1、中文科技期刊数据库（全文版）自然科学 65 东北三江平原地区土壤微生物研究进展 梁印玺 韩诚武（通讯作者）唐千里 刘 骏 佳木斯大学生物与农业学院，黑龙江 佳木斯 154007 摘要：摘要：东北三江平原黑土地为我国的粮食供应提供了十分重要的贡献，但是随着长期的过度开垦，东北土壤结构遭到不断地破坏，土壤微生物作为土壤状态的重要指标，可以作为反映土壤状况的一个重要指标，所以对于开展东北三江平原土壤微生物结构是十分重要的，通过调查研究土壤中微生物的群落结构基本结构，再对东北本土的土壤微生物进行调查比较，便可对东北地区土壤的状态变化进行基本的掌握，并通过有效手段，人为改变接种对土壤微生物结构进行改善，
2、使得土壤微生物发挥有效的生物学功能进而对土壤的结构组成进行改善，减缓或者避免东北三江平原土壤状况的进一步恶化。关键词：关键词：土壤；土壤微生物；功能；研究方法 中图分类号：中图分类号：Q938.1+3 根据 2021 年 7 月 9 日发布的东北黑土地白皮书中指出，中国东北黑土地总面积 109 万平方千米，位列全球第三，其中典型土地面积 1853.33 万公顷。通过李维波的的调查研究了解到东北黑土主要分布在黑龙江、吉林、辽宁和内蒙古境内，是我国最重要的商品粮基地之一，其粮食产量约占全国的五分之一，是中国重要的玉米、大豆、粳稻等商品粮供应地，粮食商品量、调出量均居全国首位，对国家的粮食产业有着十
3、分重要的贡献。然而，经过张光辉的研究了解到，因为对东北黑土长期的过度开垦和掠夺式的种植，造成了东北黑土严重的生态问题，威胁着国家的粮食供给问题。东北黑土区典型地形为漫川漫岗1，由张少良等人研究，东北地区长期面临着水土流失的问题，黑土地的坡度和破位以及坡向都会影响到黑土地受侵蚀的程度，有些黑土地因为严重的侵蚀问题，已经露出黄色土质，土壤质量变差，严重影响了黑土耕地粮食的生产能力，已成为目前黑土地区粮食生产的最主要危害。经过张兴义等人的研究，通过对坡耕地长期监测结果显示，黑土层因水力侵蚀年变薄速率为 23 mm，黑土层厚度已由垦前的 5060 cm 变薄为 30 cm2。所以我们要及时对黑土地的状
4、况进行调查进行及时的保护。1 黑土土壤的基础功能 经冯志珍调查，土壤微生物作为土壤有机质、养分转化和循环的动力，在土壤生态系统的能量流动和养分转化过程中起着重要作用，正常黑土中的营养、水分、空气、酸碱度、渗透压以及温度都适于微生物生活，但是因为黑土地长期以来的水土流失，导致了黑土地土壤的结构环境发生改变，从而改变了黑土地中各种微生物的生活条件，对黑土土壤的微生物生态系统造成了一定程度的影响。土壤微生物对土壤的环境变化的非常敏感，所以土壤的微生物生物量是比土壤有机质更灵敏的环境变化指示因子。2 土壤为微生物的生长繁殖提供的环境 黑土土壤为微生物的生长与生存提供了重要的环境，在黄英等人的研究下可知
5、影响微生物繁殖的因素有营养物质、温度、水、酸碱度、气体等。经过梅楠等人的调查研究得出，黑土土壤中有大量动植物残体、植物根系的分泌物、人和动物的排泄物，黑土的有机质为 33.14-35.81g/kg3这些有机物为微生物提供了良好的碳源、氮源和能源为微生的生长繁殖提供了不可或缺的重要因素。同时黑土土壤具有一定的保温性，经过王一菲等人在试验区进行到调查得到的数据可知，试验区在一年的气温变化为-30.4018.33，其温差达到 48.73 时，土壤的温度变化相对较小，并且随着黑土土壤深度的增加，这种温差变化的幅度就越小，这种土壤的保温性为各种微生物的生长繁殖提供了良好的温度环境。经过靖亭亭等人的研究结
6、果表明处于春耕时期的黑土土壤的含水量分布在 25%-37%，并且地块内部的差异不大，黑土土壤的保水性，可以为微生物的生长提供充足的水分，黑土土壤中含有丰富的矿质元素富含铁、锂、镁、锌、锰等多种矿物元素，中文科技期刊数据库（全文版）自然科学 66 可以满足各种微生物对矿质营养的要求。由尹思佳等人 测 量 检 测 可 知 黑 土 土 壤 的 酸 碱 度 范 围4在4.67-7.76平均值为6.15，适合大部分微生物的生长。黑土土壤上层颗粒间的空隙有良好的通气条件可以为微生物提供良好的有氧条件，随着土层的加深，氧气的含量越来越少，为微生物的生长提供了有氧和无氧的条件，以供好氧菌，兼性厌氧菌，厌氧菌以
