四川农业大学本科毕业论文设计答辩

不同土地利用方式下土壤微生物学特性1立题背景土壤微生物是土壤生命活体的主要组成部分。从最初定植于土壤母质上的蓝绿藻开始，直到土壤肥力的形成，土壤微生物参与了土壤发生发育的全过程（姚槐应等,2006）。同时土壤微生物又是生态系统的重要组成部分,其数量和种类受耕作制度、地理位置、土壤层次、植被、土壤肥力、气候变化以及土壤类型等诸多因素的影响（李仲强等,2001）,因此土壤微生物在土壤环境中起着重要的指示作用。其中微生物在土壤中的数量、分布与活动情况,能够反应土壤肥力的高低（李志辉等,2000）。而且土壤中不同类群微生物利用不同有机质作营养及能量来源,其有机、无机产物又可供其它微生物利用,故土壤微生物能较早预测土壤活性的变化过程,常被作为土壤质量的灵敏指标（俞慎等,1999）。就目前而言，针对土壤微生物结构研究选取的对象主要是细菌、真菌和放线菌这三大类微生物（樊军等,2003;陈蓓等,2004）。此前关于不同环境中土壤微生物区系及其活性的报道已有很多，但关于四川雅安名山县境内不同土地利用方式下的土壤微生物区系和微生物量碳、氮方面的报道还没有。不同的土地利用方式将导致土壤环境不同,土壤中的微生物类型和数量也可能不发生相应的变化，因此此次研究不同土地利用方式下土壤微生物区系和生物量碳、氮将为探索和了解不同土地利用方式下土壤微生物区系和微生物量碳氮特征提供一定的理论依据。同时，结合区域土壤环境，揭示不同土地利用方式下土壤微生物群落特性，将有助于我们了解土壤环境状况，对实现当地土壤资源的可持续利用具有重要的现实意义。2国内外研究现状2.1土壤微生物多样性研究现状土壤生态系统是保证农业可持续发展的基础。土壤微生物群落是其中重要的活性组分，对土壤养分循环、有机质分解、土壤结构和肥力维持、温室气体产生、环境污染物净化等发挥着重要作用。正是由于土壤微生物在陆地生态系统中的重要性，有关土壤生物多样性的研究得到了广泛的重视（展茗等,2008）。土壤微生物多样性是指土壤生态系统中所有的微生物种类、它们拥有的基因以及这些微生物与环境之间相互作用的多样化程度，当前研究主要集中在物种多样性、遗传多样性、结构多样性及功能多样性等4个方面（林先贵等,2008）。1991年，国际生物多样性合作研究计划“DIVERSITAS”的发起揭开了全球生物多样性研究的序幕；1995年，DIVERSITAS计划新方案首次纳入了“土壤生物多样性”内容；2002年，联合国粮农组织因应设立了“土壤生物多样性研究议程(Soilbiodiversityinitiative，SBI)”。至此，世界各国也陆续组织开展有关研究，推动了人们对土壤微生物多样性和关键生态学过程中土壤生物功能的理解（韩兴国等,2003）。显然，土壤微生物多样性作为全球性研究迄今仅l0余年时间，但基于土壤微生物学长期以来的学科积累（林先贵等,2008），包括世界各国在生物多样性合作计划之前的科学探索，特别是缘于生物多样性领域研究技术的迅猛发展，土壤微生物多样性研究不仅内容上不断丰富，而且研究成果也在不断充实，独具一格的理论体系和学科框架也在逐步形成和完善之中（韩兴国等,2003）。2.1.1不同生态类型下土壤微生物的区系组成土壤微生物是土壤养分转化和循环的推动力,影响着植物对养分的吸收,是植物养分的重FisdallJMPossibleroleofsoilmicroorganisrrksinaggregationinsods[J]．Plant)l1，1994，l17：145—153要来源。土壤微生物生物量和土壤酶活性及其它生物学参数与土壤理化性质之间具有较好的关联性（曹慧等,2001）,在土壤生态系统受扰动后存在长期与短期响应。近年来,土壤微生物群落活性作为土壤生态系统恢复指标的探讨和研究一直受到研究者的广泛关注(毕江涛等,2008)。