土壤微生物生物量及多样性测定方法评述

土壤微生物作为土壤中重要的分解者,在养分的循环与转化中起着重要的作用。另外,由于其与土壤理化性质相比,对外界环境的变化更为敏感,因此,土壤微生物性质常被用作表征土壤质量的灵敏性指标,而土壤微生物生物量与微生物多样性是土壤微生物学研究中应用最广泛的指标。土壤环境复杂,微生物种类丰富多样,需要合适的研究方法才能真正打开土壤系统这个黑箱,自19世纪60年代以后,土壤微生物学在研究方法上取得了重要的进展,本文综述了微生物生物量及多样性的概念及微生物生物量和多样性研究方法的发展状况,重点就已有应用比较多的研究方法如测定微生物生物量的熏蒸法,测定微生物多样性的平板计数法、Biolog微平板计数法、磷脂脂肪酸法及分子生物学等研究方法进行了详细介绍及优缺点分析。结合现有微生物生物量及多样性的测定方法,在未来的研究中,一方面应该引入更多的新技术,发展新方法,以期探索更多的未知微生物种群;其次应该根据实验要求,完善和改进现有研究方法,使其更为统一和准确;再者,在微生物数据的分析上应该探索和借鉴更多的分析方法和手段,从而更深入更全面的解读实验当中所得到的微生物的信息。     

宁夏引黄灌区不同土地利用方式土壤微生物群落多样性研究

以宁夏引黄灌区6种典型利用方式(12年果园田、稻旱轮作田、盐化旱田、枸杞田、常年旱田、常年稻田)灌淤土为研究对象,通过同期野外多点采样和室内培养分析相结合,运用磷脂脂肪酸谱图分析方法,探讨了不同土地利用与管理方式下灌淤土理化性质、微生物生物量、微生物区系及微生物群落多样性差异及相关关系,以期为宁夏引黄灌区土壤可持续利用提供数据支撑。结果表明,(1)不同土地利用方式中,长期秸秆还田的盐化旱田、长期有机无机配施的12年果园以及常年旱田3种利用方式下,土壤地力水平较高,相应土壤微生物生物量炭、氮水平最高,有利于土壤微生物数量的保持,而常年淹水条件下的常年稻田土壤肥力水平低下,微生物生物量最低。(2)不同土地利用方式磷脂脂肪酸PLFA总量变幅为81.1-94.8 nmol·g^?1,其中盐化旱田>12年果园>稻旱轮作>常年旱田>枸杞园>常年稻田;好氧细菌14:0、16:0和18:0比例最大,革兰氏阳性细菌16:0iso在12年果园、稻旱轮作田中含量显著提高,放线菌次之,而真菌18:3ω6c在12年果园、盐化旱田、稻旱轮作3种利用方式下含量升高。(3)相关分析表明,引黄灌区土壤磷酸脂肪酸与土壤pH、微生物量碳及微生物量磷之间呈极显著正相关,与土壤有机质呈显著正相关;主成分分析表明,盐化旱田和12年果园具有相近的微生物群落结构。(4)综上所述,有机无机配施常年果园和秸秆还田常年旱田是适用于该地区的土地利用与管理方式。     

桑园土壤微生物群落功能多样性对PAHs污染的响应

为了探明桑园土壤微生物群落功能多样性与多环芳烃(PAHs)污染的关系,采用Biolog检测法研究某路域桑园土壤微生物功能多样性对PAHs污染的响应。结果表明,不同区域PAHs污染程度由大到小依次为区域2(位于区域1和3之间)、3(离公路最远)和1(离公路最近);Biolog分析发现不同区域土壤微生物对碳源利用的平均颜色变化率(AWCD)由大到小依次为区域2、3和1;区域2的Shannon指数和Gini指数均显著高于区域1和3,而区域1的Shannon均匀度显著低于区域2和3,区域2土壤微生物活性最强且群落结构最丰富,其后依次为区域3和1。主成分分析结果显示,3个区域微生物群落的生理功能差异明显,主要表现在对糖类和氨基酸类物质的代谢上。冗余分析表明,区域2土壤微生物与PAHs含量关系最密切,说明较高的PAHs含量更能激发桑园土壤微生物的生理活性,微生物群落代谢功能因PAHs污染而有所提高。     

