土壤微生物生物量碳及其影响因子研究进展(精)

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土壤微生物影响因子研究进展

土壤微生物影响因子研究进展【摘要】土壤微生物是土壤生态系统中重要的组成部分，其受土壤环境因子影响巨大。

本文通过综合研究土壤pH值、温度、水分、养分、有机质等因子对土壤微生物的影响，探讨了其在土壤生态系统中的作用机制。

研究表明，土壤环境因子对土壤微生物的数量和多样性具有显著影响，进而影响着土壤生态过程的稳定性和健康。

本文结合实际案例，详细分析了不同环境因子对土壤微生物的影响机制，为深入理解土壤微生物影响因子提供了重要参考。

未来的研究应该继续深入挖掘土壤微生物与环境因子之间的关系，探索更为细致的调控策略，从而为土壤管理和生态保护提供更科学的依据。

土壤微生物的研究不仅有助于提升农业生产效率，同时也对环境保护和生态平衡具有重要意义。

【关键词】土壤微生物、影响因子、研究、进展、土壤pH值、土壤温度、土壤水分、土壤养分、土壤有机质、土壤生态系统、重要性、定义、分类、作用、启示、展望。

1. 引言1.1 土壤微生物影响因子研究进展的重要性土壤微生物是土壤生态系统中不可或缺的组成部分，对土壤中有机物的分解、养分的转化、作物生长的促进等起着重要作用。

研究土壤微生物影响因子具有重要的意义。

了解土壤微生物对土壤生态系统的调控机制，有助于优化土壤管理策略，提高土壤肥力和生产力。

通过研究土壤微生物的适应性和生态功能，可以为生态恢复和生物多样性保护提供科学依据。

随着气候变化和人类活动的影响，土壤微生物受到了越来越多的关注，研究其影响因子对于预测和适应未来土壤生态系统的变化具有重要意义。

土壤微生物影响因子研究的进展不仅可以增进对土壤生态系统的认识，还可以为土壤资源的可持续利用和保护提供科学依据。

1.2 土壤微生物的定义和分类土壤微生物是指生活在土壤中的微生物群体，包括细菌、真菌、原生动物和古生菌等。

它们是土壤中的重要组成部分，对土壤的生态系统起着至关重要的作用。

根据其形态和生理特征，土壤微生物可以分为多种不同的类别。

细菌是土壤微生物群体中最为丰富和多样化的一类，包括厌氧细菌和厌氧细菌等。

土壤微生物生物量碳研究综述

土壤微生物生物量碳研究进展综述黎荣彬（广东省岭南综合勘察设计院）摘要：土壤微生物量碳是土壤碳素转化的重要环节，也是土壤有效碳库的重要组成部分。

本文从土壤微生物量碳的影响因素、测定、周转以及土壤微生物量碳与土壤有机碳的关系四个方面综述了土壤微生物生物量碳的研究进展。

同时，为国内今后这方面的研究重点及发展方向提供了参考。

关键词：土壤微生物量碳；周转；土壤有机碳土壤微生物生物量碳(简称土壤微生物量C)是指土壤中体积<5000μm3活的和死的微生物体内C的总和。

土壤微生物量C在土壤C库中所占比例很小，一般只占土壤有机碳全量的1%-4%[1]，但对土壤有效养分而言，却是一个很大的供给源和库存[2]。

目前国内外对微生物生物量碳与土壤肥力的关系方面已有大量报道，并把土壤微生物量C视为土壤肥力变化的重要指标之一[3-5]。

本文综述了国内外土壤微生物量C的研究进展，为促进国内土壤微生物量C的研究提供参考依据。

1 土壤微生物量C的含量及影响因素我国土壤微生物量C变幅为42.0-2064.0 kg/hm2，占土壤有机碳的2.0 %-4.0 %，与国外报道结果接近[6]。

研究表明，环境条件、施肥措施以及土地利用方式均会影响土壤微生物量C的数量[4、5]。

刘守龙[7]等研究发现，稻田土壤微生物量C含量及其在土壤有机C 中所占的比例普遍明显高于在旱作土壤测定的结果，表明稻田土壤对土壤微生物量的维持能力较强，另外，不同类型稻田的土壤微生物量C含量及其对施肥的反应存在很大的差异。

朱志建[8]等研究了四类森林植被下土壤微生物量C含量，从平均值看是：常绿阔叶林>马尾松林>毛竹林>杉木林，而且阔叶林下土壤微生物明显高于其它三种林分。

李香真[9]等对蒙古高原土壤微生物量C含量的研究发现，草甸草原和典型草原土壤的较高，荒漠草原土壤的较低。

此外，张蕴薇[10]等研究不同放牧强度下土壤微生物量C含量的情况，结果表明，重牧区土壤微生物量C含量仅为轻牧区的一半，停止放牧后，微生物量C含量大幅度下降。

土壤微生物生物量碳及其影响因子研究进展(精)

土壤微生物生物量碳及其影响因子研究进展3黄辉(1陈光水(1谢锦升(1黄朝法(2(1.福建师范大学福州350007;2.福建省林业调查规划院福州350003摘要:笔者较为全面地综述了国内外土壤微生物生物量碳的研究成果。

笔者针对土壤微生物生物量碳主要受到碳氮限制、树种类型、土地利用方式、管理措施、土壤湿度和温度、土壤质地等因素的影响,提出了今后的研究应集中在以下几个方面:(1加强不同尺度土壤微生物生物量碳的影响因子及调控机理研究;(2进一步加强不同土壤类型下土壤微生物生物量碳动态及调控机理研究;(3对影响土壤微生物生物量碳高低不确定性的因子进行深入研究;(4加强其他因子对土壤微生物生物量碳影响的研究;(5探讨全球气候变化对土壤微生物生物量碳的影响。

关键词:微生物生物量碳;土壤;影响因子;全球变化Adva nces on Soil Microbial Biomass Ca rbon a nd Its Effect FactorHuang Hui(1Che n Gua ngshui(1Xie J ingsheng(1Huang Chaof a(1(1.Fujia n N or mal U niversity Fuzhou350007;2.Fujian Provincial Forest ry Surveya nd Planning Institute Fuzhou350003Abstract:The aut hors review current knowledge of t he p roperty and deter mination of soil microbial biomass carbon a nd several f act ors cont rolling its dynamics bot h at home a nd abroad.By now,t here are several f ac2 t ors influe ncing soil microbial biomass carbon w hich include inhere nt p roperties of t he soil like texture,mois2 ture and temp erature a nd etc.Besides t hese,external f act ors(C a nd N limitation,sp ecies typ e,ma nageme nt measures and diff ere nces in la nd usealso cont rol on soil microbial biomass carbon.Despite intensive resear2 ches in recent years,t he uncertainties of soil microbial biomass still re main f or f urt her studies:(1St re ngt he2 ning eff ect f act ors of soil microbial biomass carbon a nd its cont rol mecha nism at diff erent scale;(2Payingmore atte ntion t o t he study about soil microbial biomass carbon a nd its cont rol mecha nism;(3Deepe ning re2 search on uncertain f act ors of soil microbial biomass carbon such as te mperature;(4Enhancing e mp hasis t o t he eff ects of ot her f act ors on soil microbial biomass carbon;(5Discussing eff ects of global climatic changes on soil microbial biomass carbon.Key words:microbial biomass carbon;soil;eff ect f act ors;global cha nge土壤微生物生物量是指土壤中体积小于5×103μm3的生物总量,是土壤有机质中最为活跃的组分[1~3]。

生物质炭对土壤和土壤微生物影响的研究进展

生物质炭对土壤和土壤微生物影响的研究进展黄韡;吴承祯;钱莲文【摘要】The research on biochar had received a wide attention recently because of its excellent performance in soil improvement and circular utilization of resources. the characteristics of biochar, the progress of the improvement effect of soil and the influence mechanism of soil microbes with biochar were summarized detail in this paper, and this review also discussed some strategies and areas for future biochar research.%由于生物质炭在土壤改良方面的优异表现，以及可实现资源的循环利用，近期成为生态学的研究热点。

本文介绍生物质炭的特性，综述生物质炭对土壤物理性质、化学性质和持水能力等方面改良效果的研究进展，总结生物质炭对土壤微生物的影响机制，并对国内该领域的研究进行展望。

【期刊名称】《武夷学院学报》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】8页(P4-11)【关键词】生物质炭;土壤;土壤微生物;研究进展【作者】黄韡;吴承祯;钱莲文【作者单位】福建农林大学林学院，福建福州 350000;福建农林大学林学院，福建福州 350000; 武夷学院，福建武夷山 353000;泉州师范学院福建泉州362000【正文语种】中文【中图分类】F26前言生物质炭（bio-char）是农林废弃物、植物组织等在限制供氧的条件下热解而成。

制备生物质炭的原料包括各种天然物质及其衍生物，如农业废弃物、木材废弃物、城市固体垃圾、畜禽粪便、水生植物和藻类等[1]。

生物炭对土壤有机碳及微生物影响研究进展

生物炭对土壤有机碳及微生物影响研究进展唐行灿;陈金林【摘要】生物炭是生物质限氧热解得到的含碳丰富的固体物质.生物炭能够影响微生物参与的与土壤有机碳库周转相关的生物地球化学循环过程.生物炭对土壤有机碳和微生物的影响与生物炭性质、施加量、土壤环境条件有关,各研究结论并不一致.一些研究指出施加生物炭可以增加土壤有机碳抵抗微生物降解的稳定性,降低土壤有机碳的矿化速率,具有良好的固碳潜力.然而也有很多学者报道了施加生物炭对土壤微生物性质产生有益的影响,如增加土壤微生物生物量和活性,从而显著提高土壤有机碳的矿化速率.在综述生物炭对土壤本身有机碳分解、土壤有机碳活性和稳定性、土壤团聚体及其稳定性、土壤微生物生物量和活性、土壤微生物群落结构影响的基础上,提出未来的研究需要综合考虑生物炭还田可能带来的潜在环境效益和风险.【期刊名称】《广东农业科学》【年(卷),期】2015(042)013【总页数】8页(P153-160)【关键词】生物炭;土壤有机碳;土壤微生物【作者】唐行灿;陈金林【作者单位】南京林业大学生物与环境学院,江苏南京210037;南京林业大学生物与环境学院,江苏南京210037【正文语种】中文【中图分类】S154生物炭是生物质在相对低温（＜700℃）条件下限氧热解制备的高度芳香化、富含碳元素的黑色固体物质。

生物炭技术为废弃物处理、固碳减排、土壤生态系统功能改善提供了一条新途径。

由于具有高度芳香化结构，生物炭较其他形式的有机添加剂具有更强的抵抗土壤微生物降解的稳定性。

施加生物炭可以改善土壤持水、透气性和土壤团聚体结构，增加酸性土壤pH值［1］。

施加生物炭还能增加贫瘠土壤中养分的生物有效性，原因如下：（1）生物炭的灰分中含有一定量的可溶性营养元素；（2）具有较高阳离子交换量的生物炭通过吸附作用降低了土壤营养元素的淋溶；（3）施加生物炭抑制了土壤氮素通过氨挥发和反硝化作用以气体方式损失；（4）生物炭中含有的易变有机碳组分的分解可释放一定量的养分；（5）施加生物炭为微生物提供了良好的栖息地，增加微生物对氮、磷、硫等元素的固持能力。

生物炭对土壤微生物特性影响的研究进展

ａｎｄｓｏｉｌｅｎｚｙｍｅａｆｔｅｒａｐｐｌｙｉｎｇｂｉｏｃｈａｒｔｏｔｈｅｓｏｉｌ．Ｔｈｅｌｋａａｌｉｎｅｎａｔｕｒｅａｎｄｐｏｒｏｕｓｎａｔｕｒｅｏｆｂｉｏｃｈａｒｐｒｏｖｉｄｅｓｕｉｔａｂｌｅｍｉ —
ＮａｍｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｍｉｎｇ２１００３７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｉｏｃｈａｒｉｓａｃａｒｂｏｎ — ｉｒｃｈｐｒｏｄｕｃｔｂｙｐｙｒｏｌｙｓｉｓｕｎｄｅｒｌｏｗｏｘｙｇｅｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．ＢｉｏｃｈａｒｏｃｃｕｐｙａｈｕｇｅａｄｖａｎｔａｇｅｉｎｓｏｉｌｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｄｕｅｔｏｉｔｓｅｆｆｅｃｔｏｎｒｅｇｕｌａｔｉｎｇｓｏｉｌｐＨ，ｐｏｓｓｅｓｓｉｎｇａｎｄｈｏｌｄｉｎｇｗａｔｅｒ／ｆｅｒｔｉｌｉｔｙｃａｐａｃｉｔｙａｎｄａｍｅｌｉｏｒａｔｉｎｇｓｏｉｌｍｉｃｒｏｂｉａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｕｍｍａｉｒｚｅｄｓｏｉｌｍｉｃｒｏｂｉａｌｂｉｏｍａｓｓ，ｔｈｅｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｓｏｉｌｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

