地膜覆蓋對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

地膜覆對(duì)壤微生群結(jié)構(gòu)的響摘要：地膜覆蓋因其對(duì)改善耕層土壤的水熱狀況具有顯著作用，在中國北方干旱半干旱地區(qū)被廣泛應(yīng)用。土壤的結(jié)構(gòu)、通氣性、水分狀況、養(yǎng)分狀況等對(duì)土壤微生物均有重要影響。本文研究了長期覆膜栽培條件下的土壤微生物種群和生物活性,為地膜覆蓋栽培技術(shù)的長期應(yīng)用和持續(xù)發(fā)揮增產(chǎn)作用提供科學(xué)依據(jù)。關(guān)鍵字膜覆蓋；微生物群落結(jié)構(gòu)土壤微生物是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部,土壤有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、循環(huán)的主要?jiǎng)?在推動(dòng)地球生物化學(xué)元素循環(huán)過程中起著重要作用

。土壤微生物組成的質(zhì)與量的變化是土壤健康狀況的重要敏感指示

[2]

。土壤微生物多樣性可以定義為生命的豐富度,表著微生物群落的穩(wěn)定性,也反映土壤生態(tài)機(jī)制及土壤脅迫對(duì)微生物群落的影響。土壤微生物群落結(jié)構(gòu)主要指土壤中各主要微生物類群包括細(xì)菌、真菌、放線菌等)在土壤中的數(shù)量以及各類群所占的比率其結(jié)構(gòu)和功能的變化與土壤理化性質(zhì)的變化有關(guān)[3]

。1水對(duì)生的響水分微生物細(xì)胞中的結(jié)合態(tài)水約束于原生質(zhì)的膠體系統(tǒng)之中，成為細(xì)胞物質(zhì)的組成成份，是微生物細(xì)胞生活的必要條件。游離態(tài)的水是細(xì)胞吸收營養(yǎng)物質(zhì)和排出代謝產(chǎn)物的溶劑及生化反應(yīng)的介質(zhì)；一定量的水分又是維持細(xì)胞滲透壓的必要條件。由于水的比熱高又是熱的良導(dǎo)體，故能有效地吸收代謝過程中產(chǎn)生的熱量，使細(xì)胞溫度不致于驟然升高，能有效地調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的溫度。微生物如果缺乏水分，則會(huì)影響代謝作用的進(jìn)行。水分的影響不僅取決于含量的多少，更重要的是其可給性。溶質(zhì)濃度高低和固體表面對(duì)水的親和力都影響水分對(duì)微生物的可給性。環(huán)境中水的可給性一般以活水度ａ（wateractivity）來表示。它是指在一定溫度和壓力條件ｗ下，溶液蒸汽壓（ｐ）與純水蒸汽壓（ｐ）之比，公式為０ａ＝ｐ／ｐｗ

０各環(huán)境中ａ值在0至1之間，純水的ａ=1。水中有其他溶質(zhì)時(shí)，溶質(zhì)的ｗｗａ值降低，溶質(zhì)愈多，ａ值越小，土壤中水活度在0.90至1.00之間。每種ｗｗ微生物都有最適ａ值，超過或低于最適ａ值，都會(huì)通過影響滲透壓的變化而ｗｗ

影響微生物的生長。細(xì)菌、放線菌和真菌的孢子耐旱能力強(qiáng)，可在干旱條件下長期存活，當(dāng)水分適宜時(shí)萌發(fā)生長。2、度微物影溫度是響微生物生長繁殖最重要的因素之同微生物隊(duì)溫度的要求不同，這是由于不同微生物在長期進(jìn)化過程中形成的隊(duì)環(huán)境的適應(yīng)機(jī)制決定的，表現(xiàn)出微生物分布生態(tài)環(huán)境的多樣

。在一定溫度范圍內(nèi)，機(jī)體的代謝活動(dòng)與生長繁殖隨著溫度的上升而增加，當(dāng)溫度上升到一定程度，開始對(duì)機(jī)體產(chǎn)生不利的影響。當(dāng)達(dá)到微生物生長的最適溫度時(shí)，微生物迅速生長。值得指出的是，最適的生長繁殖溫度不一定是微生物代謝的最適溫度。3微物落構(gòu)研方傳統(tǒng)上,土壤微生物群落的分析多依賴于培養(yǎng)技術(shù)即使用培養(yǎng)基最大限度地培養(yǎng)各種微生物群體,由此了解土壤中的可培養(yǎng)微生物群落。但由于只有極小部分土壤微生物是可培養(yǎng)的[6]