鼎湖山主要植被类型土壤微生物生物量研究

对鼎湖山国家级自然保护区3种主要植被类型：季风常绿阔叶林，针阔叶混交林和马尾松林土壤微生物生物量进行了研究。结果表明，土壤微生物生物量（mg.kg^-1）在季风常绿阔叶林、针阔叶混交林和马尾松林中分别为：822，588，530，季风常绿阔叶林显著高于针阔叶混交林和马尾松林（P〈0．01），而针阔叶混交林和马尾松林无显著差异（P〉0．05）；土壤中微生物量高的土壤中，有机碳含量也相应高，两者的比值可反应土壤碳的积累或损失，研究表明，鼎湖山3种主要植被类型土壤均处于碳积累过程；季风常绿阔叶林、针阔叶混交林和马尾松林土壤微生物碳周转量（t.hm^-2．a^-1）依次为：14．07，11．45，9，60，碳素的周转带动了其他营养元素的循环和能量的流动；土壤微生物代谢熵（mg.g^-1．h^-1）由低到高依次是季风常绿阔叶林（0．59）、针阔叶混交林（0．96）和马尾松林（1．33），表明土壤微生物对土壤碳的利用效率季风常绿阔叶林较高，马尾松林较低。     

河流底泥施用对土壤微生物群落功能多样性和小麦生长的影响

设置0（对照）、20、60和100g·kg-1 3个底泥施用量水平,研究施用底泥对冬小麦籽粒Cd含量以及土壤微生物群落功能多样性的影响。结果表明,60和100g·kg-1底泥施用处理小麦穗质量和千粒重显著高于对照（P〈0．05）。各处理间小麦籽粒cd含量无显著差异。与对照相比,施用底泥并没有显著改变土壤中可培养细菌、真菌和放线菌的数量。整个培养过程中土壤微生物平均颜色变化率（IAWCD）以及96h时微生物多样性指数（Shannon指数、Simpson指数、McIntosh指数）在对照与底泥施用处理间无显著差异。主成分分析（PCA）表明,仅有占总变量方差14．22％的PC3能识别出对照土壤微生物群落碳源利用谱与底泥施用处理间的差异,而PCI（21．76％）、PC2（16．32％）和PC4（11．62％）则无法将对照与底泥施用处理区分开来。可见,该试验条件下合理的底泥施用量并不会对小麦籽粒Cd含量、微生物功能多样性和土壤质量产生显著影响。     

秸秆还田少免耕对冲积土微生物多样性及微生物碳氮的影响

土壤微生物是耕地质量的重要指标,为阐明秸秆还田少免耕对土壤质量的影响及其机理,在成都平原(温江)冲积水稻土区,开展了水稻–小麦/油菜轮作秸秆还田培肥定位试验(2003～2008年),在小麦生长季节,系统研究了土壤耕层微生物数量和微生物生物量的变化特征.结果表明,秸秆还田翻耕与秸秆还田免耕的土壤耕层微生物总量分别增加了51.7%、12.8%,土壤微生物数量增加主要来自土壤细菌数量的增加;从小麦全生育期看,在小麦分蘖期的增加幅度高于小麦播种期和小麦收获后,有利于促进小麦养分吸收与生长发育.秸秆还田少免耕显著增加了微生物生物量,秸秆还田翻耕和秸秆还田免耕处理土壤微生物碳总量分别比对照提高74.1%、25.8%,土壤微生物氮分别提高60.2%和12.1%.秸秆还田循环利用显著增加了土壤微生物数量和生物量,有利于土壤养分循环与转化,有利于提高土壤有机质含量并改善有机质质量,是耕地质量建设的重要途径.     

