微生物的作用.doc

试论土壤微生物在土壤生态系统的中作用摘要：土壤微生物在土壤中分布广、数量大、种类多，土壤微生物量及其活性对土壤生态系统具有重要意义，其作用主要表现在：1、分解土壤有机质，促进腐殖质形成，同时进行氮、磷、硫等养分的循环和转化；2、促进土壤的形成，改善土壤的理化性质, 增强土壤酶活性，培肥土壤；3、促进植物生长；4、土壤呼吸的重要来源；5、污染环境修复，吸附和转化有机污染物和重金属，土壤健康评价标准。土壤微生物量是土壤重要的肥力指标和健康指标，研究利用土壤微生物可用于各种退化土壤生态系统的修复与重建以及发展持续农业。关键字：土壤微生物 土壤生态系统 作用 指标 修复 重建Abstract: Soil microorganisms is widespread, extensive and various in soil. In the soil ecosystem the Soil microbial biomass and activity is significant meaningful and its function is mainly as follows: 1. Decompose the soil organic matter, promote humus and circulate，transform the nutrient element such as nitrogen, phosphorus and sulfur; 2. Promote the formation of the soil, improve soil physical and chemical properties, and enhance the activity of soil enzyme, buildup soil fertility. 3. Promote plant growth; 4.Source of soil respiration. 5. Restore polluted environmental, adsorb and transform the organic pollutants and heavy metal, and the soil health evaluation standard. Soil microbial biomass is important soil fertility index and health indicators, the use of soil microbial can be applied to rehabilitate and rebuild various degradation of soil ecosystem and develop sustainable agriculture.Key words: soil microorganism soil ecosystem evaluation standard function rehabilitate rebuild 土壤微生物是土壤生物中最活跃的部分，土壤生物活性约80%应归结为土壤微生物，且微生物在土壤中分布广、种类多、数量大。目前估计各类土壤微生物的种类数为：细菌30000 种、藻类60000种、真菌1500000种、原生动物100000种、线虫500000种以及蚯蚓3000种。平均每克土壤中微生物的数量就可达1 亿以上，最多可达几十亿。土壤微生物在土壤生态系统中具有重要意义，是土壤肥力和土壤健康的重要指标，在各种类型的退化土壤生态系统修复和重建领域具有广泛应用。土壤微生物是土壤有机物的主要分解者，通过分解动物残体获得自身所需的营养物质的同时，为植物生长提供必要的养分元素，是陆地生态系统生物小循环的重要环节。微生物在土壤生态系统中的作用主要表现在以下几个方面。1、 分解土壤有机质，促进腐殖质形成，同时进行氮、磷、硫等养分的循环和转化。