生物炭对土壤微生物影响研究进展

内蒙古林业调查设计Inner Mongolia FoFestry Investigation and Design第42卷第4期2019年7月vol.42. No.4July.2019文章编号:1006-6993(2019)04-0101-04生物炭对土壤微生物影响研究进展李怡安，胡华英，周垂帆”(福建农林大学，福建福州350002)摘要：近年来,生物炭作为土壤改良剂在国际上引起广泛关注。

生物炭施入土壤后可以通过改变土壤的理化性质，直接或间接的影响土壤微生物的生存环境，为微生物提供良好的生长、繁殖空间，从而影响了微生物的丰度、活性以及群落组成，最终提高了作物产量。

文章主要针对生物炭对土壤微生物影响的结果，以及不同种类的生物炭对土壤微生物影响的差异进行阐述，并着眼于当前该领域研究上存在的不足及对未来研究的方向进行了展望。

关键词:生物炭;土壤微生物;微生物活性;微生物群落;微生物功能中图分类号:S71 & 52+1.3 文献标识码:BResearch Progress on the Effect of Biochar on Soil MicroorganismsLI Yian, HU Huaying, ZHOU Chuifan*(Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, Fujian Province, China)Abstract: In recent years, biochar as a soil modifier has attracted wide attention in the world. After itsapplication to soil, it can directly or indirectly affect the living environment of soil microorganisms bychanging their physical and chemical properties, so as to provide good growth and breeding space for microorganisms, thus affecting the abundance, activity and community composition of microorgan isms, and ultimately improving crop yield.In this paper, the effects of biochar on soil microorganismsand the differences between different types of biochar on soil microorganisms were discussed.At thesame time, the deficiency of current research in this field and the direction of future research areprospected.Key words: biochar; soil microbes; microbial activity; microbial community; microbial function生物炭是由农作物秸秆、枯枝落叶、动物粪便及污泥等材料在缺氧或无氧环境下经高温裂化形成的富含碳的固体物质叫其具有疏松多孔结构、吸附性强、表面积大等特点，可以改善土壤理化性质,提高土壤肥力，且在保持土壤养分、促进植物生长和减少温室气体排放等方面表现出巨大潜力，近年来作为土壤改良剂得到了广泛关注。