植物多样性对土壤微生物的影响

生物多样性强烈地影响生态系统的过程.生态系统过程的变化可导致生物多样性衰减并因此导致生态系统功能衰退.植物种丰度和植物功能多样性对土壤细菌群落的代谢活性和代谢多样性有成正比的影响.土壤细菌的代谢活性和代谢多样性随植物种数量的对数和植物功能组的数量而直线上升.其原因可能是由植被流入土壤的物质和能量的多样性和数量的增加,也可能是由土壤动物区系起作用的土壤微生境的多样性的增加造成的.由于植物多样性的丧失所引起的植物生物量的减少对分解者群落有强烈的影响微生物生物量将可能减少,因为在大多数陆地生态系统中,有机碳源限制着土壤微生物的活性.     

鸭粪和环丙沙星对潮土微生物群落功能多样性的影响

为了评价鸭粪中残留的环丙沙星(ciprofloxacin,CIP)对土壤微生物群落功能多样性的影响,布置培养试验,设五个处理,分别是Ⅰ:CK(对照)、Ⅱ:CIP(人工添加的CIP)、Ⅲ:DF(添加不含抗生素的鸭粪)、Ⅳ:DF+CIP(在Ⅲ的基础上再外源添加CIP)、Ⅴ:DF(CIP)(粪源CIP即含有CIP的鸭粪),培养81 d。借助Biolog技术研究了不同来源的CIP对土壤微生物功能多样性的影响。结果表明,培养1 d后,反映土壤微生物活性的平均颜色变化率(AWCD)表现为DFDF+CIPDF(CIP)CKCIP,说明环丙沙星对土壤微生物活性具有一定的抑制作用,且随着培养时间的延长其抑制作用减弱;添加鸭粪显著增强了土壤微生物活性和群落功能多样性;与人工添加进鸭粪中的环丙沙星相比,粪源环丙沙星对微生物活性的抑制作用更强,并显著降低了土壤中利用碳源微生物的物种丰富度指数(H)、均匀度指数(E)、优势度指数(Ds)和碳源利用丰富度指数(S);在培养过程中,土壤微生物利用的主要碳源种类随培养时间延长有所变化,初期利用的主要是糖类、羧酸类、聚合物类、胺类以及氨基酸类,后期主要是糖类和羧酸类。     

恩诺沙星对土壤细菌数量及微生物生物量碳的影响

为了评价兽药恩诺沙星(Enrofloxacin,ENR)对土壤微生物的影响,采用平板计数法和熏蒸浸提法研究了不同含量恩诺沙星(wENR)对土壤细菌数量和土壤微生物生物量碳(MBC)含量的影响.结果发现,添加药物组细菌数量和土壤微生物生物量碳含量均低于对照组,且药物含量越高,细菌数量和土壤微生物生物量碳含量越低;较低含量的恩诺沙星(wENR<0.1μg·g-1,细菌数量;wENR<1μg·g-1,MBC)对细菌数量和微生物生物量碳含量影响不显著(与对照组比较,p>0.05),而较高含量的恩诺沙星(wENR≥0.1μg·g-1,细菌数量;wENR≥1μg·g-1,MBC)则影响显著(与对照组比较,p<0.05).以上结果表明恩诺沙星残留可显著影响土壤细菌数量和微生物生物量碳含量,进而可能影响土壤特性和土壤的一些生态过程。     