土壤微生物通过对植物残体的分解将固持在其中的碳、氮、磷、硫等营养元素重新释放出来，成为土壤的有效养分，供植物吸收利用。土壤微生物的分泌物和有机残体的分解中间产物可以促进土壤腐殖质的合成和土壤团聚体的形成，促进无机物的转化和增加土壤的肥力。土壤微生物量是土壤活的有机质部分，指土壤中除去活的植物体（如植物根系等）和动物外，体积小于5103 m3的生物物质的总量，其主要生物类群有细菌、真菌、藻类和原生动物等。土壤微生物本身含有大量的养分，土壤微生物量的周转深刻影响着土壤C、N、P 和S 等的植物有效性及其在陆地生态系统中的循环。土壤微生物通过产生有机酸，溶解不溶态的无机磷，通过分泌磷酸酶分解有机磷，在分解有机质时释放CO2 ，生成H2CO3 和HCO3 ，对含磷矿物起风化作用，增加钙、镁磷盐的溶解性。土壤中有相当比例的微生物能促使植物难以利用的不溶性无机磷酸盐进入溶液土壤有机磷质量分数占全磷的1/31/4，主要有核酸、植素和磷脂三大类，它们一般必须经过降解、矿化才能为植物所吸收利用。土壤有机磷的矿化和积累是以土壤微生物为中介，在磷酸酶的作用下进行的。当磷是土壤微生物和植物生长的主要限制因子时，土壤微生物分泌的酸性或碱性磷酸酶，将植酸盐、磷脂等有机磷化物水解，转化为简单的无机化合物为植物所吸收利用微生物对土壤磷素的固定与释放，主要受土壤中可降解有机物含磷量的影响。1土壤中中有机硫的矿质化、无机硫化物的氧化和硫酸盐的还原，主要由微生物推动，在通气良好的情况下，自养微生物将亚铁氧化成为溶解度低的高价状态，而不致于在高浓度条件下对植物产生毒害；有些细菌和真菌能产生酸性物质，如硝酸、碳酸、硫酸和有机酸而增加铁的溶解度使铁进入溶液，或产生的有机酸与铁生成有机铁的络合物被植物吸收。有少部分微生物( 如圆褐固氮菌、雀稗固氮菌、固氮红螺菌、根瘤菌等) 可将大气中的分子氮转化为氮素化合物，供植物吸收。2、促进土壤的形成，改善土壤的理化性质, 增强土壤酶活性，培肥土壤。自然土壤的形成是微生物和绿色植物在土壤母质上发生发展的过程。岩石的风化与崩解只是形成了土壤母质，在没有生物出现的情况下，它本身释放的某些矿质养分不断随水流失而不能保持。尤其是风化崩解产物中不含氮素，磷素含量也很低，不能满足植物生长发育所需。但母质为微生物的生长创造了条件，矿质养分满足了化能自养细菌的生长，而微生物的生长繁殖使母质逐步累积了有机质和氮素，为低等植物的生长准备了条件，同时阻止了风化过程的养分淋溶作用使营养元素得以保存，这种养分元素不断累积的过程乃是土壤形成过程的本质。成土过程必须以岩石的风化过程为基础，由于有机物质的不断累积，促进了土壤肥力的发展。真菌、细菌影响土壤颗粒的聚集，改善了土壤团粒结构和水份状况。土壤微生物群落结构主要指土壤中各主要微生物类群（包括细菌、真菌、放线菌等）在土壤中的数量以及各类群所占的比率，其结构和功能的变化与土壤理化性质的变化有关。2土壤的结构、通气性、水分状况、养分状况等对土壤微生物均有重要影响研究发现，在熟化程度高和肥力好的土壤中，土壤微生物的数量较多，细菌所占的比例较高；而在干旱及难分解物质较多的土壤中，土壤微生物总数较少，细菌所占比率相对较低，而真菌和放线菌的比率相对较高土壤退化或受损会影响到土壤微生物的多样性土壤微生物数量、种类及其组成会随土壤受污染与退化的程度发生变化。活体微生物对土壤酶的影响相当大。特定的土壤酶活性与细菌和真菌类群密切相关。土壤微生物数量, 尤其是土壤细菌的丰富度与土壤磷酸单酯酶、-葡聚糖酶、脱氢酶和水解酶等酶活性呈显著正相关土壤酶是一种生物催化剂, 主要来源于土壤微生物和植物根系的分泌物及动植物残体分解释放的酶, 包括氧化还原酶类、水解酶类、裂合酶类和转移酶类等。3土壤微生物生物量与土壤有机质、全氮、全磷、速效钾呈现出显著或极显著正相关关系，并且土壤微生物的生物量碳比生物量氮更为灵敏。