土壤微生物多样性的主要影响因素.pdf

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90NORTHERNENVIRONMENT北方环境第23卷第1-2期2011年2月土壤微生物系统作为稳定生态系统，是保证动植物生存、农业健康、持续发展的基础1。

在一定程度上地球生态系统的变化与土壤微生物群落的变化密切相关。

研究土壤微生物多样性的变化情况对评价生态系统、维护生态平衡有着十分重要的意义，因此土壤多样性的研究得到了广泛学者的关注。

影响土壤微生物群落的结构组成和多样性的因素可大体分成自然因素和人为因素两大类。

自然因素包括土壤类型、温度、水分、植被等；人为因素包括土壤的耕作方式、农药的施用、施肥的施用等。

本文将分别对几种有代表性的土壤微生物多样性影响因素加以阐述。

1自然因素1.1土壤类型地球上土壤类型是多种多样的，不同土壤类型中的微生物群落结构及组成也是千差万别的。

目前来许多的研究都表明土壤类型是土壤微生物群落结构的主要影响因素之一。

例如：

Gelsomino等2通过比较不同地理位置的16种土壤微生物DGGE图谱发现土壤类型是决定土壤微生物群落结构的主要因素。

杨超等3研究了我国皖南烟区四种不同植烟土壤类型在烟叶生长期内的微生物种类、数量变化情况。

其结果表明了在不同的土壤环境下土壤微生物的数量和土壤养分含量呈正相关关系。

这同时也说明了土壤类型在土壤微生物多样性方面具有一定的影响力。

1.2植被情况生态系统中的植被可以通过影响土壤的含水量、通气性、温度、pH值等因素从而改变土壤的微生物组成结构。

Waid认为植被的类型、数量和化学组成可能是土壤生物多样性变化的主要推进力量4。

通过对美国北部泥炭地生态系统中土壤微生物活性和功能类群组成的研究，Melany等发现植被类型影响土壤微生物活性及功能类群5。

韩芳等6对我国内蒙古三种不同植被类型的土壤微生物类群和多样性指数、丰富度、均匀度等进行了研究。

结果表明，草地上土壤微生物类群多于灌木和乔木，并且土壤微生物类群的多少和土壤微生物多样性具有一定的正相关性。

目前应用新的研究方法都表明植物的多样性与根际土壤微生物有关。

应用Biolog法、16SrRNA分析、PCR-DGGE等方法开展的研究都证明不同植被类型、同一植物不同基因型间、同一基因型不同发育阶段的根际土壤微生物多样性均有不同7。

通过这些研究可以说明植物的根际土壤微生物多样性有时间和空间性，不仅随着植物类型的改变而改变，还随着植物的生长发育过程而变化。

总体来说，植物可以影响微生物群落结构，植被通过影响土壤环境，从而影响土壤微生物群落结构和多样性。

土壤微生物多样性与土壤上的植物群落多样性呈正相关8。

因此，植物与土壤微生物群落之间的是一个长期综合形成的结果。

1.3气候类型由于不同的气候类型形成了复杂的自然条件从而影响了土壤微生物的生态分布。

其中温度和水分对土壤微生物多样性的影响存在交互性，具有协同效应9。

这样我们可以用季节来表示不同温度和水分对土壤微生物多样性的影响情况。

通过应用Biolog法Liu等10对美国新墨西哥州北部的沙漠牧场中的土壤微生物功能多样性的进行了研究，结果说明多样性在夏季最高，春季最低。

陈珊等人也对东北羊草草原微生物生物量的进行了季节性的分析，表明随着温度的升高，湿度加大，微生物生物量增加，8月中旬左右达到最高峰11。

另外，土壤微生物的季节性变化还受到干湿条件的影响。

土壤渍水或干旱都会引起土壤微生物数量的变化。

Joshua等12研究了桦树凋落物分解过程中湿度对微生物活性和群落结构的影响，发现干燥可以导致微生物量减少，微生物群落结构发生变化，特别是潮湿和干燥的时间长短对土壤微生物影响很大。