贡嘎山海螺沟冰川退缩迹地土壤微生物生物量碳氮

在全球气候持续变暖的影响下,贡嘎山海螺沟冰川加快退缩形成裸露独特的土壤环境,这些裸露地随着时间演替发育形成不同的生态系统.为了解海螺沟冰川土壤发育及土壤质量情况,采用熏蒸浸提法测定冰川演替迹地土壤微生物生物量碳氮含量,并研究其与土壤氮素各指标之间的关系.结果表明:(1)土壤铵态氮(P=0.000)、硝态氮(P=0.006)、全氮(P=0.000)和微生物生物量碳氮(P=0.000,P=0.000)含量随海螺沟冰川演替年限有显著变化,这种显著变化可能是由于冰川演替不同年限土壤枯枝凋落物养分返还、有机物质分解率及温度和水分等因子的差异造成的;(2)贡嘎山海螺沟冰川演替迹地中土壤铵态氮的含量为4.78-145.53 mg kg-1,硝态氮为1.23-46.08 mg kg-1,全氮含量为284.38-1 980.56 mg kg-1,土壤微生物生物量碳的含量为2.76-1 230.57 mg kg-1,土壤微生物生物量氮的含量为0.16-245.30 mg kg-1;(3)土壤微生物生物量碳氮比的变化范围是0.36-22.99,且大多数值都小于6,说明在贡嘎山海螺沟冰川演替迹地土壤微生物群落结构中细菌占优势;(4)土壤氮素(除全氮外)各指标均与微生物生物量碳氮显著正相关(P<0.01).综上,贡嘎山海螺沟冰川不同演替迹地土壤质量较好,本研究可为海螺沟冰川不同演替年限冰川退缩迹地土壤质量评价提供基础数据支持.     

免耕覆盖对土壤微生物量碳的影响

通过设置在甘肃省定西县李家堡镇甘肃农业大学旱农实验站的用间定位试验,研究连续3年春小麦(Triticum aestivum)-豌豆(Pisum sativum Linn.)双序列轮作后6种不同处理土壤微生物量碳的变化情况,结果表明:免耕条件下表土层土壤微生物量碳总是显著地高于翻耕土壤;秸秆覆盖表土层和亚表层土壤微生物量碳明显高于不覆盖;不同处理对表土层和亚表层土壤微生物量碳的影响差异达极显著;表土层土壤微生物量碳有明显的季节动态变化;土壤微生物量碳随土层加深而递减.     

土壤微生物量和土壤呼吸对降雨的响应

本研究在北京门头沟龙凤岭水土保持科技示范园内进行,降雨前后连续测定土壤微生物量和土壤呼吸,探讨土壤微生物量和土壤呼吸对降雨的响应。结果表明：干旱的土壤降雨后土壤微生物量和土壤呼吸骤升随后逐渐衰减,第1场降雨后土壤微生物量碳、氮和土壤呼吸分别是干旱期的3.08、2.83、2.50倍,第2场降雨后土壤微生物量碳、氮和土壤呼吸分别是干旱期的1.08、1.63、1.68倍,降雨使土壤微生物量和土壤呼吸产生的激增效应仅持续1 d。第3场降雨量仅为0.40 mm,土壤微生物量和土壤呼吸增加的幅度不是很大。     

岩溶生态系统中土壤微生物量氮含量及其变化规律

选择果树园和林地两种土地利用类型来研究土壤微生物量氮(Soil microbial biomass nitrogen,SMBN)含量及其与土壤溶解有机氮(Soil dissolved organic nitrogen,DON)、碱解氮的关系。结果表明:SMBN含量范围在5.33~34.61kg·hm-2之间,平均为14.81kg·hm-2,仅为文献中报道的SMBN的3%~37%。SMBN占土壤全氮的比例较小,为0.25%~1.5%,平均为0.754%。SMBN与DON及土壤有机碳等指标变化趋势一致。SMBN易矿化,与碱解氮关系密切,但由于岩溶山区这种特殊的生态环境,使得这种关系不像文献中报道的呈极强的正相关关系,这对于研究岩溶区特定条件下SMBN的变化以及对当地的土地利用类型有一定的参考价值和现实意义。     

