01
1.土壤微生物在植物茎叶分解过程中起重要作用
植物茎叶分解的快慢程度决定着土壤养分供应力和生态系统养分循环的规模。土壤微生物是植物茎叶的主要分解者，直接促进其能量流动、碳矿化和养分矿化，决定着植物茎叶的分解速率和养分释放。因此，植物茎叶的分解同样影响到土壤微生物的多度、群落结构和活性等。另外，微生物是地球上最丰富多样的生命有机体，普遍具有种类组成复杂、难以培养和代谢功能多样性等特点。土壤中的各种微生物群落在生理生态功能、群落动态和空间分布方面具有不同的生态位，然而，具有相似功能的微生物类群组成的微生物功能群落，会通过与生态系统的食物网相似的过程机制构成不同结构的土壤微生物功能群网络（Soil microbial functional group network）。这些不同类型的功能群网络共同推动者土壤中物质和能量的转化以及植物养分的供给。
土壤微生物对植物茎叶进行分解的过程是生态系统中有机质残体分解转化的基本过程，植物枯落物分解对土壤有机质的形成和养分的释放有着十分重要的意义。在植物茎叶分解过程中，土壤微生物直接影响土壤有机碳数量和质量的变化。因此，对土壤物质能量循环中的微生物功能群进行研究，可以进一步深入的了解土壤生态系统中物质和能量的循环机理。
2.植物茎叶分解对土壤微生物多样性研究
土壤生态系统中养分的主要来源是植物枯落物的分解，土壤微生物不仅是这一养分循环的原动力，又是养分积累和释放的库源。不同的植物枯落物由于其组成成分的差异，对土壤微生物的影响是不一致的。枯落物种类和土壤自身理化特性决定着土壤微生物的环境特性，环境特性影响微生物的种群和数量分布。土壤微生物群落遗传和功能多样性是土壤质量最敏感的潜力指标之一，因此明确枯落物如何影响土壤微生物活性，进而潜在的改变枯落物分解的微生物学机制有助于阐明枯落物和土壤在植被培育过程中的生态系统功能。
已有研究大多认为枯落物的分解过程中由于有机物料的增加使得土壤微生物量会得到不同程度的增加。钟哲科等通过室内培养和田间调查，对杨树和水杉枯落物在滨海岩土的分解过程中土壤微生物量碳氮变化进行研究发现，杨树叶子分解较快，且对土壤微生物增加较快和明显水杉叶子分解较慢，对土壤微生物的增加较慢。陈法霖对不同树种枯落物分解阶段加以研究，也表明凋落物混合分解有助于提高土壤微生物生物量。
土壤微生物生物量是土壤中最活跃的因子，是指体积小于5×10-3μm3细菌、真菌、藻类和原生动物等的生物总量，是土壤活性养分的储存库，能够灵敏地响应环境胁迫的影响，植被恢复的变化，是评价环境质量的重要指标。在土壤生态系统中，土壤微生物生物量是土壤有机质和土壤养分转化和循环的动力，并参与有机质的分解、腐殖质的形成，调控土壤中能量和养分循环等各个生化过程，是重要的植物养分储备库，对植物养分转化、有机质代谢和污染物的降解具有十分重要的作用。微生物生物量周转时间很快，1-3年或不到1年。另一方面，土壤微生物生物量对环境变化敏感，在短时间内发生大幅度变化，是土壤生态系统变化的预警及敏感指标，能较早指示生态系统功能的变化。常用氯仿熏蒸0.5mol/L的K2SO4浸提法测定土壤微生物生物量，该法有操作简单快速等许多优点。
目前土壤微生物遗传多样性的研究有很多，但基本上是传统的分子生物学研究方法。传统方法中由于DGGE可用于分析的片段太短，导致最后对微生物分类地位的确定不够具体精确，无法给出代谢活性、细菌数量和基因表达水平方面的信息，并且一些相近的微生物无法被区分开来。而构建克隆文库成本大、时间长，只有在分析的克隆数目足够多的情况下，才可以比较完整地反映种群组成的情况。最新形成的454测序技术不仅融合了DGGE和构建克隆文库的优点，同时又弥补他们的缺陷。高通量测序平台可以对混合物直接进行测序，无需构建克隆文库，省时省力。相对于过去Sanger测序构建基因文库所得到的结果，测序量一般在几十到一两百，目前一个土壤样品通过对454测序可以得到几万甚至几十万条的测序量，能够很准确全面地反映出土壤中绝大部分的微生物类群。454测序平台，通量高，灵敏度好，能够检测到痕量的微生物，可以很好地避免土壤中微生物的原始种群信息失真，能够真实可靠地反映土壤中原始微生物组成。因此454高通量测序平台的应用对研究土壤微生物的多样性具有重要的意义。
土壤微生物在土壤-植物体系中物质和能量的循环具有不可替代的作用，不同植物对土壤微生物组成具有重要的影响。目前关于不同种类枯落物分解对土壤微生物影响的研究较为少见。微生物多样性的研究方法众多，每一种方法都有其优缺点。因此，为了准确、全面、真实地研究土壤微生物的多样性，可以根据实际情况将其中的几种方法结合起来，取长补短。因此采用多种研究方法综合研究该区土壤中的微生物多样性对于植被恢复和生态系统的构建具有重要的现实意义，同时也为探明土壤微生物遗传多样性在单种植物枯落物和混合植物枯落物分解过程中的是否产生差异提供条件
3.土壤微生物量能反映土壤肥力变化特征
土壤微生物生物量是指土壤中体积小于5～105μm3活的微生物总量，是土壤有机质中最活跃和最易变化的部分，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，与土壤中的碳、氮、磷、硫等养分循环密切相关，是土壤养分的储存库和植物生长可利用养分的重要来源。它与微生物个体数量指标相比，更能反映微生物在土壤中的实际含量和作用潜力，因而具有更加灵敏、准确的优点，现已成为近年来国内外土壤学研究的热点之一。一般来说，土壤微生物量能夠快速反映土壤有机碳的数量和质量变化，土壤微生物量碳与土壤总有机碳的比值也可以作为土壤碳动态研究的有效指标，土壤微生物效应是土壤中枯落物分解循环的关键。
因此，对土壤酶活性和土壤微生物生物量碳、氮的研究可以对比不同种植物茎叶分解过程中土壤肥力的变化特征，分析影响土壤物质循环和能量转移的主要原因。对该区植被恢复和生态系统重建具有积极的现实意义。
参考文献
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