2人为因素2.1土地利用方式不同土地利用方式对土壤的理化性质具有一定程度的影响而引起土壤结构的变化，进而影响土壤肥力、土壤微生物量及土壤微生物多样性等指标。

姚槐应等用磷酸酯脂肪酸法和碳素利用两种方法对八种红壤的微生物群落的功能多样性和结构多样性进行了研究，结果均表明土地利用方式可以显著影响微生物的多样性13。

但是通过对六种土地利用方式下的土壤微生物数量与肥力关系研究，章家恩等发现土壤微生物量多少和土壤微生物多样性指数变化并不一致14。

这个方面有待今后更进一步的研究发现。

土壤微生物多样性的主要影响因素汪海静（吉林农业大学，吉林长春130000）摘要：

土壤微生物是土壤生态系统的主要组成部分，而且不同的土壤具有不同的土壤微生物群落。

影响土壤微生物多样性的因素很多，主要可以分为自然因素和人为因素。

本文将从土壤微生物多样性的影响因素的两个方面阐述目前国内外土壤微生物多样性的研究现状。

关键词：

土壤微生物；微生物多样性；影响因素中图分类号：

X53文献标识码：

A文章编号：

1007-0370（2011）1,2-0090-02TheMainAffectingFactorsofSoilMicrobialDiversityWangHaijing（JiLinAgriculturalVniversity,ChangChun130000）Abstract：

Soilmicroorganismsareimportantcomponentsofsoilecosystem.Variousmicrobialcommunitiesineachtypeofsoilecosystem.Therearemanyfactorsaffectingthesoilmicrobialdiversityincludingnaturalfactorshandhumanfactors.Thispaperintroducesthecurrentdevelopmentofaffectingfactorsofsoilmicrobialdiversity.Keywords：

soilmicrobial；microbialdiversity；influencefactorsNORTHERNENVIRONMENT912.2耕作方式同样的耕作方式也可以可显著的改变土壤理化性质而引起土壤结构变化，进而影响土壤微生物群落多样性变化。

在这个方面也有许多学者进行了研究。

例如：

Lupwayi等15研究了耕作方式对土壤微生物多样性的影响时发现，对于偏酸、有机质较低的土壤，传统耕作可以降低土壤微生物多样性；而对中性、有机质丰富的土壤，耕作方式并没有显著的影响。

SchutterandDick16研究表明：

传统的精细耕作方法使得土壤细菌在不同粒径的土壤团聚体颗粒中的多样性没有差异。

翻耕使得土壤微生物多样性没有出现明显变化。

再有，有学者指出土壤耕作可能造成土壤结构的恶化，降低底物丰度和均匀度，对土壤微生物动力学有负而影响，从而显著（P0.05）降低土壤细菌多样性17。

2.3种植制度许多研究表明种植制度同样对土壤微生物多样性具有一定的影响。

其中连作使土壤微生物区系发生变化，各类微生物数量增加，以真菌、硝化细菌、反硝化细菌数量明显增加18。

轮作则可能比栽培单一作物更有利于维持土壤微生物的多样性，并可抑制在单一作物的系统中易繁衍的有害微生物，从而可以提高农作物产量。

通过实验吴凤芝等发现连作的土壤对黄瓜生长发育产生抑制作用，土壤灭菌后则可以显著减轻或消除这种抑制作用19。

这个研究说明种植制度可以通过改变土壤中的微生物群落而影响作物的生长情况。

同样的尹睿等20研究了嘉兴市三种类型水稻土在由稻-麦（油）轮作改作露地一些情况后也发现土壤微生物数量发生了改变。

2.4农药除草剂、杀菌剂、杀虫剂等农药和土壤中其它的物质一样能够被土壤中的微生物或其分泌的酶降解，从而刺激或抑制了土壤中微生物的活性，引起土壤微生物多样性的变化。

Novka等研究发现除草剂与土壤微生物量呈负相关性，尤其是在水热条件不好的情况下，增加除草剂的量和多次使用会使土壤微生物量减少，从而使土壤微生物群落结构发生改变21。

罗海峰等通过实验发现在农田土壤施用不同浓度的乙草胺后，可培养的异养细菌的多样性和细菌物种多样性均降低22。

Sigler和Turco对杀菌剂百菌清在草坪、森林和农业土壤上的应用进行研究，结果表明百菌清使土壤细菌和真菌的群落结构都发生了改变23。

还有一些研究表明，在经过杀虫剂处理过的土壤中，土壤微生物的数量和优势种群没有显著变化，但是微生物对底物的利用速率却有所增高24。

这些研究成果都说明了农药这个作为土壤的外来物质对土壤微生物多样性具有一定程度的影响。

2.5施肥化肥的施用不仅直接影响土壤化学成分变化，引起土壤微生物活性的变化而引起土壤微生物群落结构改变，同时，化肥还能改变土壤的物理性状，影响土壤上植被的生长，从而间接的影响土壤微生物群落结构。