农田土壤自养微生物固碳潜力及影响因素的研究进展

㊀山东农业科学㊀２０２３ꎬ５５(６):１５７~１６５ＳｈａｎｄｏｎｇＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ㊀ＤＯＩ:１０.１４０８３/ｊ.ｉｓｓｎ.１００１－４９４２.２０２３.０６.０２１收稿日期:２０２２－０９－２６基金项目:国家自然科学基金项目(３２２６０３４５)ꎻ青海省科技计划资助项目(２０２２－ＺＪ－７４０)作者简介:周连玉(１９７６ )ꎬ女ꎬ湖南安仁人ꎬ博士ꎬ教授ꎬ主要从事微生物资源开发与研究ꎮＥ－ｍａｉｌ:ｚｌｙ７６０４＠１６３.ｃｏｍ农田土壤自养微生物固碳潜力及影响因素的研究进展周连玉１ꎬ２ꎬ３ꎬ巨家升１ꎬ马学兰１ꎬ孙文娟１ꎬ王龙瑞１ꎬ魏乐１(１.青海师范大学生命科学学院ꎬ青海西宁㊀８１０００８ꎻ２.青海省青藏高原药用动植物资源重点实验室ꎬ青海西宁㊀８１０００８ꎻ３.高原科学与可持续发展研究院ꎬ青海西宁㊀８１０００８)㊀㊀摘要:自养微生物利用光能或化学能将二氧化碳转化成有机物ꎬ具有很强的环境适应性ꎬ在农田土壤固碳过程中发挥重要作用ꎮ本文介绍了自养微生物固碳途径以及农田土壤自养微生物种群ꎬ阐述了土壤理化性质㊁环境因子和农田管理措施对农田土壤自养微生物固碳能力的影响以及农田固碳微生物资源的开发与应用ꎬ并对今后农田自养微生物的重点研究方向进行了展望ꎬ以期为提高农田土壤的固碳潜能㊁增强农田生态功能提供参考ꎮ关键词:农田土壤ꎻ自养微生物ꎻ固碳潜力中图分类号:Ｓ１５４.３㊀㊀文献标识号:Ａ㊀㊀文章编号:１００１－４９４２(２０２３)０６－０１５７－０９ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＣａｒｂｏｎＳｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎＰｏｔｅｎｔｉａｌｏｆＡｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃＭｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓｉｎＦａｒｍｌａｎｄＳｏｉｌａｎｄＩｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇＦａｃｔｏｒｓＺｈｏｕＬｉａｎｙｕ１ꎬ２ꎬ３ꎬＪｕＪｉａｓｈｅｎｇ１ꎬＭａＸｕｅｌａｎ１ꎬＳｕｎＷｅｎｊｕａｎ１ꎬＷａｎｇＬｏｎｇｒｕｉ１ꎬＷｅｉＬｅ１(１.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅｓꎬＱｉｎｇｈａｉＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＸｉｎｉｎｇ８１０００８ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｅｄｉｃｉｎａｌＰｌａｎｔａｎｄＡｎｉｍａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓｏｆｔｈｅＱｉｎｇｈａｉ￣ＴｉｂｅｔＰｌａｔｅａｕｉｎＱｉｎｇｈａｉＰｒｏｖｉｎｃｅꎬＸｉｎｉｎｇ８１０００８ꎬＣｈｉｎａꎻ３.ＡｃａｄｅｍｙｏｆＰｌａｔｅａｕＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＳｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙꎬＸｉｎｉｎｇ８１０００８ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ㊀Ａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓｃａｎｕｓｅｌｉｇｈｔｏｒｃｈｅｍｉｃａｌｅｎｅｒｇｉｅｓｔｏｃｏｎｖｅｒｔｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｉｎｔｏｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒｓꎬｗｈｉｃｈｈａｖｅｓｔｒｏｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｐｌａｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｓｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃａｒｂｏｎｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎｉｎｆａｒｍｌａｎｄｓｏｉｌ.Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｃａｒｂｏｎｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎｐａｔｈｗａｙｏｆａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃｍｉｃｒｏｏｒ￣ｇａｎｉｓｍｓａｎｄｔｈｅｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｏｆａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓｉｎｆａｒｍｌａｎｄｓｏｉｌ.Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｓｏｉｌｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓꎬｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｆａｃｔｏｒｓａｎｄｆａｒｍｌａｎｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｓｏｎｔｈｅｃａｒｂｏｎｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎｃａ￣ｐａｃｉｔｙｏｆｓｏｉｌａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓｉｎｆａｒｍｌａｎｄａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｏｎｓｅｑｕｅｓｔｒａ￣ｔｉｏｎｍｉｃｒｏｂｉａｌｒｅｓｏｕｒｃｅｓｉｎｆａｒｍｌａｎｄｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄꎬａｎｄｔｈｅｆｕｔｕｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｏｆａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃｍｉｃｒｏ￣ｏｒｇａｎｉｓｍｓｉｎｆａｒｍｌａｎｄｗｅｒｅｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ.Ｉｔｗａｓｅｘｐｅｃｔｅｄｔｏｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｆｏｒｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｃａｒｂｏｎｓｅｑｕｅｓ￣ｔｒａｔｉｏｎｐｏｔｅｎｔｉａｌｏｆｆａｒｍｌａｎｄｓｏｉｌａｎｄｅｎｈａｎｃｉｎｇｔｈｅｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｆａｒｍｌａｎｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ㊀ＦａｒｍｌａｎｄｓｏｉｌꎻＡｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓꎻＣａｒｂｏｎｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎｐｏｔｅｎｔｉａｌ㊀㊀我国是一个典型的农业大国ꎬ耕地面积约１.２ˑ１０８ｈｍ２ꎮ作为陆地生态系统重要组成部分的农田生态系统具有碳源和碳汇双重特性ꎬ调控农田土壤固碳减排ꎬ对于保障粮食安全以及实现碳中和战略目标具有重大意义ꎮ目前主要的固碳方法有化学固碳㊁物理固碳和生物固碳ꎬ其中ꎬ生物固碳法是通过植物或微生物将ＣＯ２合成各种有机物ꎬ从而转化成各种可再生生物燃料和化工产品ꎮ除了植物的固碳作用ꎬ自养微生物利用光能或化学能将ＣＯ２转化成有机物ꎬ对大气中ＣＯ２浓度调节发挥着不可忽视的作用ꎻ由于其具有分布广泛㊁环境适应性强等优势ꎬ利用这种耗能较低㊁经济可行㊁绿色无污染的微生物固碳已成为目前固定ＣＯ２研究的热点之一[１－５]ꎮ近年来ꎬ国内外学者在农田自养微生物固碳潜力的分子生态方面开展了一些研究ꎬ本文从农田自养微生物固碳种群㊁固碳速率㊁固碳潜力的影响因子以及固碳菌种资源应用等方面ꎬ总结和分析农田自养微生物固碳机制ꎬ并简要展望研究前景ꎬ可为提高农田土壤固碳潜能㊁增强农田生态功能提供参考ꎮ１㊀自养微生物固碳途径自养微生物能够利用无机物作为营养物质进行正常生命代谢活动ꎬ根据能量来源可以分为光能自养微生物和化能自养微生物两种类型ꎻ根据对氧气需求的不同ꎬ光能自养和化能自养微生物又可分别分为好氧型和厌氧型[６]ꎮ自养微生物在不同环境中进化出不同的ＣＯ２固定途径ꎮ目前已报道７条自养微生物固碳途径ꎬ即卡尔文循环(ＣＢＢ)㊁还原型三羧酸循环(ｒＴＣＡｃｙｃｌｅ)㊁厌氧乙酰辅酶Ａ途径又称Ｗｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ途径(ＷＬｐａｔｈｗａｙ)㊁３－羟基丙酸双循环(３ＨＰｂｉｃｙｃｌｅ)㊁３－羟基丙酸/４－羟基丁酸循环(３－ＨＰ－４ＨＢｃｙｃｌｅ)㊁二羧酸/４－羟基丁酸循环(Ｄｉ－４ＨＢｃｙｃｌｅ)和反向甘氨酸裂解途径[７－１２]ꎮ其中ＣＢＢ循环是化能自养微生物固定ＣＯ２的主要途径ꎬ在代谢过程中已将ＣＢＢ循环应用于将ＣＯ２转化为生物基化学物质ꎮ限制卡尔文循环速率的关键酶为核酮糖－１ꎬ５－二磷酸羧化酶/加氧酶(ＲｕｂｉｓＣＯ)ꎬ根据序列和结构同源性ꎬ大多数ＲｕｂｉｓＣＯ分为Ⅰ㊁Ⅱ㊁Ⅲ型和Ⅳ型ꎮⅠ型和Ⅱ型参与自养ꎻⅢ型与核苷酸和核苷代谢有关ꎻⅣ型又称为ＲｕｂｉｓＣＯ类似蛋白ꎬ不具有催化羧化反应和氧化反应的能力ꎮｃｂｂＬ㊁ｃｂｂＭ基因分别编码ＲｕｂｉｓＣＯⅠ型和Ⅱ型的大亚基ꎬ且具有高度保守性ꎮ按照其氨基酸组成的进化距离将ＲｕｂｉｓＣＯⅠ基因分成ｇｒｅｅｎ－ｌｉｋｅ和ｒｅｄ－ｌｉｋｅ两个类群ꎬ其中ｇｒｅｅｎ－ｌｉｋｅ类群又可以分为ⅠＡ㊁ⅠＢꎻ ｒｅｄ－ｌｉｋｅ也有２种类型ꎬ为ⅠＣ和ⅠＤ[１３]ꎮ近年来ꎬｃｂｂＬ㊁ｃｂｂＭ基因作为固碳相关的生物标志物被许多学者用于分析不同生态环境中固碳微生物群落结构㊁多样性以及固碳能力ꎻ还有针对还原型三羧酸循环固碳途径ＡＴＰ－柠檬酸裂解酶的功能基因ａｃｌＢ以及３－羟基丙酸/４－羟基丁酸循环途径中乙酰辅酶Ａ/丙酰辅酶Ａ羧化酶的功能基因ａｃｃＡ开展农业土壤中自养细菌的生态特征研究ꎮ２㊀农田土壤固碳自养微生物的群落组成农田土壤自养固碳微生物种类丰富ꎬ土壤性质㊁农艺管理措施㊁环境因子等因素均会影响固碳微生物类群的变化ꎮ不同区域的稻田土壤都含有共有的ｃｂｂＬ和ｃｂｂＭ优势种群ꎬ由于土壤性质的不同各自又有特有的ｃｂｂＬ和ｃｂｂＭ优势种群ꎬｃｂｂＬ的阳性克隆子主要与变形菌的慢生根瘤菌(Ｂｒａ￣ｄｙｒｈｉｚｏｂｉｕｍｓｐ.)㊁维氏硝酸杆菌(Ｎｉｔｒｏｂａｃｔｅｒｗｉｎｏ￣ｇｒａｄｓｋｙｉ)㊁亚硝化螺菌(Ｎｉｔｒｏｓｏｓｐｉｒａｓｐ.)㊁脱氮硫杆菌(Ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ)㊁固氮红细菌(Ｒｈｏｄｏｂａｃｔｅｒａｚｏｔｏｆｏｒｍａｎｓ)等的序列相似ꎬｃｂｂＭ的阳性克隆子与变形菌门的硫化菌(Ｔ.ｔｈｉｏｐａｒｕｓ)等专性化能自养菌的相似度较高[１４]ꎮＢｒａｄｙｒｈｉ￣ｚｏｂｉｕｍ和Ｒｕｂｒｉｖｉｖａｘ是铁渗㊁潜育水耕人为土中的主要类群ꎬ普通铁渗水耕人为土的主要类群是Ｒｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ㊁Ｒｈｏｄｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍ㊁Ｍｅｔｈｙｌｉｂｉｕｍ和Ｖａｒｉｏｖｏｒａｘ[１５]ꎮ固碳微生物种群在土壤垂直方向的分布趋势为亚表层(５~７ｃｍ)的土壤固碳细菌多样性高于表层(０~２ｃｍ)ꎻ黏粒和粉粒中固碳微生物多样性高于砂粒[１６]ꎮＹｕａｎ等[１７]采用室内１４Ｃ－ＣＯ２连续标记培养土壤８０ｄ后ꎬ发现在水稻㊁旱地土壤中固碳细菌优势种群有Ａｚｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍｌｉ￣ｐｏｆｅｒｕｍ㊁Ｒ.ｐａｌｕｓｔｒｉｓ㊁Ｂ.ｊａｐｏｎｉｃｕｍ㊁Ｒａｌｓｔｏｎｉａｅｕｔｒｏ￣８５１山东农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５５卷㊀ｐｈａ等ꎮ花生和棉花土壤中检测出Ｂ.ｊａｐｏｎｉｃｕｍ㊁Ｂｕｒｋｈｏｌｄｅｒｉａ㊁Ｎｉｔｒｏｓｏｓｐｉｒａ为优势固碳类群[１６]ꎬ土壤固碳菌种类在水稻连作㊁水稻/油菜轮作㊁油菜/玉米轮作的农田土壤中存在较大差异[１８]ꎻ而在花生根际上发现碳同化自养微生物ｃｂｂＬ与Ｒｈｉｚｏｂｉ￣ｕｍｌｅｇｕｍｉｎｏｓａｒｕｍ㊁Ｂｒａｄｙｒｈｉｚｏｂｉｕｍｓｐ.㊁Ｓｉｎｏｒｈｉｚｏｂｉ￣ｕｍｍｅｌｉｌｏｔｉ㊁Ｏｃｈｒｏｂａｃｔｒｕｍａｎｔｈｒｏｐｉ等序列类似[１９]ꎮＬｕ等[２０]设计免耕㊁旋耕㊁翻耕三种耕作方式并结合玉米秸秆还田的研究表明ꎬ秸秆还田常规耕作土壤中ｃｂｂＬ的细菌在门水平变形杆菌门丰度占９４.３％ꎬ在物种水平变形杆菌占４２.９％ꎻ相比之下ꎬ无秸秆免耕土壤中携带ｃｂｂＬ的细菌在门水平放线菌门占３１.５％和物种水平的弯曲高温单孢菌(Ｔｈｅｒｍｏｍｏｎｏｓｐｏｒａｃｕｒｖａｔａ)占２９.