7、及其他微生物的生长。3 土壤微生物的主要种类 土壤微生物是土壤中一切肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称，严格意义上应包括细菌、古菌、真菌、病毒、原生动物和显微藻类。其个体微小，一般以微米或毫微米来计算，通常 1 克土壤中有几亿到几百亿个，其种类和数量随成土环境及其土层深度的不同而变化。它们在土壤中进行氧化、硝化、氨化、固氮、硫化等过程，促进土壤有机质的分解和养分的转化。其中数量最多并且发挥主要功能性作用的微生物为细菌，放线菌和真菌。3.1 土壤细菌 通过王泽莹等人的研究5可知，在巨柏的根系与非根系的土壤细菌总共发现 51 个门，1269 个属，并且根系与非根系土壤中的细菌多样性指数和丰富度指
8、数无显著差异，但其物种组成上存在显著差异。付先恒等人对于玉米根系与非菌系的土壤真菌也同样表明在根系或者非根系的细菌菌落结构具有相似性，但是根系与非根系之间的细菌群落有着显著的差异9。陈瑞6以及丛微8等人的调查研究结果也有着相似的结论，同一地区不同地方的土壤中的优势菌属的种类基本相同，细菌群落的基本组成也十分相似，只是不同样本中的细菌丰富度不同。但是对于不同气候的森林土壤当中细菌和真菌的多样性和群落结构却存在着明显的不同，其中细菌的多样性有着明显的差异。r-策略和 K 策略是导致根系和非根系菌落结构差异的主要因素9。3.2 土壤放线菌 经过王炫栋的研究调查可知，在一定的维度范围内，温度越低越利于
9、土壤根系放线菌的生长繁殖，越能够分离得到更多的放线菌菌株14，并且高海拔的地区对于低海拔地区来说，土壤放线菌的数量与丰富度更高，由此可见，影响土壤放线菌种类和数量的主要因素是温度。放线菌对干燥条件抗性比较大，并能在沙漠土壤中生存，它们比较适合在碱性或中性条件下生长，对酸性条件较敏感。放线菌的生长使土壤带有特殊的土腥气味。相比于土壤细菌和土壤真菌，土壤放线菌的相关调查研究较少，但是放线菌作为土壤中主要的微生物种类之一，发挥着重要的作用，并有着极大的研究价值。3.3 土壤真菌 按照营养方式来分，土壤真菌可以分为三种类型，分别为腐生营养型、共生营养型和病理营养型，土壤中的真菌类型主要是以共生营养型和
10、腐生营养型占比较高12，经过多人的研究调查可知子囊菌门和担子菌门多为优势菌种。真菌在土壤物质循环中起着重要作用，它们中的许多类群能分解纤维素、木质素等难分解的有机物质。土壤真菌可以游离的状态存在或与植物形成共生关系，丝状真菌主要存在于表土层的枯枝落叶中。经过田力等人的调查研究可知，一般认为土壤中真菌功能群多样性与环境复杂性有关。经度、纬度是影响生境土壤真菌群落结构变化最重要的两个因子，其次当地的植被类型和年均降雨量以及海拔对土壤真菌的多样性也有一定影响10，凋落物的分解对土壤有机质的形成和稳定、土壤微生物群落的丰度和多样性以及养分动态变化同样具有显著影响。4 土壤微生物的研究调差方法 4.1
11、运用 16S rRNA 测序法 王泽莹等人利用 16SrRNA 的方法5，使用 338F 和806R 对细菌的 16SrRNA 基因的两个可变区进行 PCR 扩增，再对扩增后的产物进行测序，对土壤中的细菌种类进行鉴定和数据收集。运用 16S rRNA 测序，还可以研究动物肠胃菌群以及其他自然环境中的细菌菌落的多样性情况。4.2 基于高通量测序对土壤细菌群落结构进行分析 对取样的土壤细菌进行 DNA 提取，使用 341F 和806R 对细菌的 V3 和 V4 两个区域进行 PCR 扩增，利用电泳技术对 PCR 产物进行检测后并进行回收，对回收的产物利用测序平台进行检测，最后运用分析软件对测序结果
12、进行归类处理6。近年来，高通量二代测序大大提高了环境样品中不同微生物系统型的分辨率和可检测光谱，在微生物生态学研究中发挥着重要作用。中文科技期刊数据库（全文版）自然科学 67 5 微生物在土壤中的功能与作用 由 Tedersoo L 等人的研究可知7，具有维管组织的绝大多数植物都与真菌和细菌有关联，菌根真菌可以和植物的根系结合，增强植物获取营养物质的能力和植物的抗逆性。菌根真菌还可以协助植物与土壤中的其他微生物的相互作用，例如产生维生素并抵抗拮抗剂的病原体和菌根际互助剂。经过魏晓帅等人的研究表明土壤中的乳牛肝菌属可以促进针叶林对于磷元素和水分的吸收11，并且土壤真菌可以增加土壤当中有机质的积累