李东坡等25以东北地区黑土为研究对象，对玉米生长季土壤微生物生物量碳进行动态研究，结果发现施用有机肥的土壤，其微生物生物量碳显著高于施用化肥和不施肥的土壤。

李秀英等26研究潮褐土时发现长期单施一种化肥与长期不施肥比较，土壤中微生物数量有一定程度的增加，其中氨化细菌、硝化细菌这些菌群数量增加幅度较大。

Sarathchandra等27研究发现，施用尿素后土壤微生物功能多样性显著降低，但施用磷肥对土壤微生物群落多样性并无显著影响。

总之，施肥对土壤微生物多样性影响可能与肥料的种类、施用方式等很多因素有关，情况比较复杂。

3总结由于人类对自然环境、自然资源的过度开发和利用，使得地球上数以万计的物种消失或濒临灭绝，自然生境遭受了严重破坏，生物多样性逐渐丧失，生态系统稳定性逐渐减弱，资源日益枯竭，这些情况最终将威胁到人类自身的可持续发展，因此，保护生物多样性、维持全球生态系统的稳定性已成为全球人民的共同目标。

其中，土壤微生物与全球生物化学循环、全球生态系统的稳定有着十分密切的关系。

通过研究土壤微生物多样性的影响因素可了解土壤微生物和土壤环境条件的改变及人类对土壤的利用之间联系，为农业的可持续发展的研究和土壤生态环境的保护提供理论依据。

但是，由于培养条件与实际环境的差异传统的稀释平板培养法只能测定很少一部分的土壤环境微生物。

近年来，一些非培养微生物分析法例如：

Biolog法、分子生物学法、磷脂脂肪酸（PLFA）等方法的发展为微生物多样性的研究开辟了新的途径。

人们通过使用这些现代研究方法，能够获取土壤微生物群落的更全面更完整的信息，能够比较完全地了解自然环境和人类活动与土壤微生物多样性中间的相互关系。

虽然，目前的研究还不足以让我们认识到其中全部的联系，但土壤微生物作为人类巨大的资源库，其丰富的内涵与其重要性已经表现来了。

通过对它的认识、研究和开发，无疑将给人类带来巨大的环境效益、经济效益和社会效益。

参考文献1PimentalD,StachowU,TakacsDA,etal,Conservingbiologicaldiversityinagricultural/forestsystemsJ.Biosphere,1992,42:

354-362.2GelsominoA,Keijzer-WoltersG,etal,AssessmentofbacterialcommunitystructureinsoilbypolymerasechainreactionanddenaturinggradientgelelectrophoresisJ.MicrobiologyMethods,1999,38:

1-15.3杨超,刘国顺,邱立友等,不同植烟土壤微生物数量调查研究J.中国烟草科学,2007,28（5）:

31-36.4WaidJ.S,Doessoilbiodiversitydependuponmetabioticactivityandinfluences.J.AppliedSoilEcology,1999,13:

151-158.5MelanyCF,KristinFR,JosephBY,MicrobialactivityandfunctionalcompositionamongnorthernpeatlandecosystemsJ.SoilBiolandBiochem,2003,35（4）:

591-602.6韩芳,邵玉琴.黄甫川流域不同土地利用方式下的土壤微生物多样性J.内蒙古大学学报（自然科学版）,2003,34（3）:

298-303.7周桔,雷霆.土壤微生物多样性影响因素及研究方法的现状与展望J.生物多样性,2007,15（3）:

306-311.8张薇,魏海雷,高洪文等.土壤微生物多样性及其环境影响因子研究进展J.生态学杂志,2005,24

（1）:

48-52.9周才平,欧阳华,温度和湿度对长白山两种林型下土壤氮矿化的影响J.应用生态学报,2001,（4）:

505-508.10LiuXY,LindemannWC,WhitfordWG,etal,MicrobialdiversityandactivityofdisturbedsoilinthenorthernChihuahuandesertJ.BiologyandFertilityofSoils,2000,32:

243-249.11陈珊,张常钟,刘东波等.东北羊草草原土壤微生物生物量的季节变化及其与土壤生境的关系J.生态学报,1995,15

（1）:

91-94.12JoshuaPS,JayMG,JoySCC,etal.MoistureeffectsonmicrobialactivityandcommunitystructureindecomposingbirchlitterintheAlaskantaigaJ,SoilBiol.Biochem,1999,31（6）:

831-838.13姚槐应,何振立,黄昌勇.不同土地利用方式对红壤微生物多样性的影响J.水土保持学报,2003,17

（2）:

51-54.14章家恩,刘文高,胡刚.不同土地利用方式下土壤微生物数量与土壤肥力的关系J.土壤与环境,2002,11

（2）:

140-143。

15LupwayiNZ,ArshadMA,RiceWA,ClaytonGW,Bacterialdiversityinwater-stableaggregatesofsoilsunderconventionalandzero（下转第118页）土壤微生物多样性的主要影响因素汪海静118NORTHERNENVIRONMENT北方环境第23卷第1-2期2011年2月促进了废水进一步后续生化处理的运行稳定性。

3.2处理技术3.2.1好氧生物处理技术是指废水中的溶解性有机物在好氧微生物作用下转化成不溶性可沉的微生物固体和一部分有机物，从而使废水得到净化的过程。

如采用逐步提高有机负荷盐浓度的方法，驯化出耐高浓度盐污泥，在进水NaCl质量浓度为2.68104-4.72104mg/L之间时，保持较高的污泥浓度可使反应器COD容积负荷达到0.6kg/（m3.d），COD和苯乙酸去除率达到95%以上。

3.2.2生物接触氧化法如采用生物接触氧化处理医药中间体TMBA废水，最高进水COD控制在1600mg/L左右，COD去除率高达90%左右。

3.2.3AB法AB法属超高负荷活性污泥法，如采用A-B二段法处理环氧丙烷皂化废水，COD去除率可达80-86%。

3.2.4SBR法SBR法如采用SBR法对药物合成废水预处理出水，进水COD为2000-2500mg/L，可生化性为0.2，出水COD降到200mg/L以下，COD去除率达到90%左右。

3.2.5膜生物反应器膜生物反应器（MBR）是近年来一种迅速发展的废水生物处理技术。

该项新型技术是将污水的生物处理技术和膜过滤技术结合在一起。

对有机污染物去除率高，出水中没有悬浮物，硝化能力强，污泥产率低，便于实现自动化控制。

如利用一体式膜生物反应器对COD为2500-4000mg/L的抗生素废水进行了处理。

3.3传统的生物强化污水处理技术工艺由于活性污泥中杂菌多，导致消耗较多的氧与养料，抑制了正常细菌的生长和作用发挥，对其进行分离纯化后，能获得较高的降解效率。

如分离、筛选得到的效应菌株分别属不动杆菌属、假单胞菌属、埃希氏菌属和芽孢杆菌属，将效应菌株制成混合菌液处理-2内酰胺环类抗生素废水，废水COD由4100mg/L降至989.7mg/L，COD去除率达到了75.86%，并对此类抗生素有较强耐受能力。

3.4固定化技术固定化微生物法是将微生物固定在载体上或定位于限定的空间区域内，并保持其生物功能，反复利用。

固定化微生物技术已用来处理四环素、阿苯哒唑、扑尔敏、布洛芬等制药生产废水，另外，亦可在SBR中采用固定化微生物技术来处理氨氮含量高的制药废水。

如PVA复合载体包埋固定化微生物颗粒处理抗生素废水的工艺条件，活性微生物为经抗生素废水以10%浓度增幅驯化75d后的活性污泥。

结果表明：

进水COD为2000mg/L、曝气20h、温度控制在10-45、pH值7-10、固定化颗粒与废水比例1:

4是固定化活性污泥处理抗生素废水的最佳工艺条件，COD去除率可达80.57%。

3.5化学制药废水的处理化学制药废水的处理多数采用单一生化法处理不能彻底解决问题，必须进行必要的预处理。

首先设调节池，调节水质水量和pH，且根据实际情况采用特定物化或化学法进行预处理，提高废水的可降解性，以利于废水的后续生化处理。

预处理后的废水，可选取某种厌氧和好氧工艺进行处理，如采用微电解厌氧水解酸化SBR串联工艺处理化学合成制药废水，原废水BOD5/COD约为0.13，属难生物降解废水，经微电解厌氧水解酸化处理后，出水BOD5/COD可达0.63，可生化性大大提高。