在自然生态系统的研究中，先后开展了东北高寒地区、黄土高原地区、华西雨屏区、松嫩平原盐碱化草原、鄂尔多斯、长江三角洲、青海三江源地区等生态系统中土壤微生物的调查研究（苏永春等,2001;杜连凤等,2006;王林超峰等,2007;天龙等,2007;朱万泽等,2007;李松龄等,2008;张文婷等,2008;张巍等,2008)。随着工业污染的加重和人为干扰活动的加强，对于农田生态系统和被污染生态系统土壤微生物群落的研究也越来越受到重视。相继开展了施肥及其污染、重金属污染、农药污染、污水灌溉、污泥与粉煤灰配施等对农田土壤微生物群落结构、多样性指数以及呼吸强度等影响的研究(谢龙莲等,2004;张俊霞等,2005;李祯等,2006霍晓非等,2008;葛红莲等,2008)。另外，一些研究者还对其它生态系统（如矿区生态恢复区和城市生活区等）进行了初步调查和研究，这些研究为全面深入了解我国不同类型土壤动物群落的区系组成及在土壤中作用的研究奠定了坚实的基础（滕应等,2003;孙福军等,2006.）。2.1.2土壤微生物的垂直分布土壤微生物数量、活性、生物量以及活性在土壤中的分布具明显的表聚性，即随着土壤深度的增加而逐渐减小，但对于不同土地利用方式和土壤类型，其变化规律存在一定的差异性（黄承才,2002;李灵等;2007；张瑜斌等,2007;马晓梅等,2008;赵平芝等，2008）。在土壤中，0～20cm土层(特别是0～10cm土层)是微生物数量、生物量和活性的集中分布区，这与表层土壤细根生物量富集、枯枝落叶层积累、有机质含量较高及良好的通气状况、温度和湿度条件有关（李灵等,2007）。但是，在一些受人为活动干扰频繁或受污染地区的土壤微生物呈现逆规律分布现象（刘晓梅等,2009）。另外，季节变化对土壤微生物的垂直分布也有重要影响，季节主要是通过温度和湿度的变化来影响土壤微生物的垂直分布，如春、秋、冬三季，较深层土壤真菌几乎无分布，只有在夏季会出现（张瑜斌等,2007）。2.1.3土壤微生物的季节变化季节变化可通过土壤水分、温度、土壤有机质、土壤pH等因素的改变来影响土壤微生物结构组成、数量、生物量以及活性等方面的变化（王国兵等,2008）。在暖温带、中温带和寒温带地区，季节变化主要通过温度影响土壤微生物分布，而在亚热带地区，季节变化则主要通过季风降雨来影响土壤微生物分布。Chen等（2005）在对我国台湾西部海岸沙丘森林生态系统中的研究发现，土壤微生物生物量C、N的波动主要与土壤湿度有关，温度对土壤微生物生物量波动的影响很小。然而，另一些实验结果表明，土壤微生物生物量碳在一年中的变化可能与土壤中植物根系分泌物的变化有关(Boone.RD,eta1,1998)。在自然生态系统中，土壤微生物数量和活性的均以冬季﹤春季／秋季﹤夏季，且在各土层中又均以夏季﹥春季／秋季﹥冬季。在部分人为干扰活动频繁地区土壤微生物数量和活性等都会呈现出不规则的变化(张崇邦等,2003;张瑜斌等,2007;王国兵等,2008;王宏生,2008何容等,2009)。2.1.4土壤微生物对环境影响因子的响应影响土壤微生物的环境因子有很多，包括施肥、农药、植物根系分泌物（植物化感作用）、土地利用方式、重金属污染等，不同的影响因子对土壤微生物区系、多样性、生物量、活性等所产生的作用有所不同。2.1.4.1土壤微生物对施肥因素的响应施肥种类、数量和施肥方式可以影响土壤微生物数量和种类的变化。一般情况下，土壤养分含量越高，土壤微生物的类群和个体数越多；在一定范围内，pH值越低，土壤动物类群数与个体数也越多，且类群数和个体数随着土壤深度的增加而递减（张俊霞等,2005）。但是不同的施肥方式以及不同的施肥种类对土壤微生物的影响却有所不同。李东坡等所作研究综述了国内外有机农业施肥方式对培肥土壤及土壤主要微生物活性的影响，有机农业施肥方式显著增加土壤微生物数量，调控微生物种群结构，提高土壤有益微生物种群数量，土壤微生物量C、N含量倍数增加。阐明施用有机肥料对维持土壤微生物多样性与生态稳定性的必要性，并展望了施用有机肥与土壤微生物活性的关系（李东坡等,2005）。