四川农业大学本科毕业论文设计答辩

1、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

2、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

3、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

4、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( Soil biodiversity initia tive，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

5、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Fisdall J M Possible role of soil microorganisrrks in aggregation insodsJPlant )l1，1994，l17：145153要来源。土壤微生物生物量和土壤酶

6、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

7、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

8、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，020cm土层(特别是010cm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

9、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

10、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,et a1,1998)。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

11、。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

12、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

13、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

14、,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

15、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

16、）。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

17、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）气象资料调查室内分析测定土壤微生物区系的测定 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土壤微生物生物量碳、氮测定不同土地利用方式下微生物特性 4试验方案4.1研究区域概况及样点布设4.1.1研究区域概况研究区域设于名山中锋乡牛碾坪，地处四川盆地西南边缘，蒙顶山山脉西北部，属亚热带湿润性气候，

18、四季分明，气候温和，雨量充沛，森林覆盖率达50%，空气、水质达国家一类标准。地形为低山丘陵，沟冲交错。年平均气温15.4，年平均降雨量为1512.7mm，6-9月较集中，占全年的72.6%，且夜雨较多。年蒸发量约1029.6mm，各月平均相对湿度82%，日照年平均1053.5h，无霜期298d。茶产业是该区域经济支柱产业和农民增收致富骨干项目，农村人均拥有茶园面积均居全国第一。4.1.2样方布设 结合不同土地利用方式 (人工杉木林地、撂荒地、茶园、人工巨桉林地、枇杷园地)下植物的生长特性设置样地。分别选取具有代表性的样地，在每个样地中采用“梅花形”布点，每个样地中采8个样方，各样方分0-5cm

19、、5-10cm和10-20cm土层进行采样。4.2研究方法4.2.1野外工作方法在布设的样方上开挖土壤剖面，分别于0-5cm、5-10cm和10-20cm深度用铁铲自下往上顺次取样（在取每个层次的土样前需用该层次的土壤润洗双手和采土工具）。然后将各层所取土样在洁净塑料布上混匀，反复按照四分法分取，直到混合土样约为1千克，将土样放入无菌塑料袋中。同时用铅笔写好两张标签，一张放在样袋中，另一张扎在袋口上，标签上记载采样地点、土类名称、采集深度、采集日期及采集人等。另外还需要将有关该采样点的详细情况另记载在记录本上。4.2.2室内工作方法4.2.2.1微生物区系的测定精确称取相当于10g烘干土重的新

20、鲜样品。迅速倒入盛有三、四十粒玻璃球的100mL无菌水的三角瓶中，充分振荡15-30min，制成稀释10倍的样品稀释液，静止30s后，用mL灭菌吸管吸取1mL10倍稀释液加入9mL无菌水中（注意勿使吸管碰到无菌水），摇匀及制成100倍稀释液，换用1mL灭菌吸管将100倍稀释液吹吸几次使菌液混匀，再吸1mL移入下一盛9mL无菌水的试管中，按上述方法稀释到亿倍或十亿倍稀释液。上述样品稀释液准备完后，另取灭菌吸管吸取适当稀释倍数的样品稀释液1mL，放入已灭菌的培养皿中（吸取稀释液的顺序由稀释倍数从高到低，这样即可不必更换吸管）。再倒入熔化并冷却到50总有的琼脂培养基细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基，放线菌

21、用改良的高氏一号培养基(pH=7.2-7.4，用3重铬酸钾抑制细菌和霉菌的生长，每300mL培养基中加3重铬酸钾1mL)，真菌用马丁一孟加拉红培养基。培养基在培养皿中铺成一薄层（约1.5mm）。并在一平面上做顺时针和逆时针方向反复滑动，使样品稀释液和培养基混匀，放平待其凝固后倒转放置，在被测生物适合温度下培养（每处理重复6次，细菌采用3O恒温箱保湿培养4d，放线菌用28恒温箱保湿培养10d，真菌用25恒温箱中保湿培养7d）。培养时间到后，统计单个菌落的数目，就可计算被测样品的含菌数。同时用接种种的培养皿培养基做空白对照。4.2.2.2微生物量碳、氮的测定（氯仿熏蒸法旱地土壤）称取相当于10.0

22、g烘干土重的新鲜土壤3份，分别放在约25ml的玻璃瓶中，一起放入同一干燥器中，干燥器底部放置几张用水润湿的滤纸，同时分别分别放入一个装有50mL1mol/L NaOH溶液和一个 装有约50mL无水乙醇-氯仿的小烧杯（内加少量抗沸物质），用少量凡士林密封干燥器，用真空泵抽气直到氯仿沸腾并保持至少两分钟。关闭干燥器的阀门，在25的黑暗条件下放置24h。打开阀门，如果没有空气流动的声音，表示干燥器漏气，应重新称样进行熏蒸处理。当干燥器不漏气时，取出装有睡和氯仿的玻璃瓶。氯仿倒回瓶中可重复使用。擦净干燥器底部，拿去滤纸，用真空泵反复抽气，直到土壤闻不到氯仿气味为止。在熏蒸处理的同时设为熏蒸对照土样3份