,因而,此方法所獲得的土壤微生物多樣性的信息是有限的。磷脂脂肪酸(PLFA)分析和核酸分析等多種現(xiàn)代技術(shù),從不同角度來研究微生物多樣性[7]

,這些方法可用于分析包括可培養(yǎng)微生物和不可培養(yǎng)微生物在內(nèi)的整個(gè)微生物群落。其中,Biolog分析被用作表征微生物群落的功能潛力,即被用于估計(jì)碳源利用模式等功能多樣[8]

;PLFA分析用于表征土壤中數(shù)量上占優(yōu)勢的微生物，PLFA的相對(duì)量可顯示所指示微生的相對(duì)含量PLFA的總量可被用作指示土壤微生物的生物量[9]

。核酸分析方法是目前最重要的土壤微生物多樣性研究方法該方法中最常用的是基于PCR的核DNA(rDNA)分析方法(即rDNADGGE/TGGE指紋分析方法),即從土壤微生物中擴(kuò)增小亞基rRNA基因(165rDNA185rDNA),擴(kuò)增產(chǎn)物用變性梯度凝膠電泳(DGGE)或溫度梯度凝膠電泳(TGGE)離,由DGGE或TGGE帶譜及進(jìn)一步對(duì)分離的DNA片段的克隆和序列分析可了解土壤中微生物的種類及群落構(gòu)。這些現(xiàn)代研究方法的采用使我們能夠獲取土壤微生物群落的更全面而完整的信息,較完全地了解環(huán)境過程和人類活動(dòng)對(duì)土壤微生物多樣性的影響10]

。利用磷脂類化合物中的脂肪酸組成來估價(jià)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)是近幾年一種常用微生物定量結(jié)構(gòu)分析方法

[11]

。PLFA是微生物量的活性部分,能較為準(zhǔn)確地反映土壤微生物的相對(duì)生物量及脂肪酸圖譜可以對(duì)土壤微生物群落進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測,更客觀地反映土壤生態(tài)系統(tǒng)的健康程度和波動(dòng)情況使之為人們所

了解和調(diào)控。磷脂是構(gòu)成生物細(xì)胞膜的主要成分約占細(xì)胞干重的5%

[12]

,只存在于所有活細(xì)胞膜中,一旦生物細(xì)胞死亡,其中的磷醋類化合物馬上消失,生物中的磷酪類化合物能顯示出快速轉(zhuǎn)換率,而且生物可以含有相對(duì)固定量以磷酷類化合物形式作為它們的生物量[13]

。一些學(xué)者曾發(fā)現(xiàn)使用直接從土壤中提取的磷醋類化合物的量可準(zhǔn)確地表達(dá)成土壤微生物的生物量14]

。此外,我們從磷酯類化合物的組成成分中還可以得到土壤微生物群落結(jié)構(gòu)方面更為重要的信息、可見分析是快速、高效的分析方法,不會(huì)像傳統(tǒng)方法那樣低估了微生物的多樣性。4地覆對(duì)生群結(jié)的響北方旱作農(nóng)區(qū)冬春季干旱多風(fēng)，降雨量少且降雨時(shí)空分布不均勻，田間蒸發(fā)量大，作物水分利用效率低[15]

。因此，通過集雨保墑等技術(shù)措施提高降水利用率是旱作農(nóng)業(yè)發(fā)展的基本技術(shù)途[16]

。地膜覆蓋因其對(duì)改善耕層土壤的水熱狀況具有顯著作用，在中國北方干旱半干旱地區(qū)被廣泛應(yīng)用17]

。研究表明[18]

，地膜覆蓋可增加土壤貯水量30%、降低蒸散量50%、減少水分虧缺15%以上。Choi等[19]

通過置于土壤表面的熱敏電阻記錄下來的數(shù)據(jù)分析得到,地膜覆膜分別使表層5cm處的土壤溫度分別升高了2.8-9.4°C和0.93-7.3°C。地膜覆蓋能改變土壤的溫度、水分等環(huán)境因素,必然導(dǎo)致土壤物理、化學(xué)性質(zhì)和生物學(xué)性狀的變化[20]

。土壤微生物群落是土壤生物區(qū)系中最重要的功能組分不僅土壤微生物本身是土壤養(yǎng)分重要的“源”和“匯”,支撐著土壤肥力它還對(duì)所生存的微壞境十分敏感,對(duì)土壤生態(tài)機(jī)制變化和環(huán)境脅迫做出反,導(dǎo)致群落結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變,所以被認(rèn)為是土壤生態(tài)系統(tǒng)變化的預(yù)警及敏感指標(biāo)指示土壤質(zhì)量變化。此外,土壤微生物多樣性代表著群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性土壤微生物通過調(diào)節(jié)有機(jī)質(zhì)的分解動(dòng)態(tài)平衡和營養(yǎng)對(duì)植物的可利用性來調(diào)節(jié)土壤生態(tài)系統(tǒng)21]

