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土壤微生物是地球地表下數(shù)量最巨大的生命形式，而僅有1%的微生物體可以在顯微鏡下觀察到。雖然大部分的土壤微生物肉眼不可見，但它們卻是地球生物多樣性不可或缺的構(gòu)成部分。在土壤生態(tài)系統(tǒng)中，土壤微生物處于核心地位。土壤微生物通過其代謝活動(dòng)，參與有機(jī)質(zhì)的分解與轉(zhuǎn)化、養(yǎng)分的循環(huán)與利用以及土壤肥力的演替等重要過程，是表征土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，對于土壤資源的可持續(xù)利用具有十分重要的價(jià)值。 
　　土壤微生物多樣性（microbial diversity）又稱微生物群落結(jié)構(gòu)，描述了微生物群落的種類和種間差異，主要體現(xiàn)在生理功能、細(xì)胞組成及遺傳物質(zhì)等層面。微生物多樣性對環(huán)境要素的變化過程非常敏感，反映了微生物的生態(tài)功能差異。因此，土壤微生物的多樣性還可以用來衡量土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與和諧性。Loreau的研究發(fā)現(xiàn)，處于不穩(wěn)定的環(huán)境條件和生態(tài)系統(tǒng)下的土壤占絕大部分，土壤微生物的多樣性越高對生態(tài)系統(tǒng)的功能越有積極作用。 
　　施肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對作物產(chǎn)量及土壤性質(zhì)影響最大的管理措施之一。土壤微生物與施肥及土壤質(zhì)量的變化密切相關(guān)。有研究表明，施肥通過改變土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)，直接或間接地造成土壤微生物的數(shù)量、活性和群落結(jié)構(gòu)的變化，而土壤生物肥力的差異又會反過來影響土壤的理化結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)力。因此，深入研究施肥對土壤微生物多樣性的影響，有利于制定合理的施肥方案，實(shí)現(xiàn)土壤質(zhì)量的提高和土壤資源的可持續(xù)利用。土壤微生物多樣性和施肥關(guān)系密切，研究長期施肥影響土壤微生物多樣性的機(jī)理及表現(xiàn)特征，為進(jìn)行土壤質(zhì)量演替的評價(jià)以及科學(xué)有效的施肥提供了重要參考。 
　　一、土壤微生物多樣性主要分析方法 
　　最早的研究方法是分離培養(yǎng)法，它只適用于環(huán)境中一小部分微生物的培養(yǎng)，局限很大。近年來，隨著生物化學(xué)及分子生物學(xué)等技術(shù)的飛速發(fā)展，微生物多樣性的研究也向前邁進(jìn)了一大步。常見的研究方法主要有碳素利用法、磷脂脂肪酸法、分子生物學(xué)方法等。 
　　碳素利用法是通過分析微生物對碳源的利用方式對微生物多樣性進(jìn)行測定。Biolog盤是在試驗(yàn)中常用的手段，對土壤微生物區(qū)系的區(qū)分效果明顯，且能夠快速得到大量的原始數(shù)據(jù)，但是僅限定于生長快速的微生物的測定。 
　　磷脂脂肪酸PLFA是存在于所有微生物生活著的細(xì)胞中的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)組分，對磷脂脂肪酸的種類及組成比例進(jìn)行分析可以鑒別微生物的多樣性。該方法無需進(jìn)行生物培養(yǎng)，具有快速、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，能夠有效測定土壤微生物的表型結(jié)構(gòu)，但不能在菌種和菌株水平上對微生物進(jìn)行區(qū)分，此外，溫度、有機(jī)質(zhì)等因素也會影響測試結(jié)果。 
　　分子生物學(xué)研究方法主要包括熒光原位雜交FISH、限制性片段長度多態(tài)性RFLP、單鏈構(gòu)象多態(tài)性SSCP、變性梯度凝膠電泳DGGE和實(shí)時(shí)熒光定量 PCR 技術(shù)等。目前應(yīng)用最廣泛的是PCR-DGGE技術(shù)，它具有操作簡單、結(jié)果可信度高、較快捷等優(yōu)點(diǎn)，能夠在時(shí)間和空間維度上提供微生物的動(dòng)態(tài)變化信息。但該方法的檢測結(jié)果受到DNA的提取效率、純化和擴(kuò)增效果等因素的干擾，而且關(guān)于細(xì)菌數(shù)量、基因表達(dá)程度以及細(xì)胞代謝活性的信息無法反映。此外，近年來，DNA序列分析技術(shù)的發(fā)展使得基于焦磷酸測序的新一代高通量測序技術(shù)在土壤微生物多樣性的研究中得到了極大青睞。 