１％ꎬ且玉米秸秆还田增加特有种群Ａｃｉｄｉｐｈｉｌｉｕｍｍｕｌｔｉｖｏｒｕｍꎮ通过野外长期定位试验ꎬ从ｒｅｄ－ｌｉｋｅｃｂｂＬ的角度分析ꎬ施肥处理黑麦土壤中优势类群为Ｂａｃｉｌｌｕｓ㊁Ｓｔｒｅｐｔｏ￣ｍｙｃｅｓ和Ａｒｔｈｒｏｂａｃｔｅｒ[２１]ꎮ不同有机碳源相同施用量的长期定位试验结果表明ꎬ有机碳物料的输入促使土壤中放线菌门的小单孢菌属(Ｍｉｃｒｏｍｏｎｏｓ￣ｐｏｒａ)㊁分枝杆菌属(Ｍｙｃｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ)㊁高温单孢菌属(Ｔｈｅｒｍｏｍｏｎｏｓｐｏｒａ)和变形菌门的盐红螺菌属(Ｈａｌｏｒｈｏｄｏｓｐｉｒａ)㊁慢生根瘤菌属(Ｂｒａｄｙｒｈｉｚｏｂｉｕｍ)的种群相对丰度增加[２２]ꎮ基于荧光定量ＰＣＲ技术和高通量测序技术分析秸秆㊁生物炭和纳米碳添加对退化农田土壤固碳细菌群落结构多样性的影响ꎬ结果显示优势菌属硫碱弧菌(Ｔｈｉｏａｌｋａ￣ｌｉｖｉｂｒｉｏ)㊁Ｓｕｌｆｕｒｉｆｕｓｔｉｓ㊁Ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ分别在生物炭㊁纳米碳和秸秆添加后的农田土壤中相对丰度最高[２３]ꎮ这些研究表明ꎬ碳同化微生物类群对土壤特性和环境因子变化比较敏感ꎬ土壤理化性质㊁农艺管理以及生态因子等因素均显著影响土壤固碳微生物的优势种群组成以及ｃｂｂＬ和ｃｂｂＭ基因的多样性ꎮ３㊀农田土壤自养微生物固碳能力与影响因素㊀㊀不同类群的固碳微生物可能在农田土壤中表达不同的固碳途径ꎬ从而其固碳能力也有差异ꎮ稻田土壤自养微生物同化大气ＣＯ２ꎬ是农田土壤有机碳的重要来源之一ꎮ许多研究者通过检测微生物生物量碳(ＭＢＣ)㊁固碳酶活性以及固碳基因的表达量来估测农田土壤自养微生物固碳能力ꎮ土壤特性㊁农艺管理以及环境因子明显影响碳同化微生物生长㊁代谢以及功能基因的表达ꎮ３.１㊀耕地类型耕地分为水田和旱地两种类型ꎮ耕地水分多少不仅影响作物生长ꎬ还调节土壤中微生物数量或种类ꎮ农田土壤有机碳的来源较自然生态系统更加广泛ꎬ一般由作物秸秆和根茬来源碳㊁作物根际沉积碳㊁动物残体㊁微生物固碳以及有机肥投入碳等组成ꎮ采用１４Ｃ－ＣＯ２连续标记培养农田土壤８０ｄ后ꎬ微生物固定碳占稻田和旱地土壤有机碳(ＳＯＣ)的０.１２％~０.５９％ꎬ据估算每年全球土壤自养微生物固定的碳大约０.６~４.９ｐｇꎻ农田土壤自养微生物的ＣＯ２日同化速率为０.０１~０.１０ｇ/ｍ２ꎬ年碳同化速率为１００~４５０ｋｇ/ｈｍ２ꎬ其对碳循环的年贡献率为０.９％~４.１％ꎻ同时ꎬ稻田和旱地的固碳能力不同ꎬ细菌总固定碳在稻田土壤中占比高于旱地[１７]ꎮ同样采用１４Ｃ－ＣＯ２连续标记培养稻田㊁旱地土壤１１０ｄ后ꎬ稻田土壤光照处理的１４Ｃ－ＳＯＣ含量超过旱地土壤ꎻ在理想状态下估算出土壤微生物的年碳同化量在０.３~３.７ｐｇ[２４]ꎮ通过分析采集的稻田和旱地土壤碳库ꎬ结果发现长期耕作的稻田土壤固持的有机碳中植物残体来源碳占３３％~５４％㊁微生物残体来源碳占２８％~３６％ꎬ而旱地土壤中积累的有机碳植物残体贡献１９％~４２％㊁微生物残留物贡献４０％~５９％ꎬ在旱地土壤中微生物固碳作用明显大于稻田[２５]ꎮ这些研究说明作为土壤有机碳重要来源之一的微生物同化碳量对稻田㊁旱地土壤响应的研究结果存在一定差异性ꎬ其缘由可能与试验区域气候条件㊁土壤性质㊁作物种类㊁试验时间㊁ＣＯ２浓度等不同有密切联系ꎮ一些自养微生物在农田土壤环境下能够利用ＣＢＢ循环途径进行ＣＯ２固定ꎬ其固碳速率受关键固碳基因和固碳酶活性的调控ꎮ不同区域的稻田土壤ｃｂｂＬ基因丰度为１０７~１０８ｃｏｐｉｅｓ/ｇꎬ比ｃｂｂＭ高３个数量级ꎬ各区域ｃｂｂＬ和ｃｂｂＭ丰度均存在差异性[１４]ꎮＸｉａｏ等[２６]指出中国南方５个不同水９５１㊀第６期㊀㊀㊀㊀㊀周连玉ꎬ等:农田土壤自养微生物固碳潜力及影响因素的研究进展稻产区的水稻土(０~２０ｃｍ)ｃｂｂＬＲ㊁ｃｂｂＭ㊁ｃｂｂＬＧ固碳基因丰度范围在１０６~１０９ｃｏｐｉｅｓ/ｇ干土ꎬ丰度从高到低依次为ｃｂｂＬＲ>ｃｂｂＭ>ｃｂｂＬＧꎬｃｂｂＬＲ基因丰度与土壤固碳酶活性呈显著正相关ꎬ此结果说明ｃｂｂＬＲ基因可能发挥着更大作用ꎮ此外ꎬ稻田㊁旱地细菌ｃｂｂＬ基因丰度为１０６~１０８ｃｏｐｉｅｓ/ｇ土壤ꎬ稻田ｃｂｂＬ基因丰度㊁碳同化酶活性是旱地的４~３０倍[１７ꎬ２７]ꎬｃｂｂＬ基因丰度㊁ＲｕｂｉｓＣＯ活性均与ＭＢＣ呈正相关ꎬｃｂｂＬ基因丰度与ＲｕｂｉｓＣＯ活性呈显著或极显著正相关[１７ꎬ２７]ꎬ且ｃｂｂＬ基因丰度㊁ＲｕｂｉｓＣＯ活性㊁ＭＢＣ与耕地水分含量之间均表现出显著或极显著正相关ꎮ３.２㊀土壤理化性质土壤质地是土壤中较为重要的一种物理性质ꎬ影响土壤的透光性㊁通气性㊁养分状态以及水分含量ꎬ进而影响微生物的生存环境及代谢活性ꎮＳｅｌｅｓｉ等[２８]研究发现不同农田土壤中ｒｅｄ－ｌｉｋｅｃｂ￣ｂＬ基因丰度为８.０ˑ１０６~３.４ˑ１０７ｃｏｐｉｅｓ/ｇꎬ其中主要分布在壤土(６３~２μｍ)和黏土(２.０~０.１μｍ)中ꎬ而在砂土(２０００~６３μｍ)中几乎检测不到ꎮ土壤的自养微生物同化碳均进入了不同粒径的团聚体和腐殖质组分中ꎬ主要进入０.２~０.０２㊁２.０~０.２ｍｍ粒径与胡敏酸组分[２９]ꎮ土壤粗颗粒组分中营养物质难以积累ꎬ不利于自养微生物生长ꎬ因此１６ＳｒＲＮＡ以及卡尔文功能基因拷贝数量低ꎬ而土壤中黏粒含量较高ꎬ可以有效固定㊁吸附微生物ꎬ因而土壤ＭＢＣ相对较高[１４]ꎮ土壤中有机物质含量㊁ｐＨ㊁氧化还原状态㊁竞争性离子等化学性质都会影响微生物的群落组成和活性ꎬ进而使得土壤中自养微生物固碳能力发生变化ꎮ化能自养菌以Ｈ２㊁ＮＨ４＋㊁ＮＯ２㊁Ｓ２Ｏ３２－㊁Ｈ２Ｓ㊁Ｆｅ２＋㊁Ｍｎ２＋㊁ＣＯ㊁ＣＨ４㊁ＣＨ３ＯＨ等多种无机化合物作为电子供体[３０]ꎬ通过氧化无机底物获得能源用于将ＣＯ２合成氨基酸㊁脂肪酸等土壤有机质成分[１ꎬ２]ꎬ因而土壤有机质含量较低的贫瘠土壤更有利于碳同化微生物的活性表达[１４ꎬ３１]ꎮ土壤ｐＨ可以通过Ｈ＋浓度改变土壤中营养元素的形态从而影响自养微生物类群[３２]以及ｃｂｂＭ基因丰度ꎬｐＨ值大的土壤中ｃｂｂＭ基因丰度较高[３１]ꎮ已有研究报道土壤ＭＢＣ与土壤有机碳㊁全氮㊁有效磷㊁速效钾㊁碱性磷酸酶㊁酸性磷酸酶㊁土壤容重等存在显著相关性[３３]ꎻ固碳细菌群落结构和固碳功能基因的丰度也受土壤Ｃ/Ｎ比㊁阳离子交换量㊁全氮㊁全磷含量等影响[２６ꎬ２７]ꎮ３.３㊀土层深度土壤是一种物理(不同粒径㊁密度㊁颗粒)和化学(腐殖质)组分不同的复杂体系ꎬ随土层深度的增加ꎬ光照㊁通气性㊁基质和养分利用率发生改变ꎬ从而为自养微生物提供多样生境[２８]ꎮ农田土壤中积累较多的细菌残体碳[２５]ꎬ表层土壤中微生物残体碳对有机碳的平均贡献率为５１％ꎬ且随土层深度的增加而降低[３４]ꎮ不同耕地类型随土壤深度的增加固碳能力存在差异ꎬ水稻土壤ｃｂｂＬ基因丰度逐渐降低ꎬ旱地土壤ｃｂｂＬ基因丰度变化不明显ꎻ０~１ｃｍ深度稻田或旱地土壤ＲｕｂｉｓＣＯ活性均显著高于１~５ｃｍ和５~１７ｃｍ土层ꎬ且在０~１ｃｍ土壤深度ꎬｃｂｂＬ基因丰度与ＲｕｂｉｓＣＯ活性呈极显著正相关[２７]ꎮ在不同作物体系的土壤中ＭＢＣ㊁ＲｕｂｉｓＣＯ活性以及ｃｂｂＬ基因丰度均随土壤深度的增加而呈现下降趋势[１８]ꎮＧｅ等[３５]观察到随土壤深度的增加ꎬ翻耕和免耕水稻土壤ｃｂｂＬ基因丰度以及固碳活性逐渐降低ꎬ翻耕和免耕旱地土壤ｃｂｂＬ基因丰度变化幅度不大㊁固碳活性降低ꎮ光照随土层深度的增加而减少ꎬ光诱导表层土壤(０~１ｃｍ)光能自养微生物进行碳同化ꎬ继而传输至次层土壤(１ｃｍ以下)供化能自养微生物碳同化ꎬ由此可构成光能㊁化能自养固碳的双重协同作用ꎮ３.４㊀土壤耕作土壤耕作是改善耕层质量㊁培肥地力的重要农田管理技术措施ꎬ对土壤生态系统环境有重要影响ꎮ传统耕作(翻耕㊁深松耕)㊁少耕(浅耕㊁旋耕)和免耕(留茬㊁留茬覆盖)等耕作方式影响土壤温度㊁水分㊁通气性及养分含量ꎬ还改变土壤中微生物种群结构㊁数量和多样性ꎮＬｕ等[２０]设计免耕㊁旋耕㊁翻耕三种耕作方式并结合玉米秸秆还田方式进行玉米种植试验ꎬ结果表明翻耕㊁翻耕秸秆还田㊁旋耕秸秆还田土壤中ｃｂｂＬ与１６ＳｒＲＮＡ基因丰度以及ＲｕｂｉｓＣＯ活性显著高于免耕土壤ꎬ旋耕土壤中ＲｕｂｉｓＣＯ活性显著高于免耕土壤ꎬ而０６１山东农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５５卷㊀旋耕土壤中ｃｂｂＬ与１６ＳｒＲＮＡ基因丰度与免耕土壤之间无显著性差异ꎮＧｅ等[３５]研究发现ꎬ水田和旱地土壤翻耕后ꎬ土壤中ＭＢＣ㊁固定ＣＯ２活性较免耕土壤高ꎬ然而１６ＳｒＲＮＡ和ｃｂｂＬ基因丰度低于免耕土壤ꎬ可能是翻耕改变土壤团聚体的粒径和稳定性ꎬ从而影响某些自养固碳微生物的生长与代谢ꎮ在旱地土壤中耕作方式对土壤ｃｂｂＬ基因丰度的影响不一致ꎬ可能与作物体系㊁培养环境等因素有关ꎮ３.５㊀作物体系在农业生产过程中ꎬ种植方式对土壤微生物生物量碳有显著影响ꎮ小麦/玉米轮作体系下土壤ＭＢＣ显著大于棉花连作体系土壤[３３]ꎮ种植水稻的土壤ｃｂｂＬ基因拷贝数显著高于种植玉米的土壤[３１]ꎻ水稻连作土壤ＭＢＣ㊁ｃｂｂＬ基因丰度均显著高于小麦/玉米和水稻/小麦轮作的土壤ꎬ水稻/小麦轮作的土壤ｃｂｂＬ基因丰度明显大于小麦/玉米轮作体系的土壤[３６]ꎮＷｕ等[１８]通过１４Ｃ－ＣＯ２稳定性同位素示踪技术进一步研究水稻连作㊁水稻/油菜轮作㊁油菜/玉米轮作体系下农田土壤固定ＣＯ２自养微生物的固碳潜力ꎬ发现水稻连作土壤ＭＢＣ㊁ＲｕｂｉｓＣＯ活性㊁ｃｂｂＬ丰度均显著高于水稻/油菜轮作和油菜/玉米轮作的土壤ꎬ水稻/油菜轮作土壤ＭＢＣ㊁固碳活性大于油菜/玉米轮作的土壤ꎮ由上述研究结果可知ꎬ种植水稻有利于自养微生物的繁殖ꎬ从而促进稻田生态系统的固碳作用ꎮ这些不同作物土壤自养微生物固碳能力的差异性可能是作物体系中根系分泌物㊁根茬等种类不同ꎬ因此为土壤微生物提供了不同的碳源ꎮ比较不同种植模式对土壤理化性质及有机碳质量的影响ꎬ有利于优化农田种植模式ꎬ实现农业可持续发展ꎮ３.６㊀施肥施肥改变土壤环境和养分状况ꎬ调控固碳自养微生物的活性ꎮ磷肥㊁氮磷肥㊁氮肥配施有机肥㊁氮磷肥配施有机肥４种施肥处理均显著提高土壤ＭＢＣ[３７]ꎮ比较分析７种不同施肥处理的农田黑土土壤ＭＢＣꎬ发现长期大量单施有机肥能够显著促进玉米全生育期土壤微生物繁殖ꎬ提高土壤ＭＢＣꎻ而秸秆配施有机肥㊁秸秆配施化肥和半量有机肥配施化肥只在玉米生长的最旺盛时期促进土壤ＭＢＣ的提高[３８]ꎮ氮㊁磷素的添加会一定程度地影响土壤碳循环相关微生物的生长和代谢活动ꎮ例如ꎬ基于磷素添加对土壤中３条重要的ＣＯ２固定途径(卡尔文循环㊁还原性三羧酸循环和３－羟基丙酸/４－羟基丁酸)的关键功能基因数量的研究发现ꎬ水稻分蘖期添加磷素显著提高土壤中ｃｂｂＬ㊁ｃｂｂＭ㊁ａｃｃＡ和ａｃｌＢ基因数量ꎬ而磷素添加对水稻拔节期土壤中ｃｂｂＬ㊁ａｃｃＡ和ａｃｌＢ基因数量的促进作用并不明显ꎬ对ｃｂｂＭ基因数量甚至产生了抑制作用[３９]ꎮ然而ꎬ一些研究者对于施用化肥对固碳基因的影响有不一致的认识ꎬ施用农家肥或化肥(包括氮磷钾)的黑麦土壤中ｃｂｂＬ基因拷贝数均低于不施肥土壤[２８]ꎻ添加化肥氮磷钾显著降低小麦/大豆/玉米轮作土壤自养微生物固定ＣＯ２效率㊁ｃｂｂＬ和ａｃｃＡ基因丰度[４０]ꎮ袁红朝等[４１]研究表明ꎬ３种施肥处理的稻田土壤细菌ｃｂ￣ｂＬ基因丰度为３.３５ˑ１０８~５.６１ˑ１０８ｃｏｐｉｅｓ/ｇ土ꎬ氮磷钾肥㊁氮磷钾加秸秆还田处理后ꎬ土壤细菌ｃｂｂＬ基因数量增加ꎬ其中秸秆配施化肥处理土壤ｃｂｂＬ数量最多ꎻ同时ꎬ在３个区域的水稻施肥试验也表明ꎬ秸秆还田配施化肥土壤固碳细菌ｃｂｂＬ基因丰度和ＲｕｂｉｓＣＯ活性显著高于不施肥或施用化肥的土壤[４２]ꎮ秸秆还田可以改善土壤结构㊁提高土壤肥力ꎬ还可增加农田土壤微生物固碳[４３－４６]ꎮ将秸秆原料制备成生物炭还田后ꎬ通过影响土壤的比重㊁有机碳含量㊁孔隙度等而明显提高农田砂土土层中固碳微生物生物量以及ｃｂｂＬ基因拷贝数[４７]ꎬ因此生物质炭可以作为一种有效的农田固碳减排措施ꎮ３.７㊀环境因子随着温室效应的加剧ꎬ大气中ＣＯ２浓度不断升高ꎮＣＯ２浓度㊁温度和光照作为影响微生物生长的关键环境因子ꎬ对微生物的生长和代谢活动都会产生影响ꎮＨａｒｔ等[４８]发现ꎬ在１０％的ＣＯ２浓度和提高Ｓ２Ｏ３２－含量以及避光条件下ꎬ培养４０ｈ的土壤化能自养细菌能够同化ＣＯ２的量为４.５２ｇ/ｋｇ干土ꎮ在水稻分蘖期㊁抽穗期ꎬＣＯ２浓度升高㊁温度和ＣＯ２浓度升高互作均能够提高土壤ＭＢＣꎻ在水稻成熟期ꎬ土壤ＭＢＣ在试验的ＣＯ２浓１６１㊀第６期㊀㊀㊀㊀㊀周连玉ꎬ等:农田土壤自养微生物固碳潜力及影响因素的研究进展度或温度处理之间均无显著差异[４９]ꎮ土壤中不同优势自养细菌类群的碳固定关键酶对ＣＯ２的特异性或耐受性存在较大差异[５０]ꎬ这也会导致固碳细菌的固碳能力不同ꎮ高浓度ＣＯ２处理大豆田的研究结果显示ꎬ表层土(０~５ｃｍ)中ＲｕｂｉｓＣＯ编码基因丰度显著升高[５１]ꎮ光照处理下水稻土和旱地土壤固碳细菌数量明显高于遮光处理的土壤[２７]ꎮ１４Ｃ－ＣＯ２连续标记培养试验表明ꎬ避光处理的土壤中未检测到１４Ｃ－ＭＢＣ[２３]ꎬ光能㊁化能自养微生物固碳活性被抑制[１７]ꎮ土壤含水量显著影响土壤自养微生物固碳基因丰度和ＲｕｂｉｓＣＯ活性ꎮ陈晓娟等[５２]基于１４Ｃ－ＣＯ２连续标记技术研究表明湿地土壤的ＭＢＣ㊁细菌ｃｂｂＬ基因丰度与ＲｕｂｉｓＣＯ活性均显著大于旱地土壤ꎮ培养的前１４ｄꎬ土壤ｃｂｂＬ丰度呈现随含水量增加而升高趋势ꎬ且淹水处理土壤在整个培养期间ｃｂｂＬ丰度最高ꎻ第１４天土壤含水量２５％处理的ＲｕｂｉｓＣＯ活性显著高于土壤含水量１０％和１５％以及淹水３种处理ꎻ第２８天时低含水量(１０％和１５％)处理土壤中ＲｕｂｉｓＣＯ活性显著低于高含水量(２５％)及淹水处理ꎻ培养期间土壤ｃｂ￣ｂＬ丰度与ＲｕｂｉｓＣＯ活性呈显著正相关线性关系[５３]ꎮ自养微生物的丰度和多样性与土壤水分呈显著正相关ꎬ而与土壤中Ｃ㊁Ｎ含量呈负相关[２６]ꎮ这可能与淹水可减少土壤的物理变化ꎬ并能增加自养微生物生长所必需的无机养分含量有关ꎮ因此ꎬ通过合理灌溉可以调节农田土壤的水热状况ꎬ从而有利于自养微生物发挥固碳潜力ꎮ３.