粉煤灰结合施肥对土壤微生物和酶活性的效应

在以前对粉煤灰改良石灰性土壤对其理化性质和养分效应研究的基础上,分析了小麦不同生育期土壤中微生物数量和几种重要的土壤酶的活性,旨在探讨石灰性褐土施用粉煤灰配合有机肥对土壤环境生物质量的效应。结果表明,每公顷施用粉煤灰150t以上显著提高了土壤中各种微生物的数量,对土壤酶活性也有显著的作用,尤其是对小麦灌浆期脲酶的活性有显著的促进作用。因此,施用粉煤灰可以改善土壤的生物活性,从而达到保护和治理土壤环境的效果。     

贺兰山东坡典型植物群落土壤微生物量碳、氮沿海拔梯度的变化特征

土壤微生物量是陆地生态系统碳循环的重要组成部分,在生态系统物质循环和能量转化中占有特别重要的地位。开展土壤微生物量与海拔高度的关系的研究,能促使人们对土壤微生物空间分布格局及其形成机制的认识,预测全球变化对生态系统功能的影响。本文对贺兰山不同海拔梯度具有代表性的荒漠化草原（HM）、蒙古扁桃灌丛（BT）、油松林（YS）、青海云杉林（QH）和高山草甸（CD）等5种植物群落土壤微生物生物量及其微生物商进行了研究。结果表明：表层土壤（0～20 cm）微生物生物量碳（MBC）、氮（MBN）大小次序为：CD〉QH〉YS〉BT〉HM,MBC、MBN随海拔梯度的升高显著增加,与土壤有机碳、氮含量有着一致的变化规律,但是微生物商（qMB）表现出沿海拔梯度先增加后减小的变化趋势,最大值出现在蒙古扁桃灌丛土壤,MBC/MBN则没有明显的变化规律。相关分析表明,不同海拔高度的土壤微生物量碳氮不仅与年均降水量、土壤含水量,而且与土壤有机碳、全氮呈显著线性正相关关系（P〈0.01）,但是与年均气温、土壤容重呈显著线性负相关关系（P〈0.01）。贺兰山土壤微生物量碳、氮随海拔高度升高而增加,降水量、气温、土壤湿度、土壤有机碳和全氮可能是影响土壤微生物量沿海拔梯度变化的关键因子。     

Assessment of soil quality under different tillage practices during wheat cultivation: soil enzymes and microbial biomass

Microbial processes, particularly enzyme activities, play crucial functional roles in soil ecology, hence serving as sensitive indicators of soil quality. We assessed the temporal dynamics of microbial biomass and selected soil enzymes (β-d-glucosidase, cellobiohydrolase, polyphenol oxidase, urease, glycine-aminopeptidase and alkaline phosphatase) during wheat cultivation, under four different tillage practices in the rice–wheat system. The four practices involved conventional tilling of soil before cultivating each crop (CTR-CTW); no tilling before cultivating rice but conventional tillage before wheat (NTR-CTW); conventional tilling before cultivating rice but no tilling before wheat (CTR-NTW) and no tilling before cultivation of each crop (NTR-NTW). Microbial biomass and activities of hydrolytic enzymes increased under NTR-NTW followed by CTR-NTW and NTR-CTW with respect to the conventional practice CTR-CTW, thus reflecting improvement in microbial activities with reduced tillage frequency. Enzyme activities generally depended on soil moisture and temperature, but nature of relationships varied among different practices. Nutrient demand appeared to be the strongest driver of alkaline phosphatase and urease, and soil temperature for glycine-aminopeptidase. Under CTR-CTW, activities of most of the extracellular enzymes were related with β-d-glucosidase or urease, but such relations altered under rest of the practices. The study showed that extracellular soil enzymes respond sensitively to tillage practices as well as environmental variables, particularly soil temperature and moisture and hence can serve as a sensitive indicator of changes in soil processes. Considering improvement in microbial biomass and enzymatic activities as indicators of better soil quality, adoption of no tillage apparently improved soil quality. Still, more number of field studies are required under tillage managements to explore the relationships between different enzyme activities and environmental factors.     