13、和转化，为其他微生物的生长繁殖以及植物的生长发育提供了有利条件。陈瑞6等人的研究表示，即使是同一菌属的细菌在土壤中也可能发挥着不同的作用，不同属的细菌在土壤中起到的功能也可能相同。土壤真菌同时可以作为反应土壤状态的指标，通过王亚妮等人的研究13，对土地进行人工植被重建之后，土壤真菌群落的丰富度得到了显著的改善和提升，所以可以通过调查土壤中的群落状态来判断土壤的状态。土壤中的放线菌可以产生抗病原细菌的代谢产物，具有杀菌作用，并有杀虫和驱虫的活性，同时放线菌可以产生植物激素，促进植物的生长发育，并且在缺少磷元素的土壤当中，一些放线菌可以溶解土壤当中的不溶性磷酸盐，增加土壤当中的磷元素。并且有相关研
14、究表明，放线菌可以降解许多种类的农药，可以减缓在农业生产中农药残留对土壤环境的影响，改善土壤状态。6 展望 现阶段对于土壤微生物的调查包括土壤微生物的功能研究以及如何改善土壤微生物结构并不充分，现阶段表明在同一经纬度差异不大的地区土壤微生物包括土壤细菌、土壤真菌、土壤放线菌的结构组成和主要优势菌种差异不大，对于东北三江平原不同地区农地分别对农作物根系和非根系的各类微生物进行采样研究，可以基本掌握各地土壤的基本状况，并针对不同地区的具体情况，采取不同的物理以及生物措施对当地的土壤进行维护或者修复改善，对于保护东北黑土面积有着重要意义。参考文献 1张少良,张海军,肖梓良,等.东北典型黑土区农田景观
15、多尺度土壤养分时空分异研究进展J.东北农业大学学报,2020,51(7):86-96.2张兴义,刘晓冰.东北黑土区沟道侵蚀现状及其防治对策J.农业工程学报,2021,37(3):320-326.3梅楠,谷岩,李德忠,等.基于最小数据集的吉林省黑 土 耕 层 土 壤 质 量 评 价 J.农 业 工 程 学报,2021,37(12):91-98.4尹思佳,李慧,徐志强,等.东北典型黑土区旱地耕层土壤肥力指标的纬度变化特征及其关系J.中国农业科学,2021,54(10):2132-2141.5王泽莹,聂丽妍,巩文峰,等.巨柏根际与非根际土壤 细 菌 多 样 性 及 功 能 1)J.东 北 林 业 大
16、 学 学报,2023,51(4):55-61 6陈瑞,杨德强,赵长林.基于高通量测序天麻土壤细菌群落结构分析J.西南林业大学学报(自然科学),2023,43(1):74-87.7Tedersoo L,Bahram M,Zobel M.How mycorrhizal associations drive plant population and community biology.Science.2020 Feb 21;367(6480):eaba1223.8丛微.于晶晶,喻海茫,等.不同气候带森林土壤微生 物 多 样 性 和 群 落 构 建 特 征 J.林 业 科学,2022,58(2):70
17、-79 9付先恒,李世清,岳善超,等.玉米根际和非根际土壤细菌微多样性与土壤有机碳矿化的关系J.水土保持通报,2023,43(1):323-331.10田力,安明态,张央,等.三种宽瓣亚属植物生境土壤 真 菌 群 落 特 征J.中 国 环 境 科学,2023,43(4):1995-2006.11魏晓帅,郭米山,高广磊,等.呼伦贝尔沙地樟子松根内真菌群落结构与功能群特征J.北京大学学报(自然科学版),2020,56(4):710-720.12李斌,史鸿翔,刘兰兰,等.女贞叶 茎 根及根际土 壤 真 菌 群 落 结 构 及 功 能 群 特 征 J.林 业 科学,2022,58(5):102-112.13王亚妮,胡宜刚,王增如,等.人工植被重建对沙化高寒草地土壤真菌群落特征的影响J.土壤学报,2023,60(1):280-291.14王炫栋,宋振,兰赫婷,等.杨梅园土壤优势放线菌的 分 离 及 其 防 病 促 生 功 能 J.中 国 农 业 科学,2023,56(2):275-286.基金项目：本文系 2022 年大学生创新创业训练计划省级指导项目（编号：S202210222099）。