　　上述幾種方法的原理不同、應(yīng)用范圍及精度也不同，各具其特點(diǎn)和局限性。在對土壤微生物的研究中僅采用一種方法可能會造成試驗(yàn)結(jié)果的偏差，故一些試驗(yàn)中綜合運(yùn)用了多種技術(shù)，以得到微生物多樣性及動(dòng)態(tài)變化的更真實(shí)數(shù)據(jù)。 
　　二、長期定位試驗(yàn) 
　　樊曉剛的研究發(fā)現(xiàn)，土壤微生物區(qū)系對連續(xù)三年不同施氮水平的響應(yīng)不顯著;Calbrix等（施肥一年）的研究也得出了相似結(jié)論，而那些基于長期施肥定位試驗(yàn)的研究則大多認(rèn)為施肥對微生物群落功能多樣性影響顯著（如：于樹等）。在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的變化過程往往相當(dāng)緩慢，短期試驗(yàn)不一定能反映出其變化特征和趨勢，而長期定位試驗(yàn)因具有長期性和可重復(fù)性等優(yōu)勢，試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性得到大幅提高。因此長期定位試驗(yàn)在揭示土壤微生物多樣性對肥料的反應(yīng)機(jī)制、提供科學(xué)高效的施肥參數(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源的優(yōu)化等方面意義重大。 
　　三、長期施用有機(jī)和無機(jī)肥料對土壤微生物多樣性的影響 
　　農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的長期保持離不開土壤微生物的多樣性。很多研究表明，施肥措施不同，土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)也不同。 
　　1.長期施用無機(jī)肥對土壤微生物多樣性的影響 
　　肥料施入土壤后，為微生物提供新養(yǎng)分的同時(shí)，其分解過程還可能會消耗土壤中的原有養(yǎng)分，引起土壤養(yǎng)分狀況的改變，而土壤中的養(yǎng)分狀態(tài)對土壤微生物的生長和活性是否具有抑制作用是決定土壤微生物對無機(jī)肥料是何種反應(yīng)的關(guān)鍵。如，顏慧等發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌PLFA和土壤速效磷的養(yǎng)分含量具有極顯著正相關(guān)關(guān)系。Fierer等利用宏基因組技術(shù)發(fā)現(xiàn)，氮肥對富營養(yǎng)微生物群落的生長更加有利，這可能是因?yàn)榈�肥能夠影響土壤�?yōu)勢微生物的生存策略（不論是直接還是間接）。 
　　張士亮等研究顯示，長期單獨(dú)施用無機(jī)肥的土壤中微生物的數(shù)量與長期不施肥的土壤相比，有一定幅度的增加;而且某些生理菌群（如硝化細(xì)菌、纖維分解菌等）的數(shù)量增幅較大。但是，在長期施肥定位試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，由于肥料的配比長期不變，不均衡的施肥會導(dǎo)致一些養(yǎng)分因長期不能得到補(bǔ)充變成限制因子，使某些特定的土壤微生物增加或減少，從而影響微生物的群落組成。白震等對東北黑土微生物群落在不同氮肥處理下的變化規(guī)律的研究表明，氮肥長期單獨(dú)施用會過度消耗土壤中的有效磷等養(yǎng)分，使真菌生長受到抑制;而將磷肥與氮肥配和施用增加了細(xì)菌的生物量。李秀英等發(fā)現(xiàn)與非均衡施肥相比，無機(jī)氮磷鉀肥的長期均衡施用，明顯增加了土壤中的細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量。李鳳霞等對寧夏灌淤土土壤微生物多樣性影響的研究表明，NPK的長期配施使土壤微生物的活性顯著提高。 　　2.長期施用有機(jī)肥對土壤微生物多樣性的影響 