在进行SBR处理时，维持SBR进水COD在1500mg/L左右，污泥负荷为0.5kgCOD/（kgMLSSd），曝气8-10h，出水COD可以降低至200mgL-1以下。

如采用吹脱厌氧好氧串联工艺处理含有氯霉素、抗菌素增效剂和磺胺新诺明的合成制药废水，经吹脱和厌氧水解酸化处理后，COD去除率为70%，再经好氧生化系统处理，COD去除率可达60%。

4结语化学制药废水是一种成分复杂、毒性高、含难降解有机物质的有机废水，目前的处理方法有预处理-生物处理。

工程应用以单元处理为主，因此开发经济、有效的复合水处理单元迫在眉睫。

此外，新技术如膜技术、生物强化技术等的应用在化学制药废水处理方面有更广阔的应用前景。

参考文献1制药工业水污染物排放标准.化学合成类编制说明.制药工业水污染物排放标准化学合成类.2007,09.2马立艳.混凝处理抗生素废水研究J.江苏环境科技,2007,20（5）:

45-46.3张林生,杨广平.水杨酸废水纳滤处理中操作压力的影响J.水处理技术,2005,31（6）:

76-78.4安晓雯,仉春华.铁屑-活性炭内电解法预处理制药废水的试验J.大连民族学院学报,2007,（5）:

73-75.5相会强,刘雪莲,李立敏.抗生素废水水解酸化预处理试验研究J.环境科学与技术,2005,28（6）:

77-79.作者简介：

张燕（1981-），女，就职于河北省辛集市环境保护研究所，研究方向：

环境保护；李萍（1981-），女，助工，就职于机械工业第六设计研究院，研究方向：

排水设计研究；董亚荣（1983-），女，助教，中国环境管理干部学院，研究方向：

环境保护研究与教学。

（上接第91页）tillagemanagementJ.AppliedSoilEcology,2001,16:

251-261.16SchutterME,DickRP,Microbialcommuityprofilesandactivitiesamongaggregatesofwinterfallowandcover-croppedsoilJ.SoilScienceSocietyofAmericaJournal,2002,66

（1）:

142-153.17何念杰,唐祥宁,游春平.烟稻轮作与烟草病害关系的研究J.江西农业大学学报,1995,17（3）:

294-299.18陈芝兰,周晓英,何建清.设施栽培措施对土壤微生物区系的影响J.西藏科技,2007,1:

14-15.19吴凤芝,王伟.大棚番茄土壤微生物区系研究J.北方园艺,1999,3:

1-2.20尹睿,张华勇,黄锦,等.保护地菜田与稻麦轮作田土壤微生物学特征的比较J.植物营养与肥料学报,2004,10（l）:

57-62.21EL-Ghmryam,XuJ-M,HuangC-Y,InfluenceofherbicidesonmicrobialbiomassandnitrogenmineralizationinsoilsJ.浙江大学学报（农业与生命科学版）,1999,256:

639-644.22罗海峰,齐鸿雁,张洪勋.乙草胺对农田土壤细菌多样性的影响J.微生物学报,2004,44（4）:

519-522.23SiglerWV,TurcoRF,TheimpactofchlorothalonilapplicationonsoilbacterialandfungalpopulationsasassessedbydenaturinggradientgelelectrophoresisJ.AppliedAndEnvironmentalMicrobiology,2002,21:

107-1l8.24傅懋毅,方敏瑜.竹林养分循环、毛竹纯林的叶凋落物及其分解J.林业科学研究,1989,2（3）:

207-213.25李东坡,武志杰,陈利军等,长期培肥黑土微生物量碳动态变化及影响因素J.应用生态学报,2004,15（3）:

133-138.26李秀英,赵秉强,李絮华等.不同施肥制度对土壤微生物的影响及其与土壤肥力的关系J.中国农业科学,2005,38（8）:

1591-1599.27SarathchandraSU,YeatesGW,BurchG,etal,EffectofnitrogenandphosphatefertilisersonmicrobialandnematodediversityinpasturesoilsJ.SoilBiol.Biochem.,2001,33:

953-964.作者简介：

汪海静，女，研究方向：

土壤微生物。