土壤微生物多样性的科学内涵及其生态服务功能

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1、土壤微生物多样性的科学内涵及其生态服务功能黑龙江省科学院生物肥料研究中心黑龙江哈尔滨150010摘要：土壤圈是地球系统的组成部分，土壤微生物是土壤中最活跃的部分，是土壤分解系统的主要成分，在推动土壤物质转换、能量流动和生物地化循环中起着重要作用。近年来由于对自然资源的掠夺式开发，使得生物多样性遭到严重破坏，生态系统渐趋波动。而土壤微生物作为稳定生态系统，监测土壤质量变化的敏感指标，其多样性研宄在评价生态系统、维护生态平衡中发挥了巨大作用。木文主要分析土壤微生物多样性的科学内涵及其生态服务功能。关键词：土壤微生物多样性；内涵；生态服务功

2、能目前，大多数关于土壤微生物群落多样性及其变化的研宄以描述为主，尚未在土壤微牛.物多样性与土壤牛.态系统过程和功能之间建立有机联系，也未能充分吸收已有的宏观生态学基础理论进而发展微观生态学理论框架体系。考虑到土壤微牛.物作为牛.态系统分解者的事实以及地下与地上牛.态系统的紧密联系，准确阐述土壤微牛.物多样性及土壤牛.态系统功能的关系殊为必要。一、土壤微生物多样性的内涵1.土壤微生物多样性乂称微生物群落结构，是指生命体在遗传、种类和牛.态系统层次的变化。它代表着微牛.物群落的稳定性，也反映土壤生态机制和土壤胁迫对群落的影响。生物多样性还

3、可以定义为生命的丰富度，通常以土壤生物IX系的变化和牛.物化学过程间的相互贡献来反映。由于它能较早地预测土壤养分及环境质量的变化过程，被认为是最有潜力的敏感性生物指标之一。生物多样性作为指标在监测土壤变化和对胁迫的反映方面是重要的，同时对进一步了解土壤微牛.物群落状态也十分有用。随着人们对环境资源保护意识的逐步加强和因人类影响而造成的多样性损失的客观存在，目前学术界对多样性问题倍加关注。在微生物群落研宄中，微生物的均衡性、丰富性和多样性是常用的指标。1.土壤微生物多样性研究方法。B前，土壤微生物多样性的研究方法大致分为两类：一类是常规

4、的土壤微生物学研究方法，包括分离培养法、底物利用分析法、基于标志物的非培养方法和基于核酸PCR扩增基础上的变性梯度凝胶电泳（DGGE）、末端限制性片段长度多态性等方法；另一类是最新发展起来的高通量和高分辨率的宏基因组学、环境转录组学等技术。此外还奋诸如稳定性冋位素探针（SIP）和二级离子质谱技术等。这些方法从不同层面对土壤微生物群落组成及多样性、丰度、活性和功能进行研究，有助于了解土壤微生物多样性和功能的全貌（图1）。二、土壤微生物多样性的生态系统服务功能微生物是地球生物演化进程中的先锋种类，例如细菌和蓝细菌就是地球上最早出现的生命，

5、它们在生物发展进化的初始阶段起着不可替代的作用而且最初的生命体还通过改变大气圈的化学组成等来改善地球环境条件，使更多的生物得以出现、生存和进化，最终构成了当今地球生物种类繁多的景象。而今来看，微生物在生态系统乃至整个生物圈的能量流动和物质循环中发挥着关键作用。土壤微生物多样性影响土壤生态系统的结构、功能及过程，是维持土壤生产力的重要组分，也是评价自然或人为干扰引起土壤质量变化的重要指标。可以说，土壤微生物多样性的生态系统服务功能是其根本价值所在。以下着重从冇机物分解、物质循环和生态安全调控等3个角度，介绍土壤微生物多样性的生态系统服务

6、功能。1.土壤微生物对冇机物的分解作用。微生物在生态系统中的最人价值在于其分解功能。绝大多数微生物作为异养生物，它们分解着生物圈内存在的动物、植物和微生物的残体以及各种复杂有机物质，吸收某些分解产物，最终将奋机物分解成简单的无机物，如C02、H20、NH3、SO2-4和PO3-4，这些无机物又可以被初级生产者利用，再次参与物质循环。尤其是一些特殊物质，如腐殖质、蜡和许多合成化学物质，只有微生物才能分解。如果没有微生物，地球上的动植物残体将堆积如山，长期存留于人类生存的环境中，生物所需的各种营养元素终将消耗殆尽，人类社会势难世代绵延向前

7、发展。1.土壤微生物在物质循环中的作用。地球上的大部分元素均以不冋的循环速率参与生物地球化学循环。生命物质的主要组成元素（C、H、0、N、P、S）循环很快，少量元素（Mg、K、Na、卤族元素）和微量元素（Al、Co、Cr、Cu、Mo、Ni、Se、V、Zn）则循环缓慢。少（微）量元素中的Fe、Mn、Ca和Si是例外，Fe和Mn以氧化还原的方式快速循环，而Ca和Si在原生质外的其他结构中含量很高。C、N、P、S的循环受2个主要的生物过程控制，一是光合生物对无机营养物的同化，二是后来进行的奋机物的生物矿化。尽管所奋生物都参与生物地球化学循环

8、，但微生物在冇机物的矿化中起决定性作用，例如地球上90%以上有机物的矿化均是由细菌和真菌完成的。2.土壤微生物的生态安全调控机能。土壤质量是指土壤容纳和净化污染物质、维护和保障绿色植物生长以及满足人类其他合理需求的综合能