。研究表明：（1）地膜覆蓋對(duì)土壤微生物PLFA圖譜的影響在玉米的不同生育期表現(xiàn)出不同的結(jié)果，說明覆膜后,土壤微生物群落組成發(fā)生了改變22]

。地膜覆蓋條件下土壤微生物脂肪酸圖譜發(fā)生變化一方面是因?yàn)楦材?dǎo)致微生物種類的變化[23]

;另一方面,是由于地膜覆蓋使微生物生長的環(huán)境發(fā)生改變,而導(dǎo)致微生物發(fā)生的一系列生理反應(yīng)[24]

。PLFA譜圖發(fā)生變化更多的是源于樣品中微生物的組成和生物量的變化。生物體內(nèi)細(xì)胞中磷脂的含量通常可認(rèn)為相對(duì)顯著恒定,不過,磷脂含量并非絕對(duì)不變,環(huán)境壓力會(huì)影響膜脂[25]

。環(huán)境壓力會(huì)導(dǎo)致磷脂雙分子層流動(dòng)性的增加,這會(huì)導(dǎo)致形成磷脂非雙分子層相,進(jìn)而影響細(xì)胞膜的滲透性[26]

。為了消除環(huán)境壓力帶來的雙分子層流動(dòng)性PLFA加大的變

化,細(xì)胞膜改變自身磷脂脂肪酸的結(jié)構(gòu)而發(fā)生適應(yīng)性改變是生物體內(nèi)消除這些影響的機(jī)制之一[27]

。（2）覆膜后土壤微生物群落組成發(fā)生了改變盡管土壤的施肥處理不同,但覆膜處理使土壤微生物的群落在結(jié)構(gòu)上有一致化的發(fā)展趨勢。這可能是因?yàn)榈啬じ采w有提高地溫,抗旱保墑,有機(jī)質(zhì)分解加快和養(yǎng)分活化及利用率提高的作用[28]

,從而改善微生物生長的環(huán)境,使微生物種內(nèi)和種間及微生物與作物之間對(duì)養(yǎng)料和水分的競爭較小從而使各類微生物生長繁殖較好,所以沒有明顯的優(yōu)勢種群,群落結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定且較相似,有一致化的發(fā)展趨勢[29]

。ALVEYS通過研究裸地、半覆膜、全覆膜處理氨氧化細(xì)菌和氨氧化古菌的影響表明：覆膜處理通過直接影響土壤溫度、水分變化從而間接影響農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中參與硝化過程的氨氧古菌、氨氧化細(xì)菌尤其是氨氧化細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成和多樣性發(fā)生變化,加速了氮的礦化速率,致硝態(tài)氮急劇增加,但覆膜處理對(duì)參與反硝化過程的ｎｉｒＫ基因群落結(jié)構(gòu)組成及多樣性沒有明顯的影響暗示著合理的覆膜技術(shù)應(yīng)用有利提高土壤肥力,增加農(nóng)作物產(chǎn)量而對(duì)生態(tài)環(huán)境沒有明顯的影響[30]。長期覆膜處理增加了作物產(chǎn)量但同時(shí)改變了土壤的內(nèi)在屬性,對(duì)于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性發(fā)展是否產(chǎn)生影響卻不得而知。土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)生命力的表征,是維持土壤質(zhì)量的重要組成部分能敏感的對(duì)環(huán)境變化作出相應(yīng)的反應(yīng),因此被認(rèn)為是土壤質(zhì)量最敏感的生物學(xué)指標(biāo)。地膜覆蓋栽培土壤微生物數(shù)量增多,生物活性加強(qiáng),采用適當(dāng)?shù)呐喾蚀胧┍３滞寥鲤B(yǎng)分狀況、協(xié)調(diào)生物間相互關(guān)系,對(duì)于地膜覆蓋栽培技術(shù)的長期應(yīng)用和持續(xù)發(fā)揮增產(chǎn)作用是十分重要的[31]

。參文李默隱地膜覆蓋栽培對(duì)土壤溫度、容重、水分及煙葉產(chǎn)量的效[J].土壤通報(bào)(1):29.白云清土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的化學(xué)估價(jià)方法[J].農(nóng)環(huán)境護(hù),2005,16(6):252-256.汪景寬張繼宏地膜覆蓋對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化的影響[J].土壤通報(bào)陳麗芳王瑩汪景寬2008.期地膜覆蓋與施肥對(duì)土壤磷素和玉米吸磷量的影.土壤通報(bào),一

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