８㊀培养时间农田土壤自养固碳微生物不仅在空间上分布多样化ꎬ还随着时间的延长呈现动态变化ꎮ通过１４Ｃ－ＣＯ２连续标记培养农田土壤试验表明ꎬ在光照和避光处理下可能由于厌氧条件下及缺少新物质输入导致农田土壤ＭＢＣ随着培养时间的延长表现为下降趋势[２４]ꎮ将土壤含水量分别设置为１０％㊁１５％㊁２５％及淹水并于室温下培养ꎬ结果显示各处理ｃｂｂＬ丰度均随培养时间延长而趋于上升ꎬ培养初期(第３天)土壤ｃｂｂＬ丰度均显著低于培养末期(第２８天)ꎻ低含水量处理(１０％及１５％)中ＲｕｂｉｓＣＯ活性在培养期间无显著变化ꎬ土壤含水量２５％处理第３天及第７天的ＲｕｂｉｓＣＯ活性显著低于第１４天及第２８天ꎬ土壤淹水处理中培养３㊁７㊁１４ｄ的ＲｕｂｉｓＣＯ活性显著低于第２８天[５３]ꎮ选取江西鹰潭㊁浙江嘉兴㊁湖南桃源古市和湖南桃源宝洞峪的土壤分别进行室内培养ꎬ培养前４种土壤ｃｂｂＬ基因拷贝数均显著低于培养４５ｄꎻ浙江嘉兴㊁湖南桃源宝洞峪土壤培养４５ｄ时ｃｂｂＭ拷贝数高于培养前ꎻ其他２种稻田土ｃｂｂＭ基因丰度在不同培养时间之间无显著差异[１４]ꎮ随水稻生长发育进程ꎬ对照和磷肥处理土壤ｃｂｂＬ㊁ａｃｃＡ和ａｃｌＢ基因拷贝数呈下降趋势[３９]ꎮ在不同时期诸多因素通过改变土壤环境而影响固碳自养微生物类群ꎬ进而对固碳微生物介导的固碳潜力产生影响ꎮ４㊀农田固碳微生物资源挖掘与应用农田土壤固碳自养微生物种群丰富ꎬ在农田生态系统碳汇方面发挥着不可或缺的作用[５４]ꎮ由于自养微生物生长对环境因子要求比较特殊ꎬ生长速度较缓慢ꎬ然而针对农田土壤固碳自养微生物资源开发与应用的相关研究仍较少ꎮ王竞等[５５]利用筛选培养基㊁置换排气法配气以及优化培养基中Ｈ２㊁Ｏ２㊁ＣＯ２比例的方法ꎬ从花园土壤中分离筛选到１株能够高效固定ＣＯ２的氢氧化细菌ꎮＫｈａｌｉｆａ等[５６]以硫化亚铁(ＦｅＳ)作为能量来源ꎬ采用改良的矿物培养基从日本稻田土壤中分离得到１株铁氧化菌ꎬ命名为Ｆｅｒｒｉｇｅｎｉｕｍｋｕ￣ｍａｄａｉｇｅｎ.ｎｏｖ.ꎬｓｐ.ｎｏｖ.ꎬ对其１６ＳｒＲＮＡ基因序列的分析表明ꎬ该菌株属于披毛菌科(Ｇａｌｌｉｏｎｅｌ￣ｌａｃｅａｅ)ꎬ其在系统发育上与该家族的其他成员不同ꎮ郭珺等[５７]利用无碳源无机培养基从活性污泥㊁沼液和设施土壤中分离筛选出以ＣＯ２为碳源的菌株２４株ꎬ其中生长较快的８株菌分别隶属于假单胞菌属(Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｓｐ.)和嗜甲基菌属(Ｍｅｔｈａｎｏｔｒｏｐｈｓｓｐ.)ꎮ花生根际土壤分离出兼性固ＣＯ２㊁Ｎ２菌株ＨＳＪꎬ表现出较高的固碳酶和固氮酶活性ꎬ其碱基序列与链霉菌属(Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓｓｐ.)６个菌株的同源性为９９％[５８]ꎮ从农田土壤中筛选分离到固碳菌株后ꎬ继续进一步对固碳菌菌株进行驯化和发酵条件优化[５８]ꎬ并通过土壤施用试２６１山东农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５５卷㊀验使其能应用于生产实践[５７]ꎬ以吸收环境中的ＣＯ２减缓温室效应ꎮ５㊀展望农田土壤自养微生物的固碳能力与土壤理化性质㊁气候因子以及农田管理措施等多种因素密切相关ꎬ各因素之间可能存在相互作用ꎮ整合１４Ｃ同位素标记技术和微生物分子生态学技术(克隆文库㊁Ｔ－ＲＦＬＰ和定量ＰＣＲ等)ꎬ通过农田原位或室内模拟培养试验开展土壤自养微生物时空分布的碳同化规律ꎬ及其响应人为扰动和气候变化耦合作用的机制研究ꎮ由此核算与预测农田固碳能力ꎬ构建优化的农田管理模式ꎬ推动农田纳入碳交易市场ꎮ自养微生物利用光能或还原性物质的氧化获取化学能ꎬ通过多种途径实现ＣＯ２的捕集及转化ꎬ同时ꎬ在固定ＣＯ２能力方面自养微生物表现出可持续性㊁可控性及可靠性ꎮ设计培养基从农田土壤中分离㊁筛选出具有固碳潜力的优良菌种资源ꎬ并从营养成分㊁环境条件㊁人工电子供体等方面[５９ꎬ６０]提升菌株的固碳效率ꎮ随着合成生物学的快速发展ꎬ基于对固碳微生物的固碳途径及其分子机制的深入研究和认识ꎬ采用现代育种技术全面改造生产菌株ꎬ从而提高ＣＯ２的自养微生物固定效率ꎬ实现人工自养微生物的应用ꎬ为固碳减排㊁实现碳中和提供新的途径和菌种资源ꎮ继而将固碳菌种与农田措施㊁其他微生物菌剂等方法结合起来ꎬ研发农田土壤微生物固碳技术ꎮ参㊀考㊀文㊀献:[１]㊀ＭｉｌｔｎｅｒＡꎬＲｉｃｈｎｏｗＨＨꎬＫｏｐｉｎｋｅＦＤꎬｅｔａｌ.ＡｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎｏｆＣＯ２ｂｙｓｏｉｌｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓａｎｄｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｔｏｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒ[Ｊ].ＯｒｇａｎｉｃＧｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙꎬ２００４ꎬ３５(９):１０１５－１０２４. [２]㊀ＭｉｌｔｎｅｒＡꎬＫｏｐｉｎｋｅＦＤꎬＫｉｎｄｌｅｒＲꎬｅｔａｌ.Ｎｏｎ￣ｐｈｏｔｏｔｒｏｐｈｉｃＣＯ２ｆｉｘａｔｉｏｎｂｙｓｏｉｌｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓ[Ｊ].ＰｌａｎｔａｎｄＳｏｉｌꎬ２００５ꎬ２６９(１/２):１９３－２０３.[３]㊀ＫａｊｌａＳꎬＫｕｍａｒｉＲꎬＮａｇｉＧＫ.ＭｉｃｒｏｂｉａｌＣＯ２ｆｉｘａｔｉｏｎａｎｄｂｉｏ￣ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｒｅｄｕｃｉｎｇｉｎｄｕｓｔｒｉａｌＣＯ２ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ[Ｊ].ＡｒｃｈｉｖｅｓｏｆＭｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙꎬ２０２２ꎬ２０４(２):１４９.[４]㊀ＡｎａｎｄＡꎬＲａｇｈｕｖａｎｓｈｉＳꎬＧｕｐｔａＳ.Ｔｒｅｎｄｓｉｎｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅ(ＣＯ２)ｆｉｘａｔｉｏｎｂｙｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎｓ[Ｊ].ＣｕｒｒｅｎｔＳｕｓｔａｉｎ￣ａｂｌｅＲｅｎｅｗａｂｌｅＥｎｅｒｇｙＲｅｐｏｒｔｓꎬ２０２０ꎬ７:４０－４７.[５]㊀刘开放ꎬ刘立明.小个头有大能量:微生物开启固定ＣＯ２新篇章[Ｊ].科学ꎬ２０２２ꎬ７４(３):２９－３３ꎬ６９. [６]㊀袁红朝ꎬ秦红灵ꎬ刘守龙ꎬ等.固碳微生物分子生态学研究[Ｊ].中国农业科学ꎬ２０１１ꎬ４４(１４):２９５１－２９５８.㊀[７]㊀ＨüｇｌｅｒＭꎬＳｉｅｖｅｒｔＳＭ.ＢｅｙｏｎｄｔｈｅＣａｌｖｉｎｃｙｃｌｅ:ａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃｃａｒｂｏｎｆｉｘａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｏｃｅａｎ[Ｊ].ＡｎｎｕａｌＲｅｖｉｅｗｏｆＭａｒｉｎｅＳｃｉ￣ｅｎｃｅꎬ２０１１ꎬ３(１):２６１－２８９.[８]㊀ＢｅｒｇＩＡ.Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌａｓｐｅｃｔｓｏｆｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｕｔｏ￣ｔｒｏｐｈｉｃＣＯ２ｆｉｘａｔｉｏｎｐａｔｈｗａｙｓ[Ｊ].ＡｐｐｌｉｅｄａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＭｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙꎬ２０１１ꎬ７７(６):１９２５－１９３６.[９]㊀ＪｅｏｕｎｇＪＨꎬＧｏｅｔｚｌＳꎬＨｅｎｎｉｇＳＥꎬｅｔａｌ.Ｔｈｅｅｘｔｅｎｄｅｄｒｅｄｕｃ￣ｔｉｖｅａｃｅｔｙｌ￣ＣｏＡｐａｔｈｗａｙ:ＡＴＰａｓｅｓｉｎｍｅｔａｌｃｌｕｓｔｅｒｍａｔｕｒａｔｉｏｎａｎｄｒｅｄｕｃｔｉｖｅａｃｔｉｖａｔｉｏｎ[Ｊ].ＢｉｏｌｏｇｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙꎬ２０１４ꎬ３９５(５):５４５－５５８.[１０]ＴｈａｕｅｒＲＫ.Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ:ａｆｉｆｔｈｐａｔｈｗａｙｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｘａｔｉｏｎ[Ｊ].Ｓｃｉｅｎｃｅꎬ２００７ꎬ３１８(５８５７):１７３２－１７３３.[１１]ＦｉｇｕｅｒｏａＩＡꎬＢａｒｎｕｍＴＰꎬＳｏｍａｓｅｋｈａｒＰＹꎬｅｔａｌ.Ｍｅｔ￣ａｇｅｎｏｍｉｃｓ￣ｇｕｉｄｅｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｈｅｍｏｌｉｔｈｏａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃｐｈｏｓｐｈｉｔｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｙｉｅｌｄｓｅｖｉｄｅｎｃｅｏｆａｓｅｖｅｎｔｈｎａｔｕｒａｌＣＯ２ｆｉｘａｔｉｏｎｐａｔｈｗａｙ[Ｊ].ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓｏｆｔｈｅＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓｏｆＡｍｅｒｉｃａꎬ２０１８ꎬ１１５(１):Ｅ９２－Ｅ１０１.[１２]ＦｕｃｈｓＧ.Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｐａｔｈｗａｙｓｏｆｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｆｉｘａｔｉｏｎ:ｉｎ￣ｓｉｇｈｔｓｉｎｔｏｔｈｅｅａｒｌｙｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｌｉｆｅ[Ｊ].ＡｎｎｕａｌＲｅｖｉｅｗｏｆＭｉ￣ｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙꎬ２０１１ꎬ６５(１):６３１－６５８.㊀[１３]ＷａｔｓｏｎＧＭＦꎬＴａｂｉｔａＦＲ.Ｍｉｃｒｏｂｉａｌｒｉｂｕｌｏｓｅ￣１ꎬ５￣ｂｉｓｐｈｏｓ￣ｐｈａｔｅｃａｒｂｏｘｙｌａｓｅ/ｏｘｙｇｅｎａｓｅ:ａｍｏｌｅｃｕｌｅｆｏｒｐｈｙｌｏｇｅｎｅｔｉｃａｎｄｅｎｚｙｍｏｌｏｇｉｃａｌｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓ[Ｊ].ＦＥＭＳＭｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙＬｅｔｔｅｒｓꎬ１９９７ꎬ１４６(１):１３－２２.[１４]刘琼ꎬ魏晓梦ꎬ吴小红ꎬ等.稻田土壤固碳功能微生物群落结构和数量特征[Ｊ].环境科学ꎬ２０１７ꎬ３８(２):７６０－７６８. [１５]钱明媚ꎬ肖永良ꎬ彭文涛ꎬ等.免耕水稻土固定ＣＯ２自养微生物多样性[Ｊ].中国环境科学ꎬ２０１５ꎬ３５(１２):３７５４－３７６１.[１６]ＴｏｌｌｉＪꎬＫｉｎｇＧＭ.Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｂａｃｔｅｒｉａｌｃｈｅｍｏ￣ｌｉｔｈｏｔｒｏｐｈｉｃｃｏｍｍｕｎｉｔｉｅｓｉｎｐｉｎｅｆｏｒｅｓｔａｎｄａｇｒｏｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓｏｉｌｓ[Ｊ].ＡｐｐｌｉｅｄａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＭｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙꎬ２００５ꎬ７１(１２):８４１１－８４１８.[１７]ＹｕａｎＨＺꎬＧｅＴＤꎬＣｈｅｎＣＹꎬｅｔａｌ.Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｒｏｌｅｆｏｒｍｉ￣ｃｒｏｂｉａｌａｕｔｏｔｒｏｐｈｙｉｎｔｈｅｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌｃａｒｂｏｎ[Ｊ].Ａｐ￣ｐｌｉｅｄａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＭｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙꎬ２０１２ꎬ７８(７):２３２８－２３３６.[１８]ＷｕＸＨꎬＧｅＴＤꎬＷａｎｇＷꎬｅｔａｌ.ＣｒｏｐｐｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓｍｏｄｕｌａｔｅｔｈｅｒａｔｅａｎｄｍａｇｎｉｔｕｄｅｏｆｓｏｉｌｍｉｃｒｏｂｉａｌａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃａＣＯ２ｆｉｘａ￣ｔｉｏｎｉｎｓｏｉｌ[Ｊ].ＦｒｏｎｔｉｅｒｓｉｎＭｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙꎬ２０１５ꎬ６:３７９. [１９]ＹｏｕｓｕｆＢꎬＫｅｓｈｒｉＪꎬＭｉｓｈｒａＡꎬｅｔａｌ.ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔａｒｇｅｔｅｄｍｅｔａｇｅｎｏｍｉｃｓｔｏｅｘｐｌｏｒｅａｂｕｎｄａｎｃｅａｎｄｄｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣＯ２￣ｆｉｘｉｎｇｂａｃｔｅｒｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｙｕｓｉｎｇｃｂｂＬｇｅｎｅｆｒｏｍｔｈｅｒｈｉｚｏｓｐｈｅｒｅｏｆ３６１㊀第６期㊀㊀㊀㊀㊀周连玉ꎬ等:农田土壤自养微生物固碳潜力及影响因素的研究进展。