　　有機(jī)肥含有的大量有機(jī)膠體為形成土壤有機(jī)、無機(jī)復(fù)合團(tuán)聚體提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，對活性鈣離子的生成以及腐殖質(zhì)含量的增加都非常有幫助;有機(jī)肥還具有豐富的有益功能團(tuán)，為土壤補(bǔ)充了新的碳源和能源，有利于可溶性碳、氮的形成，從而影響微生物的多樣性。但Plaza等認(rèn)為，有機(jī)肥的用量并不是越多越好，因目前用有機(jī)肥對土壤進(jìn)行改良的技術(shù)還不夠成熟，故其使用應(yīng)當(dāng)適量。 
　　蔡燕飛等的研究顯示，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中長期使用生態(tài)有機(jī)肥可以促進(jìn)有益土壤微生物的生長，對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)能起到調(diào)控作用，有利于土壤質(zhì)量的提高以及土壤微生物多樣性的增加;而李東坡等認(rèn)為每年都向土壤中投入適量的有機(jī)肥可以使微生物活性維持在較高水平，對微生物多樣性的保持與生態(tài)穩(wěn)定性的維護(hù)具有重大意義。魏巍等在黑土區(qū)的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，農(nóng)作物生長更喜歡真菌/細(xì)菌比值較低的土壤，而長期向土壤中施入豬糞肥對降低真菌與細(xì)菌的比率具有顯著效果，調(diào)控了土壤中細(xì)菌和真菌的結(jié)構(gòu)。 
　　3.無機(jī)肥和有機(jī)肥長期配施對土壤微生物多樣性的影響 
　　侯曉杰等認(rèn)為，在一定條件下，有機(jī)和無機(jī)肥的合理配施使微生物利用碳源的能力大大增強(qiáng)，微生物群落的功能多樣性顯著增加。徐陽春等研究發(fā)現(xiàn)：在所施的氮、磷、鉀數(shù)量全部相等的情況下，有機(jī)與無機(jī)肥配施的效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于無機(jī)肥的單施。Liu等通過研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)和無機(jī)肥長期配施對于土壤微生物量碳、氮含量的增加以及土壤酶活性的提高都具有積極作用。李秀英等發(fā)現(xiàn)，無機(jī)氮磷鉀復(fù)合肥與有機(jī)肥（豬廄肥或玉米秸稈）長期配施，能使土壤中細(xì)菌、真菌及放線菌的數(shù)量明顯提高。Ebhin等的研究也得出相似結(jié)論，他們還發(fā)現(xiàn)有機(jī)和無機(jī)肥的長期配施可以顯著提高硝化細(xì)菌、氨化細(xì)菌及自生固氮菌等的數(shù)量。 
　　四、結(jié)語 
　　以上很多研究表明，施肥處理比不施肥土壤中的微生物多樣性高，尤以有機(jī)肥配施無機(jī)復(fù)合肥效果好。但也有人得出不同的結(jié)論（如：孟慶杰等）。土壤微生物多樣性的影響因素多種多樣，肥料的種類、數(shù)量以及施用時(shí)間的長短等因素只占其中的一小部分。另外，土壤本底值的差異以及試驗(yàn)所采用的分析方法的不同都可能會影響微生物多樣性的研究結(jié)果。 
　　五、問題與展望 
　　農(nóng)田管理在最近幾十年中出現(xiàn)了無機(jī)肥用量迅速攀升和有機(jī)肥用量不斷下降的問題，造成了土壤有機(jī)質(zhì)含量的減少，土壤養(yǎng)分的不平衡，給作物的產(chǎn)量和土壤健康帶來隱患。對此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的具體實(shí)踐中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，制定科學(xué)有效的施肥計(jì)劃，無機(jī)肥和有機(jī)肥合理配施，為有益微生物種群的生長繁殖創(chuàng)造有利條件，以提高施肥效率。此外，肥料的施用方式對微生物多樣性的研究較少，應(yīng)該重視這方面的研究內(nèi)容。 
　　除了施肥外，其它農(nóng)田管理措施（如輪作、覆膜、澆水等）也對土壤微生物多樣性有影響，再加上土壤類型、植被類型、土壤水分和肥力等的交互作用，使得土壤微生物對農(nóng)田環(huán)境要素?cái)_動(dòng)的反應(yīng)機(jī)制比我們想象的更復(fù)雜。因此，應(yīng)該加強(qiáng)土壤微生物在特定農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中對施肥以及施肥與其它因子耦合反應(yīng)機(jī)理的研究。