免耕条件有利于土壤有机碳和有机氮的积累，免耕土壤中细菌和真菌的生物量均较高；而耕作活动加速了土壤微生物对有机质的消耗，使得土壤有机碳、氮含量低于免耕土壤，同时其土壤中的微生物数量和生物量也显著减少。4在利用土壤微生物量进行肥力评价时，土壤微生物量碳与土壤有机质、全氮、碱解氮和全磷的相关性均优于土壤微生物量氮与这些因素的相关性，说明土壤微生物量碳在作为评价土壤肥力指标时较微生物量氮的灵敏度更高些。5长期施用氮肥虽然增加了植物根茬等的残留, 但由于土壤的C /N 比下降，加速了土壤原有有机碳分解，导致土壤中积累的有机碳总量减少，土壤有机质含量下降。同时长期单施化肥使微生物的生存环境变劣，生物区系减少，数量下降。而有机肥与化肥配合施用，既补充输入了有机碳源又改善了土壤物理性状，这大大刺激了土壤微生物活性，微生物量C、N 与有机质之间的依赖关系也是一条最为普遍的规律，与土壤肥力紧密相关，可以作为指示肥力的重要指标。63、促进植物生长作为生产者的植物为土壤微生物提供了碳源，而土壤微生物作为分解者为植物生长提供养分。同时，由于微生物在分解有机质的过程中只有当自身的营养需求被满足时才会提供植物体养分，所以植物与土壤微生物之间也存在对养分的竞争植物通过其凋落物和分泌物为土壤微生物提供营养，导致植物和微生物之间的协同进化，促进土壤微生物的多样性土壤微生物可以分解可溶性和不溶性有机物。7将其转化为植物可以吸收利用的无机形态。研究表明，不管是根际还是非根际土壤，健康树土壤微生物数量微生物作用强度均明显大于衰弱树根系不断地分泌着各种代谢产物，如糖类、氨基酸、有机酸及其他化合物等，为微生物提供营养。根表皮组织死亡、脱落，改善了周围土壤的物理性质和化学性质，丰富了土壤有机质，为微生物的大量增殖创造了条件，土壤养分转化作用强。8微生物具有固氮作用。微生物固定不可移动氮的季节性格局对植物吸收氮很重要，在氮强烈受限的生态系统，微生物秋季固定的不可移动氮最多植物与土壤微生物共生是自然界中普遍存在的生物学现象。9在土壤贫瘠的山地条件下，接种外生菌根真菌，可以改善土壤中微生物的种群结构，提高土壤中细菌、真菌、放线菌的数量, 植物与真菌之间的互利共生关系能提高植物的耐热性。4、土壤呼吸的重要来源土壤呼吸是地球化学循环的重要组成部分，并对土壤碳释放及大气中碳平衡起着至关重要的作用。土壤微生物在土壤中组成一个复杂食物网系统，是土壤活性酶的重要来源，直接参与土壤呼吸等各种地球化学循环过程，支配着50% 70%的土壤呼吸速率。土壤微生物在一定程度上支配着通过土壤呼吸所进行的C 释放。通常是真菌首先分解植物残余物，随着细菌数量的增加，细菌开始分解某些植物成分，也分解真菌死亡的菌丝，而放线菌则对土壤中腐殖酸的形成起着重要作用。10土壤呼吸的3个生物学过程，即土壤微生物呼吸、土壤动物呼吸及植物的根呼吸，都与土壤有机酸有着直接的联系，如土壤微生物可以分解和产生有机酸，其次生代谢产物，也能刺激或抑制植物根系分泌有机酸，如一些菌丝真菌能释放大量的草酸和柠檬酸；土壤低分子量有机酸是微生物生长繁殖的能源之一，它直接影响到微生物的种类和数量。土壤低分子量有机酸是具有一至数个羧基的小分子碳水化合物，主要来源于动植物残体的分解，植物根系的分泌和土壤微生物的代谢，它参与成土作用、促进矿物溶解；提高土壤微生物和酶的活性。11研究表明土壤细菌和放线菌对土壤呼吸的影响大土壤低分子量有机酸的产生直接与土壤微生物数量和活性密切相关。土壤呼吸也强烈地受降雨的影响，土壤呼吸的变化趋势与土壤微生物量的变化趋势相似，降雨使土壤呼吸产生明显的激增效应，土壤呼吸的值较干旱期有显著的提高随着降雨过程中与降雨后水分的下渗，降雨往往使干旱的土壤水分在短期内迅速增加，此时土壤的通透性、土壤溶液中的可溶性有机质的浓度等土壤的理化性质也会发生相应的变化，进而间接地影响土壤微生物量和土壤呼吸，这在干旱和半干旱地区这种效应尤为明显。土壤历经长时间的干旱，降雨使土壤微生物产生“Birch 效应”，诱发土壤微生物量和呼吸的激增。