生物炭对土壤微生物的影响研究进展

生物炭对土壤微生物的影响研究进展饶霜;卢阳;黄飞;蔡一霞;蔡昆争【摘要】生物炭是有机材料在厌氧条件下热解而成的产物.近年来,生物炭因在碳固定、土壤改良和作物产量提高等方面具有较大的应用潜力而引起国内外学者的广泛关注.作为一类新型的土壤改良剂,它能提高土壤有机碳含量及阳离子交换量(CEC),改善土壤保肥持水性能,有益于土壤微生物活动,同时还可吸附抑制对土壤微生物生长有毒的化感物质,为土壤微生物提供有利的栖息场所.但生物炭的效应与生物炭的特性、用量、土壤类型及肥力有关.笔者从生物炭对土壤微生物的影响及其作用机制出发,概述了不同生物质材料及热解温度对生物炭理化性质的影响及生物炭对土壤微生物丰度、群落结构和活性影响的研究进展.未来应重点从生物炭的特性、生物炭与微生物交互作用及生物炭的环境修复等方面深入研究,客观评价生物炭对土壤微生物的作用.【期刊名称】《生态与农村环境学报》【年(卷),期】2016(032)001【总页数】7页(P53-59)【关键词】生物炭;土壤;微生物丰度;微生物群落结构;微生物活性【作者】饶霜;卢阳;黄飞;蔡一霞;蔡昆争【作者单位】华南农业大学资源环境学院/农业部华南热带农业环境重点实验室,广东广州510642;华南农业大学资源环境学院/农业部华南热带农业环境重点实验室,广东广州510642;华南农业大学资源环境学院/农业部华南热带农业环境重点实验室,广东广州510642;华南农业大学资源环境学院/农业部华南热带农业环境重点实验室,广东广州510642;华南农业大学资源环境学院/农业部华南热带农业环境重点实验室,广东广州510642【正文语种】中文【中图分类】S154.3生物炭是指由含碳量丰富的生物质(如木材、家禽粪便和秸秆等)在相对较低的温度(<700 ℃)和无氧或限氧的条件下热解炭化而得到的一类高度芳香化的难熔性固态高聚产物[1]。

由于生物炭在生物质能源生产、有机废弃物资源化、土壤改良、肥料创新和温室气体减排等方面具有重要意义,因此,生物炭在农业上的应用引起了国内研究者的广泛关注,成为近年来的研究热点之一[2]。

土壤微生物碳素利用效率研究进展

土壤微生物碳素利用效率研究进展摘要：微生物多少种多样，土壤微生物碳素利用效率(CUE)是指微生物将吸收的碳(C)转化为自身生物量C的效率，也称为微生物的生长效率。

土壤微生物CUE是生态系统C循环中的重要生理生态学参数，影响着生态系统的C固持、周转、土壤矿化以及温室气体排放等过程。

在全球环境变化背景下，认识土壤微生物CUE 的变异及其影响机制，对于更好的认识生态系统C循环过程及其对全球变化的响应具有重要意义。

概述了CUE的定义及其测定方法，重点综述和分析土壤微生物CUE的变异及影响因素取得的研究进展。

基于现有研究的分析得出，土壤微生物CUE通常表示为微生物的生长与吸收的比值，分为基于微生物生长速率、微生物生物量、底物吸收速率和底物浓度变化等方法进行测定。

土壤微生物CUE在0. 2-0. 8的范围内变化，这种变异主要受到来自热力学、生态环境因子、底物养分质量和有效性、化学计量平衡以及微生物群落组成的影响。

今后土壤微生物CUE的研究应加强对微量代谢组分的定量分析，生物和环境要素交互影响的调控机理解析，以及微生物动态生理响应过程的碳循环模型优化。

关键词：碳素利用效率;土壤微生物;变异引言土壤是地球的皮肤，是陆地表面能够生长植物的疏松层。

土壤学是科学研究领域的最后前沿之一，土壤生物学是土壤学研究领域的前沿。

土壤是地球上生物多样性的最大储库，微生物是土壤生物多样性体现的主要表现形式。

依据土壤的定义，其本质属性是能为植物提供养分，即植物营养功能，土壤微生物在土壤为植物提供养分过程中起着关键作用。

据粗略估计，在养分贫瘠的自然土壤上，至少2万个植物种类的生存离不开土壤微生物，约72%植物离不开菌根真菌，约25% 植物离不开固氮菌。

土壤微生物是陆地生态系统植物多样性和生产力的重要驱动者，地上部植物生长和地下微生物之间有着密切联系。

可以想象，假如没有土壤微生物，很多自然土壤可能会是“不毛之地〃。

1土壤微生物多样性微生物的多样性，可以从其特征上进行划分，主要有分为四种，分别是功能，结构，遗传以及物种多样性四个方面进行分析。

生物炭对土壤中微生物影响的研究进展谢沂芮1

生物炭对土壤中微生物影响的研究进展谢沂芮1发布时间：2021-09-16T06:38:42.242Z 来源：《中国科技人才》2021年第18期作者：谢沂芮1 谢东润1 刘宇1 [导读] 土壤微生物是土壤生态系统的重要组分，微生物在土壤生物化学反应中扮演着必不可少的角色。

生物炭添加进土壤后能够改变土壤环境中的部分指标（水分、有机质、pH和营养物质等），为微生物提供水分、生存空间和养分，对土壤微生物的生长、繁殖起到促进作用。

本文主要探讨了生物炭对土壤微生物丰富度和功能多样性的影响。

1.山东理工大学资源与环境工程学院山东淄博 255000摘要：土壤微生物是土壤生态系统的重要组分，微生物在土壤生物化学反应中扮演着必不可少的角色。

本文主要探讨了生物炭对土壤微生物丰富度和功能多样性的影响。

关键词：生物炭；土壤；微生物土壤环境的各种变化可以通过土壤微生物进行指示，因此，微生物丰度和功能多样性的改变可以用来衡量土壤的质量。

施入生物炭后，微生物的功能会受到影响，会改变一些影响微生物的因素，例如碳源和养分的有效性、无机和有机物质的吸附性和气孔的变化等，而土壤中许多的反应（氨化作用、反硝化作用和营养物质的转变）都需要微生物的参与，因此使得反应进程增强或减弱。

1生物炭影响土壤微生物的丰富度土壤微生物丰富度是指群落内物种个体数目的多少，施加生物炭对土壤微生物的丰度可以起到促进作用。

生物炭的孔隙一般小于几十纳米，这些孔隙能够贮藏更多的水分和养分，从而给微生物的生长和繁殖提供了良好的栖息环境[1]。

在生物炭中含有的一些低分子并且易分解的有机化合物，它是微生物的碳源，这些有机化合物有利于提高土壤微生物的活性和生物量[2]。

Luo et al.[3]利用盆栽实验发现，在紫花苜蓿绿化与污泥生物炭改良相结合的条件下，添加生物炭增加了细菌和真菌群落的丰富度和多样性。

土壤碳储量控制中微生物合成及代谢作用研究进展

土壤碳储量控制中微生物合成及代谢作用研究进展摘要：近年来，由于全球碳（C）循环与气候变化有关的研究日益引起人们的兴趣，对土壤有机质(SOM)分解、转化和稳定的研究也急剧增加。

我们使用土壤“微生物碳泵”（MCP）的概念框架来演示微生物是如何在土壤碳储存中发挥积极作用的。

微生物碳泵将微生物产生的一系列有机化合物与它们的进一步稳定联系起来，称为“续埋效应”。

这种整合捕捉了微生物同化作用在土壤有机质形成过程中累积的长期遗留问题，其机制（无论是通过物理保护还是由于化学成分而缺乏活化能）最终使微生物碳源在土壤中埋葬。

本文以土壤微生物碳泵作为概念指南，加强对全球变化条件下土壤碳动态对陆地碳循环响应的机制的理解。

关键词：土壤有机质；土壤碳动态；微生物碳泵由于全球气候和大气化学成分的变化，土壤碳稳定已成为近年来的一个重要课题[1]。

由于其面积大，平衡土壤碳库的输入和输出之间的微小变化都将和减少或加剧燃烧化石燃料后果一样对大气二氧化碳含量变化产生重大影响。

由于土壤碳循环是微生物生长和活动的最终结果，了解土壤中的有机质分解、转化和封存需要了解微生物生理学如何调控生物地球化学循环的过程、气候变化和生态系统可持续性。

1.土壤有机质和微生物代谢控制陆地生态系统中碳的长期储存主要发生在植物生物量作为土壤中稳定的有机质的情况下。

考虑到碳转化过程中微生物的代谢活动，我们提出关于微生物分类影响土壤有机质形成的两个途径：体外（细胞外）修饰、胞外酶攻击和变换植物残留导致沉积植物的碳不易被微生物同化；以及有机底物通过细胞摄取-生物合成-生长-死亡在体内的转换方式。

