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，其多样性研究在评价生态系统、维护生态平衡中发挥了巨大作用。本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；生态服务功能
目前，大多数关于土壤微生物群落多样性及其变化的研究以描述为主，尚未在土壤微生物多样性与土壤生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。考虑到土壤微生物作为生态系统分解者的事实以及地下与地上生态系统的紧密联系，准确阐述土壤微生物多样性及土壤生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.土壤微生物多样性又称微生物群落结构，是指生命体在遗传、种类和生态系统层次的变化。它代表着微生物群落的稳定性，也反映土壤生态机制和土壤胁迫对群落的影响。生物多样性还可以定义为生命的丰富度，通常以土壤生物区系的变化和生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生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。在微生物群落研究中，微生物的均衡性、丰富性和多样性是常用的指标。
2.土壤微生物多样性研究方法。目前，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。此外还有诸如稳定性同位素探针（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，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。以下着重从有机物分解、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功能。
1.土壤微生物对有机物的分解作用。微生物在生态系统中的最大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，最终将有机物分解成简单的无机物，如CO2、H2O、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发展。
2.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同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、O、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，二是后来进行的有机物的生物矿化。尽管所有生物都参与生物地球化学循环，但微生物在有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。
3.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力量度，而土壤微生物在维护土壤健康、保障土壤可持续利用和调控生态安全等方面发挥着重要作用。例如，丰富而稳定的土壤微生物多样性有利于保持土壤肥力、防控土传病害、促进农业增产、保障产品质量；另从直接生产生物质角度来看，某些土壤真菌的大型子实体也可被食用或药用。其次，土壤微生物种质资源在修复污染环境方面也大有作为，尤其在土壤修复、水体治理、固废处理过程中可以起到关键性作用，利用微生物分解有毒有害物质的生物修复技术被公认为治理大面积污染区域的一种有价值的方法。
三、展望
1.土壤微生物多样性研究所涉及的内容较为广泛，有着不同的层次和水平。微生物存在于土壤生态系中，就必然受生态类型的影响。在不同生态系统中，面对生存竞争和自然选择压力，不同物种在系统发育和进化过程中逐步形成稳定遗传。在一个相对稳定的遗传背景下，不同微生物物种各司其职，共同维护生存环境的稳定发展。正是在这种选择、竞争、适应的不断交替过程中形成了土壤微生物的多样性。虽然不断有新技术新手段应用于土壤微生物多样性的研究，但由于培养技术的局限性，大量不可培养的微生物还很难确定其分类地位，可供我们认识和利用的微生物活体资源仍然匮乏。当前对土壤微生物多样性的研究稍然较集中于其物种和生态特征，而对土壤微生物功能多样性，对土壤微生物不同种群之间的关系，以及土壤微生物如何影响生态进程、维持和稳定生态系统的研究还不够深入。
2.对土壤微生物的研究不仅是探索生命的重要手段，同时也为许多超常物质的研究开发提供了丰富的资源。生物技术在土壤微生物研究中的应用使许多抗菌、抗肿瘤、抗旱、抗盐碱、生物杀虫物质合成相关基因的筛选和克隆成为现实。尤其是建立在非培养基础上的土壤微生物总基因组文库的筛选，为植物保护学、植物营养学、环境科学和人体医学等许多学科的研究提供了新的思路。同样，土壤AM菌的发展和应用也为保护和恢复生态学的研究开辟了新的方向。
随着基因组时代的盛兴和后基因组时代（功能基因组）的到来，土壤微生物以其独特的优势将更加受到研究者的青睐。其多样性的研究将为阐明生态和生物进化原理提供新的模式，同时也将为许多新兴学科、交叉学科的发展开辟广阔前景。
参考文献：
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[3]焦丹，吴凤芝.土壤微生物多样性研究方法的进展.土壤通报，2014，35（6）：789-792.
论文作者:樊川,杨旭升
论文发表刊物:《基层建设》2015年26期供稿
论文发表时间:2016/3/23
标签：土壤论文; 微生物论文; 多样性论文; 生态系统论文; 生物论文; 功能论文; 生态论文; 《基层建设》2015年26期供稿论文;