2.1.4.2土壤微生物对农药的响应李建政等（2005）的研究结果就显示，有机磷农药的污染使土壤微生物个体数量减少，种群密度减少，但有些污染物能加速微生物的生活史进程，导致个体数量的增加和种群密度上升。在群落组成上敏感种被耐药种代替，在多样性指数上，生态系统中敏感种消失，物种数量下降，严重时导致物种灭迹，物种多样性下降。有机磷农药的污染使微生物群落结构发生定向演替，最后达到一个新的、相对稳定的顶级群落。而农药对土壤微生物及酶活性的影响，也已成为不少国家评价农药生态安全的一个重要指标(朱南文等,1997）。霍晓非等对农药污染抑制土壤微生物活性、改变它们的功能和结构的研究更是与前人得出了一致的结论，普遍认为土壤中微生物的生存环境的改变是它们的功能和结构发生变化的主要原因（霍晓非等,2008）。2.1.4.3土壤微生物对根系分泌物的响应连作障碍与土壤微生物种群结构组成与数量密切相关。在生产实践中也发现,微生物种群多样性减少和有害微生物数量增加是连作中的普遍现象(王明道等,2008)。而早在20世纪60年代,中国科学院林业土壤研究所(现中国科学院沈阳应用生态研究所)的周崇莲等人在湖南会同森林生态实验站对杉木连栽土壤中毒现象进行了研究,证实了杉木连栽土壤存在毒性物质,并进一步用三种耕土中分得的真菌代谢产物进行毒性试验,证实微生物抑制体可能是土壤中毒性物质的来源之一（李延茂等,2005）。与此同时，王明道等的研究也显示：根系分泌物将导致根际微生物种群、土壤酶活性、植物营养状态等多种微生态因子的变化，即为植物的化感作用。在这些变化过程中，某些微生物数量和活性增加，而某些微生物数量和活性却被抑制，具体变化情况要根据植物种类而定（胡开辉等,2006;马卫宾等,2007）。2.1.4.4土壤微生物对土地利用方式的响应不同的土地利用方式对土壤微生物生存的环境产生不同的影响。设施农业是一种受人为作用影响十分强烈的土地利用方式，人为地干扰不仅改变了作物生长的小气候环境，而且随着中指年限的增加，出现了许多问题，如土壤盐分累计增加，土壤酸化与养分失调，病害特别是土传病害发生严重等。这些问题的出现都与土壤中微生物区系的变化有密切关系(张乃明等,2004)。例如菜地、温室由于人为大量施肥，园而肥力水平较高。虽然在这两种利用方式中细菌、放线菌所占比例没有差别，但是温室土壤中真菌比例高于菜地，真菌数量增加，意味着病害加重。同时，温室土壤由于受土壤盐渍化的影响，微生物活性明显低于菜地(范君华等,2002)。2.1.5土壤微生物对重金属污染的指示作用土壤重金属污染是指人类活动致使土壤中重金属含量过高，并造成生态环境质量恶化的现象。它能通过食物链影响人类健康，还能对土壤生物的群落结构与功能产生不利影响（谢龙莲等,2004）。在重金属污染土壤上，往往富集多种耐重金属的真菌和细菌，微生物可通过多种作用方式影响土壤重金属的毒性及重金属的迁移与释放（孙铁珩,2001）。而土壤细菌、真菌和放线菌是土壤生态系统中微生物区系的主要组成成分,在重金属污染条件下微生物区系的变化是反映土壤环境质量变化的重要生物学指标之一（叶央芳等,2005）。3研究内容、研究目标和技术路线3.1研究内容3.1.1研究该区域不同土地利用方式下土壤微生物区系组成特征3.1.2研究该区域不同土地利用方式下土壤微生物生物量碳、氮特性3.2研究目标3.2.1本研究针对不同土地利用方式下土壤，采用野外采样与室内分析相结合的方法，结合分离鉴定，分析不同土地利用方式下土壤微生物区系和微生物量碳、氮特性，弄清不同土地利用方式下土壤微生物群结构特征。上述研究，将为探索和了解不同土地利用方式下土壤微生物特性，以进一步了解土壤肥力状况提供资料依据。3.3技术路线采用野外调查与室内分析相结合。（见图）查阅文献，收集资料确定研究区域野外调查土样采集土壤资料调查施肥资料调查利用方式调查不同土地利用方式下微生物土样气象资料调查室内分析测定土壤微生物区系的测定土壤微生物生物量碳、氮测定4试验方案4.1