导致微生物衍生碳沉积有两种途径，进一步退化的化合物或由修改原始组织形成的更容易稳定的化合物，或通过微生物合成新的化合物，如聚合物与降解木质素产品和氨基酸。

无论如何，体外修饰意味着通过微生物降解酶（即纯分解代谢过程）重组或改变分子，而体内周转意味着分子的分解和再合成，也可能意味着分解代谢过程和合成代谢过程的混合。

生物炭对土壤微生物影响的探讨

生物炭对土壤微生物影响的探讨发表时间：2019-06-21T12:01:53.617Z 来源：《科学与技术》2019年第03期作者：王健[导读] 未来应进一步探索生物炭与土壤微生物之间的相互作用机理,深入了解生物炭的土壤改良作用,深化对土壤微生物多样性的认识。

（中恩工程技术有限公司 510665）摘要：生物炭作为土壤改良剂和污染物吸附剂能够改良受污染的土壤,因此受到国内外学者的普遍关注。

在国内外研究生物炭改良土壤应用的基础上,本文总结分析了近年来国内外生物炭与土壤微生物相关的研究成果,得出生物炭能影响土壤的理化性质,调控营养元素循环,产生或吸附抑制微生物生长的物质,从而影响土壤细菌和真菌的生长与繁殖,对土壤中的微生物群落结构组成带来影响,进而改变整个生态系统的物质循环过程。

因此,未来应进一步探索生物炭与土壤微生物之间的相互作用机理,深入了解生物炭的土壤改良作用,深化对土壤微生物多样性的认识。

这将为未来生物炭的大规模推广应用打下坚实的基础,具有重要的现实意义。

关键词：生物炭；微生物群落结构；土壤Abstract: Biochar, as a soil amendment and pollutant adsorbent, can remedy contaminated soil, which has attracted widespread attention at home and abroad. Based on the research of biochar, this paper summarizes and analyzes the research results of biochar and soil microbes in recent years. It is concluded that biochar can affect the physical and chemical properties of soil, regulate the circulation of nutrients, produce or adsorb substance that inhibits the growth of microorganisms. The material circulation process of the entire ecosystem would be changed by affecting the composition of the microbial community in the soil. Therefore, in the future, the interaction mechanism between biochar and soil microorganisms should be further explored. This will lay a solid foundation for the large-scale application of biochar , which has important practical significance.Key words: biochar; microbial community structure; soil生物炭是指由含碳量丰富的生物质(如木材、家禽粪便和秸秆等)在相对较低的温度(＜700℃)和无氧或限氧的条件下热解炭化而得到的一类高度芳香化的难熔性固态高聚产物。

土壤微生物量研究方法进展

土壤微生物量研究方法进展陶水龙林启美　赵小蓉(中央广播电视大学　100031)(中国农业大学土壤和水科学系　100094)摘　要　微生物量是土壤中最活跃的成分,直接和间接地调节和控制土壤养分的转化和供应。

土壤微生物量的研究方法倍受关注,但直到近三十年才取得一些进展。

本文将介绍目前广泛应用的土壤微生物量研究方法,并对存在的问题进行讨论。

关键词　土壤　微生物量　研究方法土壤微生物量是指土壤中活的微生物数量,虽然只占土壤有机物质的3%左右,但由于直接或间接地参与几乎所有的土壤生物化学过程,在土壤物质和能量的循环和转化过程中起重要的作用。

土壤是一个大的碳库,土壤中的碳与整个地球碳的循环有密切关系。

农业耕地土壤中的氮大部分是有机形态,约20%的磷和更多的硫为有机形态,尽管微生物量氮、微生物量磷和微生物量硫只占土壤全氮磷硫的很少一部分,但由于其周转很快,对土壤氮磷硫等养分的转化和供给,以及植物对养分的吸收起重要的调节和控制作用。

据估计植物吸收N、P、S的60%、47%、28%分别来自微生物量氮磷硫,植物的生长量也与微生物量有一定的关系。

此外由于微生物是土壤中有生命的成分,对土壤各种扰动极为敏感,微生物量的变化在一定程度上可以反应重金属和有机物等对土壤的污染程度。

由于土壤微生物量在土壤中的重要地位和作用,其研究方法格外令人关注。

同时由于其复杂性和可变性,直到80年代才取得一些进展。

本文将对国内外目前比较广泛采用的微生物量研究方法做一个介绍。

1　传统的研究方法自从人类观察到微生物以来,创造出许多方法来研究土壤微生物,稀释平板法或称平板计数法是分离和测定土壤中的微生物数量和种类的比较常用的研究方法。

它是基于一个基本的假设:即微生物能够在培养基中生长繁殖,而且一个微生物细胞只形成一个菌落。

但由于土壤中微生物种群和生活习性的多样性,只有极少一部分微生物能够在培养基上生长,况且并不是一个细胞只形成一个菌落,所以这个方法不可避免的低估了土壤微生物的数量。

土壤微生物群落对碳循环的影响研究

土壤微生物群落对碳循环的影响研究地球上的生态系统中，土壤是碳循环的关键组成部分，其中，土壤微生物群落对碳循环具有重要的影响。

这篇文章将介绍土壤微生物群落的概念和组成，以及其对碳循环的影响研究进展。

一、土壤微生物群落简介土壤微生物群落包括细菌、真菌、放线菌、原生动物等微生物，是土壤生态系统中最广泛和最重要的组成部分。

它们在土壤的物质转化过程中扮演着重要角色，参与土壤的氮、磷、硫、铁和钾等元素的循环，以及有机物的分解和形成等过程，同时也影响着土壤结构、水分和气体交换。

因此，土壤微生物群落对土壤生产力和生态系统健康具有重要影响。

二、土壤微生物群落的组成和分布土壤微生物群落的组成和分布与土壤类型、气候、土地利用等因素密切相关。

大量研究表明，土壤微生物群落的结构和构成会受到森林、草地、农田等不同土地利用方式的影响，这些利用方式对土壤微生物群落的组成和功能具有不同的影响。

例如，草地与农田的土壤微生物群落存在明显差异。

草地土壤微生物群落丰富性较高，细菌、放线菌为主要微生物，同时草地能够提供较多的碳源和氮源，这也是草地微生物特征的一个重要因素。

而农田土壤微生物群落受施肥等人为干扰影响，存在着严重的微生物多样性损失现象，微生物数量和活力低下。

三、土壤微生物群落对碳循环的影响土壤微生物群落对碳循环影响之一在于碳的生产和分解。

在土壤中，植物和微生物通过光合作用将二氧化碳转化为有机物质，其中一部分被固定在土壤中，形成土壤有机碳。

土壤微生物群落参与有机物的降解和分解，使土壤有机碳有机会释放为二氧化碳，以维持生态系统中的气体平衡。

值得注意的是，不同的土壤微生物群落对碳循环的贡献存在区别。

在农田操作中，因过度施肥，会导致细菌种群的过量生长，从而增加有机碳氧化的速度，使土壤中的有机碳流失迅速，降低土地肥力，对整个生态系统造成不利影响。

此外，土壤微生物群落对碳循环还通过生态位分化的方式影响。

在土壤中，微生物群落可能共处于同一生态位中，但也可以发展出与其他生态位的微生物群落不同的结构及代谢途径。

土壤微生物影响因子研究进展

土壤微生物影响因子研究进展土壤微生物是土壤生态系统的重要组成部分，对土壤中的养分转化、有机质降解、植物生长等过程具有重要影响。

土壤微生物的影响因子研究是土壤科学领域的热点问题之一。

本文将介绍土壤微生物影响因子的研究进展，包括影响因子的类型、影响因子的作用机制以及研究现状和展望等内容。

一、影响因子的类型土壤微生物的影响因子主要包括生物因子、化学因子和物理因子三大类。

生物因子包括微生物种类、数量和活性等；化学因子包括土壤中有机质、无机养分、酸碱度等化学性质；物理因子包括土壤质地、温度、湿度等物理性质。

这些影响因子相互作用，共同影响土壤微生物的分布、组成和功能。

二、影响因子的作用机制1. 生物因子：土壤微生物的种类、数量和活性对土壤生态系统的功能具有重要影响。

不同的微生物种类在土壤中具有不同的生态功能，如氮素固定、有机物降解、矿物质转化等。

而微生物的数量和活性则决定了土壤养分转化速率、有机质降解速率等土壤生物化学过程的速度和效率。

2. 化学因子：土壤中的化学性质对土壤微生物的分布和活性具有重要影响。

有机质和无机养分是土壤微生物生长和代谢的重要营养物质，它们的丰度和形态直接影响土壤微生物的数量和活性。

土壤酸碱度对土壤微生物的生长环境和代谢活性也具有重要影响，酸性土壤通常不利于微生物的生长和活性。

三、研究现状和展望目前，对土壤微生物影响因子的研究已经取得了一些进展，但仍然存在一些问题需要进一步研究。

现有的研究多集中在单一影响因子的作用机制研究，缺乏多因子综合作用的研究。

对生物因子的研究多集中在微生物种类和数量，对微生物活性的研究相对不足。

在研究方法上，需要加强土壤微生物样品的采集与分析技术，以更准确地描述土壤微生物的影响因子。

未来的研究可以从以下几个方面展开：加强对土壤微生物影响因子的综合研究，了解不同影响因子之间的相互作用和共同作用机制；加强对土壤微生物活性的研究，以揭示不同土壤微生物对土壤功能的影响；加强土壤微生物样品采集和分析技术的研发，提高土壤微生物研究的准确性和可靠性。