双季稻区冬种覆盖作物对土壤微生物量的影响

利用氯仿熏蒸浸提法研究了南方双季稻区4种冬季覆盖作物对土壤微生物量碳、氮周年动态的影响.结果表明:冬季种植紫云英(Astragalus sinicus L.)、黑麦草(Lolium multiflroum Lam.)和马铃薯(Solanum tuberosum L.)土壤微生物量碳含量分别为:248.8mg·kg-1、256.7mg·kg-1和238.9mg·kg-1均显著高于冬闲田的218.3 mg·kg-1(P<0.05),增幅为9.43%～17.59%;冬季种植油菜(Brassica campestris L.)土壤微生物量碳比冬闲田提高了0.63%,没有显著性差异.4种覆盖作物土壤微生物量氮含量分别为:紫云英,100.3 mg·kg-1、黑麦草,153.8 mg·kg-1、马铃薯,99.9 mg·kg-1和油菜,86.2 mg·kg-1,均显著高于冬闲田,73.5 mg·kg-1(P<0.05).对比冬闲田,各个覆盖作物均显著提高土壤有机质含量(P<0.05).说明种植冬季覆盖作物可以提高土壤有机质含量和有效养分含量,促进了土壤微生物的活动,有利于保持土壤肥力.     

枯草芽孢杆菌Bs-15对板栗土壤微生物种群数量及功能多样性的影响

土壤微生物是维持土壤质量的重要组成部分,是土壤中生物活性的具体体现。土壤微生物多样性的变异可反映其对环境的响应与适应,能敏感反映生态系统的功能演变和生态环境的变化。本研究采用固体平板法研究了枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）Bs-15对板栗（Castanea mollissimaBL）土壤微生物种群数量的影响,并通过BIOLOG ECO微孔板法分析Bs-15对板栗土壤功能多样性的影响。结果表明,接种Bs-15后,土壤中细菌数量比对照略有增加,但差异不显著;接种后放线菌的数量与对照相比有所减少,第7天达到极显著（p〈0.01）差异,之后差异变小,第14 d开始,处理与对照之间放线菌数量基本持平;真菌数量则先增加后减少,第7天开始接种后的真菌数量与对照相比达极显著（p〈0.01）差异。BIOLOG ECO微孔板分析显示,Bs-15使得土壤中微生物的AWCD值变大,72小时以后,AWCD值与对照相比差异达到极显著（p〈0.01）水平;接种Bs-15后增大了土壤微生物多样性指数,其中Shannon多样性指数、Simpson多样性指数和McIntosh多样性指数分别增加了4.09%、6.01%和7.20%,对对照相比差异均达到极显著水平（p〈0.01）,Simpson均匀度和McIntosh均匀度分别增加了2.07%和2.53%,与对照相比差异均达到显著水平（p〈0.05）。本研究结果表明,Bs-15不但提高了板栗土壤微生物的整体活性,丰富了土壤微生物种群,有利于保持和促进土壤肥力和健康状况;还提高了板栗土壤微生物功能多样性,使板栗土壤微生态系统功能更加稳定。     

炼油厂周边PAHs污染土壤中微生物群落结构多样性研究

直接从污染土壤中提取微生物基因组DNA,对基因组DNA进行16S rDNA聚合酶链式反应（PCR）扩增和末端限制性片段多态性（T-RFLP）分析,进而对炼油厂附近PAHs污染区土壤微生物群落结构和多样性进行初步研究。结果表明,PAHs浓度较高的土壤中PAHs主要以高相对分子质量PAHs为主,此外,其土壤微生物群落多样性明显低于PAHs浓度较低的土壤。高浓度PAHs刺激了某些土壤微生物生长。不同污染程度的土壤存在一定数量相同的优势菌群,但相对丰度具有明显差异。其中α-变形菌是五个区域土壤中的主导微生物。研究结果将为炼油厂周边土壤的修复治理提供科学依据。