短期干旱后的降雨使土壤微生物量和土壤呼吸产生的激增效应不及长时间干旱后降雨所产生的激增效应。降雨使土壤微生物量和土壤呼吸产生的激增效应仅持续1 d，降雨后的第2天便有所下降。125、污染环境修复，吸附和转化有机污染物和重金属，土壤健康评价标准。土壤微生物对尾矿中的磷、硫、铁、钾以及微量矿质元素各自的循环转化起着重要的作用。生物固氮作用在增加尾矿肥力方面具有重要的作用。土壤微生物尤其是菌根的形成能明显提高尾矿生物活性和促进植物生长。某些土壤微生物能体提高植物抗病害能力，某些土壤微生物与大多数植物共生，促进植物生长发育，改善水分状况。土壤微生物具有提高植物耐盐碱的能力，从枝菌根具有提高植物抗酸的能力。某些土壤微生物能够适应极端的环境，这种微生物称为极端微生物( 嗜极菌)，降低尾矿毒性和益于植被的恢复。13土壤微生物可通过自身的各种代谢活动，对尾矿中的污染物质，如重金属、放射性垃圾进行代谢、降解和转化， 从而消除或降低污染物的毒害，对土壤起着天然的净化作用。土壤微生物本身及其代谢产物都能吸附和转化重金属。微生物可通过带电荷的细胞表面吸附重金属离子，或通过摄取必要的营养元素主动吸收重金属离子，将重金属离子富集在细胞表面或内部。菌根对于植物吸收Cu、Zn 和Pb 等重金属有着调控的作用，这可能与菌根对重金属的生物吸附和富集，或者由于菌根促进磷酸根离子的吸收使其与重金属形成多聚磷酸盐在根部累积有关。有些微生物具有嗜重金属性，微生物可通过直接的氧化作用或还原作用，改变重金属的价态，金属价态的改变会影响到金属的溶解性、移动性以及生态毒性。14土壤微生物的代谢作用能产生多种低分子量的有机酸，如甲酸、乙酸、丙酸和丁酸等。在土壤环境中，细菌与不同类型的土壤胶体及重金属相互作用机制及对重金属形态和生物有效性的影响。很多微生物可以依靠农药作为唯一的碳源和能源，有时还可以作为唯一的氮源而生长，还值得注意的是，有许多微生物不仅能代谢在自然界中原来不多见的含氯有机化合物，而且也能代谢它们从未接触过的各种新物质。这种能力可能来自两方面：第一，由于微生物原有遗传力经诱导而产生的酶；第二，通过变异而改变了酶的控制系统。有机磷农药的分解，有机磷农药在土壤中很容易分解，微生物降解有机磷酸酮杀虫剂的最普通的机理就是通过醋酶发生水解作用。对硫磷在没有土壤微生物参与时降解相当缓慢，而在微生物作用下则分解十分迅速、在许多解毒反应中是由于微生物能利用农药作为它们的碳源和能源。但是微生物也能使农药发生化学结构的改变，而不从此等反应中取得足够其生一长作用的碳源和能源，这种过程称共代谢。当然在发生共代谢时，微生物必须从其它底物中取得所需的全部或部分的碳和能。15共代谢的现象对环境污染的消除十分重要的，因为有可能通过微生物一系列共代谢的反应使一种农药全部降解。根际微生物区系在根部致病过程中起着重要的作用。自然土壤中的微生物对病原菌产生的拮抗和抑菌作用影响着病害的发生程度。植物根部病害的生物防治主要是通过降低病原菌初始数量和密度或降低病原菌侵染的能力得以实现根际土壤中真菌、细菌和放线菌等是生物防治的贡献者。这些微生物在种植作物前就存在于土壤中或在种植作物后接种到土壤中，通过它们对病原菌的拮抗作用抑制或直接杀死病原菌的菌丝和抱子。这些微生物也可与病原菌竞争营养和空间，通过产生象铁载休一类的化学物质束缚病原菌活动所需的营养(如铁等)来抑制根部病害的产生。16结论：在土壤生态系统中存在着大量的微生物群落，参与土壤中有机物质的分解和土壤腐殖质的形成和分解过程，以及土壤养分的转化和循环与各生化过程，参与土壤的成土过程，并作为重要的土壤肥力指标。土壤微生物具有吸附转化有机污染物和重金属的功能，增强土壤酶活性，对土壤呼吸具有直接间接的作用。研究土壤微生物的特性，对建立土壤肥力和质量评价指标具有重要意义，并且对各种受损或退化的土壤生态系统的修复或重建提供依据。参考文献：1 黄 敏,吴金水,黄巧云,李学垣.土壤磷素微生物作用的研究进展J.生态环境,2003,12(