23、。用K2SO4溶液提取碳和氮：转移熏蒸及未熏蒸图土样至离心管中，加入50mL0.5mol/L的K2SO4溶液，在震荡机上震荡浸提30min，过滤（过滤前可低速离心），滤液转入带盖的容器中。 生物量碳的测定，将上述滤液用重铬酸钾氧化滴定法测得。而生物量氮的测定则用蒸馏法测得。4.3数据处理4.3.1土壤微生物区系中菌落数量计算菌数/克干土=计数皿平均菌落数计数皿稀释倍数20水分系数4.3.2土壤微生物量碳、氮测定土壤微生物生物量碳Cmic=Ec/KEC,Ec为熏蒸后提取液中可溶性有机碳增量，KEC为熏蒸提取法转换系数，用氧化滴定时取0.38.土壤微生物生物量氮Nmic=EN/KEN EN为熏蒸提

24、取液全氮增量，KEN为熏蒸提取法转换系数，取0.54最终数据处理采用DPS、SPSS等软件对实验数据进行分析。5 预期结果5.1了解该区域不同土地利用方式下土壤微生物区系组成特征5.2掌握该区域不同土地利用方式下土壤微生物生物量碳、氮含量情况6 时间安排2009.042008.05 查阅相关文献2009.052009.07 采集、分析各样地土壤微生物区系指标和微生物量碳、氮指标2009.072010.12 整理数据撰写论文参 考 文 献1毕江涛,贺达汉,黄泽勇,等.退化生态系统植被恢复过程中土壤微生物群落活性响应J.水土保持学报,2008,22(4):194-200.2曹慧,杨浩,孙波,等.不

25、同种植时间菜园土壤微生物量和酶活性变化特征J.土壤,2002 (4):197-200.3陈蓓,张仁陟.免耕与覆盖对土壤微生物数量及组成的影响J.甘肃农业大学学报,2004,39(6):634-638.4樊军,郝明德.长期轮作与施肥对土壤主要微生物类群的影响J.水土保持研究,2003,10(1):88-114. 5范君华,刘明,洪远新,等.不同利用方式对土壤微生物区系和活性的影响J.塔里木农垦大学学报,2002,14(1):15-17.6葛红莲,陈龙,辛琪.污水灌溉对小麦土壤微生物区系的影响J.作物杂志,2008,17-19.7韩兴国,王智平.土壤生物多样性与微量气体(CO2、CH4、N20)代

26、谢J.生物多样性,2003,11(4):322-332. 8胡开辉,罗庆国,汪世华,等.化感水稻根际微生物类群及酶活性变化J.应用生态学报,2006,17(6) 1060-1064.9霍晓非,李凤忱.无机化学肥料和农药对土壤微生物的影响初探J,微生物学杂志,2008,28(2):6510-6512.10李东坡,武志杰,陈利军.有机农业施肥方式对土壤微生物活性的影响研究J,中国生态农业学报,2005,13(2):99-101.11杜连凤,张维理,武淑霞,等.长江三角洲地区不同种植年限保护菜地土壤质量初探J.植物营养与肥料学报,2006,12(1):133-137.12李祯,毛新国,申俊峰,等.城

27、市污泥和粉煤灰配施影响砂化土壤微生物区系的实验研究J.地球与环境,2006,34(3):38-42.13李建政,任南琪.污染控制微生物生态学M.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,200514林先贵,胡君利.土壤微生物多样性的科学内涵及其生态服务功能J,土壤学报,2008,45(5):892-900.15林先贵.土壤微生物学的研究进展和发展方向J,土壤,1991,23(4):210-213 16李灵,张玉,王利宝.不同林地土壤微生物生物量垂直分布及相关性分析J.中南林业科技大学学报,2007,27(2):52-60.17李松龄,张荣,蔡晓剑,等.三江源不同生态系统下土壤微生物区系研究J,青海大学学报

28、(自然科学版),2008,26(4):64-6718李延茂,胡江春,张晶,等.杉木连栽土壤微生物多样性的比较研究J,应用生态学报,2005,16(7):1275-1278.19李志辉,李跃林,杨民胜,等.桉树人工林地土壤微生物类群的生态分布规律J.中南林学院学报,2000,20(3):24-28.20李仲强,谭周进,夏海鳌.耕作制度对土壤微生物区系的影响J.湖南农业科学,2001,2:24-25.21林超峰,陈占全,薛泉宏,等.青海三江源地区风沙土养分及微生物区系J.应用生态学报,2007,18(1):101-106.22马卫宾,颜霞,谢慧丽.小麦化感作用对非根际土壤微生物区系的影响初探J.陕

29、西农业科学,2007(4)35-37.23苏永春,勾影波,张忠恒,等.东北高寒地区土壤动物和微生物的生态特征研究J.生态学报,2001,21(10):1613-1619.24孙福军,丁青坡,韩春兰,等. 沈阳市城市表土中微生物区系变化的初步研究J.土壤通报. 2006,37(4):768-771.25孙铁珩,周启星,李培军.污染生态学M.北京:科学出版社,2001.26滕应,黄昌勇,龙健,等.铅锌银尾矿污染区土壤微生物区系及主要生理类群研究J.农业环境科学学报,2003,22(4):408-411.27王国兵,阮宏华,唐燕飞,等.北亚热带次生栎林与火炬松人工林土壤微生物生物量碳的季节动态J.应用生态学报,2008,19(1):37-42.28王明道,吴宗伟,原增艳,等.怀地黄连作对土壤微生物区系的影响J,河南农业大学学报,2008,42(5):532-538.29吴建国,艾丽.祁连山3种典型生态系统土壤微生物活性和生物量碳氮含量J, 植物生态学报.2008,32(2):465-476. 30王天龙,朱天辉,朴春根,等.鄂尔多斯固定、