土壤微生物影响因子研究进展

土壤微生物影响因子研究进展土壤微生物是土壤生态系统中的重要组成部分，对土壤生态系统的结构和功能具有重要影响。

土壤微生物的影响因子研究是对土壤微生物种群和活性的控制因素进行系统研究的过程，是土壤生态学研究的重要内容之一。

随着研究的深入，已经有许多关于土壤微生物影响因子的研究，包括环境因子、土地利用方式和管理措施等。

在环境因子方面，研究表明，土壤水分、温度、pH值和养分含量等环境因子对土壤微生物群落和功能的影响显著。

土壤水分是土壤微生物生存和活动的重要限制因素，土壤水分的过剩或不足都会对土壤微生物的生态过程产生负面影响。

土壤温度对土壤微生物的生存和代谢活动有重要影响，适宜的土壤温度有利于土壤微生物的繁殖和土壤有机质的降解。

土壤的pH值对土壤微生物的生存和活动也具有重要影响，pH值过高或过低都会影响土壤微生物的生态过程。

土壤中养分的含量和比例也是影响土壤微生物群落和功能的重要因素，不同养分对土壤微生物的影响不同，如氮、磷、钾等元素的含量对土壤微生物的生态过程具有重要影响。

土地利用方式和管理措施也是影响土壤微生物的重要因素。

不同的土地利用方式会导致土壤微生物群落的差异，例如农田和林地的土壤微生物群落组成和丰度就存在明显差异。

不同的管理措施也会对土壤微生物的生态过程产生重要影响，例如施用化学肥料和农药会对土壤微生物的群落结构和代谢活动产生影响。

土壤侵蚀、重金属污染和土壤酸化等人类活动也会对土壤微生物产生负面影响，进而影响土壤生态系统的稳定性。

土壤微生物影响因子的研究对于揭示土壤生态系统的结构和功能具有重要意义。

未来的研究可以进一步探讨土壤微生物群落组成和丰度的变化规律，深入研究土壤微生物对环境变化和人类活动的响应机制，为土壤生态系统的保护和恢复提供科学依据。

土壤微生物影响因子研究进展

土壤微生物影响因子研究进展土壤微生物是土壤系统中重要的组成部分，对土壤的物理、化学和生物特性有着重要影响。

土壤微生物的数量、种类和活性程度受到多种因素的影响，其中影响因子的研究一直是土壤微生物生态学领域的一个重要研究方向。

本文将介绍土壤微生物影响因子的研究进展。

1.土壤性质土壤性质是影响土壤微生物数量和活性的重要因素。

土壤的pH值、质地、有机质含量、水分和氧气含量等因素均会影响土壤微生物的生长和代谢。

例如，土壤pH值影响土壤微生物的菌种分布和数量，一些细菌和真菌对酸性土壤适应较好，而一些微生物则喜欢中性至碱性土壤。

土壤中有机质含量高时，会提供较好的微生物生长环境，因为微生物可以利用有机物作为能源和碳源。

水分和氧气含量对土壤微生物的生长和代谢也有影响，适宜的土壤水分和氧气含量有利于土壤微生物的利用和转化土壤中的营养物质和能量。

2.土壤管理土壤管理措施对土壤微生物生态系统有着明显的影响。

常见的土壤管理措施有施肥、灌溉、深耕和农药使用等。

施肥可以提供养分和有机质，有利于土壤微生物的繁殖和生长。

灌溉可以提高土壤水分含量，提高土壤中微生物的代谢和转化率。

深耕会影响土壤微生物的数量和分布，因为深耕会破坏土壤结构，改变土壤微生物的栖息环境。

农药使用对土壤微生物有明显的影响，一些农药会对土壤微生物产生毒害作用，破坏土壤微生物生态系统的平衡和稳定性。

3.气候因素气候因素也是影响土壤微生物数量和种类的重要因素。

温度、光照、降雨等气候因素都会影响土壤微生物生态系统的发育和演变。

温度是土壤微生物生态系统中重要的影响因素，因为微生物的生长和代谢活动会受到温度的约束。

光照对土壤微生物的生长和代谢也有一定的影响，光照可以促进植物生长，进而影响土壤微生物生态系统的发育和演变。

在干旱地区，降雨对土壤微生物的生态系统也有着重要的影响。

4.根际微生物根际微生物对植物的生长和发育非常重要，因为根际微生物可以为植物提供营养和保护植物免受病害。

土壤微生物生物量碳及其影响因子研究进展

土壤微生物生物量碳及其影响因子研究进展
黄辉;陈光水;谢锦升;黄朝法
【期刊名称】《湖北林业科技》
【年(卷),期】2008(000)004
【摘要】笔者较为全面地综述了国内外土壤微生物生物量碳的研究成果.笔者针对土壤微生物生物量碳主要受到碳氮限制、树种类型、土地利用方式、管理措施、土壤湿度和温度、土壤质地等因素的影响,提出了今后的研究应集中在以下几个方面:(1)加强不同尺度土壤微生物生物量碳的影响因子及调控机理研究;(2)进一步加强不同土壤类型下土壤微生物生物量碳动态及调控机理研究;(3)对影响土壤微生物生物量碳高低不确定性的因子进行深入研究;(4)加强其他因子对土壤微生物生物量碳影响的研究;(5)探讨全球气候变化对土壤微生物生物量碳的影响.
【总页数】8页(P34-41)
【作者】黄辉;陈光水;谢锦升;黄朝法
【作者单位】福建师范大学,福州,350007;福建师范大学,福州,350007;福建师范大学,福州,350007;福建省林业调查规划院,福州,350003
【正文语种】中文
【中图分类】S7
【相关文献】
1.土壤微生物生物量碳研究进展 [J], 黎荣彬
2.铁皮石斛品质性状影响因子的研究进展 [J], 庞敏霞; 戚勇; 陈丁江; 姚国祥
3.沉水植物生长影响因子研究进展 [J], 罗义; 马恺; 赵丙昊; 赵世高; 苏梦
4.卵巢纤维化相关疾病与影响因子研究进展 [J], 胡周;南亚楠;刘佳;颜倩;赵丕文
5.卒中后抑郁影响因子及干预治疗研究进展 [J], 姜童童;王丽华
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土壤有机碳的主导影响因子及其研究进展

12 植被对土壤有机碳的影响
（ ! ）土壤有机碳的输入量。不同植被类型之间光合产物的分配模式相差较大，草原植被光合作用而森所同化的有机产物中的 3$4 以上分布在地下，林植被光合产物分配到地下部分的比例则较低。植被类型间植物的生长方式也有差异，草原植被尤其是一年生草本植物每年均有大量的根系死亡进入土壤碳循环过程；而森林植被土壤有机碳的主要来源多为枯枝落叶。这些差异决定了不同植被类型下土壤有机碳输入量的差异。在气候相同时，草原土壤
综述了土壤有机碳主导影响因子的研究进展并针对陆地碳循环特点提出未来土壤有机碳研究应加强土壤有机碳过程与状态的定量化土壤有机碳分解对环境因子的敏感性氮沉降对土壤有机碳的影响土壤有机碳对气候变率的响应及其反馈作用以及土壤有机碳动态的综合模拟5个方面的研究为准确评估陆地碳收支提供依据
第 !" 卷第 # 期 !""$ 年 # 月文章编号： #""#78#99 （ !""$ ） "#7""::7";
［ 6］碳的含量最低，仅为 ’% . 5 ) 45 。温度和水分二者的 ,
," 大气成分对土壤有机碳的影响
大气中 89, 浓度的上升可促进植物光合作用和干物质的积累，提高生态系统生产力，特别是光合产物向地下部分分配的比例上升，植物的根冠比增大；
［ !3 ］同时，根系部分细根的增加比粗根要多，从而将
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有机碳的分解。对于周转速率缓慢的碳库来说，植被的印记将持续百年到千年。所以，在植被类型发生变化的地点，这些分解缓慢的有机碳库的存在将冲淡植被与土壤有机碳的剖面分布之间的联系。（$ ）输入土壤的有机碳质量。植被的物种组成在某种程度上控制着土壤有机碳分解的速度。土壤有机碳主要来源于植被地上部分的凋落物及其地下部分根的分泌物和细根周转产生的碎屑。这些碳化合物均具有各自的化学特性，从而导致其在土壤中分解速率各不相同。如植物碎屑的分解速度与其木质素和 / 素的相对含量密切相关。木质素不仅自身难于分解，而且还对易分解的土壤有机碳具有屏蔽保护的作用，因而，随着碎屑中木质素的含量增

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其中,微生物生物量碳是其重要的组成部分。

作为土壤活性碳的一部分(图1,虽然只占土壤总有机碳的较小部分1%~4%,但它既可以在土壤全碳变化之间反映土壤微小的变化,又直接3收稿日期:2008-04-20基金项目:旗山学者资助计划(2005003。

作者简介:黄辉(1984~,男,福建福州人,硕士研究生,主要从事森林C、N循环研究。

通讯作者:陈光水(1976~,男,福建仙游人,副教授,硕士生导师,主要从事森林C、N循环研究。

参与了土壤生物化学转化过程,而且是土壤中植物有效养分的储备库,并能促进土壤养分的有效化,因此,在土壤肥力和植物营养中具有重要的作用[4~5]。

随着全球碳循环问题受到广泛关注,微生物生物量碳特别是森林土壤微生物生物量碳日益引起人们的重视。

20世纪70年代以来,随着土壤微生物生物量碳测定方法的不断改进和简化该领域的研究取得了重大进展。

目前,国外有关土壤微生物生物量碳的研究较多,而我国有关森林土壤微生物生物量碳的研究几乎是空白。

鉴于此,本文综述了目前国际上土壤微生物生物量碳研究动态,期望对未来国内开展相关研究有所裨益。

图1土壤活性有机碳库分类通常情况下,土壤微生物生物量(SMB 分为微生物生物量碳(SMBC 、微生物生物量氮(SMBN 、微生物生物量磷(SMBP 和微生物生物量硫(SMBS 等,一般用微生物生物量碳来表示。

目前研究发现,土壤微生物生物量碳受到许多因素的影响,如:碳氮限制、不同树种、土地利用方式、管理措施、土壤湿度和温度、土壤质地等。

碳氮限制大量研究表明,土壤微生物生物量碳与土壤有机碳和全氮之间密切相关[6~9]。

微生物大多数是异养型的,新鲜而易分解的生物有机质的含量往往是决定它们分布和活性的主要因素。

Follett 研究发现,微生物进行周期性的生长,年输入的有机碳大多用于维持微生物的活动。

当有机碳输入受限制时,微生物生物量将利用土壤中现存的活性有机碳直至耗尽为止,随后微生物生物量开始下降[10]。

有学者认为土壤添加了葡萄糖或蔗糖等易分解碳源,则会使微生物的快速繁殖且活性增强,这表明微生物量的大小受到碳有效性的限制[11]。

Kuik 2man et al 报道,当土壤中的矿化氮增加时,微生物群落就开始分解具有较高碳氮比的基质,这表明较高碳氮比的基质的分解率受到氮有效性的限制[12]。

Jonasson et al 证明了北极土壤中无机碳的增加会刺激微生物的活性[13]。

有机质的C/N 比也能影响土壤的微生物生物量碳,有机质的C/N 比低的土壤其单位重量有机质所含的微生物生物量碳高于有机质C/N 比高的土壤,说明有机质的品质对土壤微生物量的影响[14]。

为评价不同生态系统中土壤C 和N 在限制土壤微生物生物量方面的重要性,Wardle 对22种文献中的相关数据进行了分析,结果发现微生物生物量碳与底物的碳、氮成显著正相关,而且微生物生物量碳与底物氮的相关性比与底物碳的相关性来得强,表明大部分生态系统中,土壤氮主要影响微生物生物量碳的大小[15]。

植被类型植被类型对土壤微生物生物量碳有很大影响。

不同的植被类型因其地上部分生物量的差异使输入到土壤中的有机碳量明显不同,植被的种类不同其枯落物的质量也不同,以上两个方面均会影响土壤微生物的活动。

从不同植被对土壤微生物生物量碳影响结果来看,呈现出的一般规律为:植被覆盖地>裸地,阔叶树种>针叶树种,天然林>人工林[16~18]。

Wang et al调查了裸地、竹林、杉木林、柑桔林和水稻田5种不同植被覆盖地土壤微生物生物量碳,结果表明裸地含量最低[16]。

朱志建[17]等比较了亚热带4种最主要的森林植被下土壤微生物量碳含量,从平均值来看,常绿阔叶林最高,为0.338g/kg,杉木林最低,为0.260g/kg。

再则, Wang et al在中国科学院森林生态实验地研究发现,与次生阔叶天然林相比,一代、二代杉木人工林的微生物生物量碳分别减少了47%和54%。

这主要是由于天然林的根系统较庞大,且具有保护性的树冠,使得其与人工林相比,土壤比重更低,养分水平(尤其是N更高,而这种土壤环境更有利于微生物活动,固定更多的碳[18]。

土地利用方式土地利用方式不仅会使得土壤有机质发生变化,在一定程度上也会引起微生物量的波动[19~23]。

多数研究表明,在相似的环境或土壤条件下,土地利用方式的不同对土壤微生物量碳有相当大的影响[24~27]。

例如:J enkinson和Powlson对林地、草地、耕地表层土壤微生物生物量C的测定结果表明,草地和林地土壤微生物生物量C为耕地土壤的2~4倍[24]。

在印度4种土地利用方式(森林、稀树草原、农田和煤矿土壤中,森林土壤微生物生物量C最高(609μg C/g,农田土壤最低(250μg C/g[25]。

王小利等对亚热带红壤低山肯福样区的4种不同土地利用方式表层0~20cm的微生物生物量穗状花序碳含量进行了研究,结果显示,水田>林地>旱地>果园[26]。

Follett 等报道了美国内布拉斯加州西部的高平原区(温带大陆性气候微生物生长的碳有效性随着耕作强度的增加而降低,免耕、残茬覆盖和犁耕地的0~10cm表层土壤微生物生物量分别为天然草地的57%、52%和36%[27]。

不同土地利用方式对土壤表层微生物生物量穗状花序碳的影响机制各不相同。

土地利用方式的不同使得进入土壤的各种物质和数量有明显的差异,同时也易改变土壤水分条件,这可能是导致土壤有机碳和氮素含量差异的原因之一[28]。

有研究表明干湿交替能够显著降低土壤微生物量[29~30]。

旱作方式下频繁发生的土壤干湿交替促进了土壤有机碳和氮素的分解,难以维持较高的微生物量;而淹水状况下,土壤有机碳和氮素的分解较慢,加之有机肥投入量相对较高,且秸秆还田普遍,因此,水田的微生物生物量穗状花序碳明显高于旱地[26~28]。

此外,进入林地表层土壤的枯枝落叶量比通过作物根茬和根系分泌物进入旱地土壤的新鲜有机物要多[26],解释了林地比旱地具有更高微生物生物量穗状花序碳的原因。

而果园有机肥一般施在20~50cm土壤深度内,故其表层土壤微生物活性相对较低[25]。