趙龍妹

摘要：土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，其多樣性在整個(gè)土壤生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)中起著關(guān)鍵作用，因此對(duì)其多樣性的研究具有重要意義。土壤微生物多樣性受到環(huán)境和人為干擾等多方面的影響，隨著研究的不斷深入，對(duì)其研究的方法也從傳統(tǒng)培養(yǎng)法發(fā)展到生化法和分子生物學(xué)法。目前青藏高原土壤微生物多樣性的研究已經(jīng)取得一些進(jìn)展，本文從青藏高原土壤微生物多樣性的影響因素、研究方法和研究現(xiàn)狀等方面簡(jiǎn)要地綜述了目前國(guó)內(nèi)外的相關(guān)進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：青藏高原;土壤微生物多樣性;影響因素;研究方法

中圖分類(lèi)號(hào)：S154.3 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2019）14-0006-07

土壤微生物是土壤的重要組成部分，主要包括原核微生物（細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌、放線(xiàn)菌、超顯微結(jié)構(gòu)微生物）和真核微生物（原生動(dòng)物、真菌、藻類(lèi)、地衣）兩大類(lèi)，在整個(gè)土壤物質(zhì)的循環(huán)中扮演著一個(gè)重要的角色。因此，土壤微生物的組成、分布及其多樣性是研究土壤生態(tài)功能和土壤生態(tài)平衡的關(guān)鍵，同時(shí)，土壤微生物的多樣性也受到不同地理環(huán)境中土壤理化性質(zhì)的制約[1]。土壤微生物多樣性主要包括遺傳多樣性、物種多樣性以及生態(tài)系統(tǒng)多樣性，其中物種多樣性是土壤微生物多樣性研究中最基本的內(nèi)容[2]。

青藏高原地勢(shì)高緯度低，地域遼闊，平均海拔超過(guò) 4 000 m，是目前全球海拔最高、面積最大的生態(tài)系統(tǒng)，獨(dú)特的地理位置造成了其特有的生態(tài)環(huán)境，青藏高原生物特有種豐富，珍稀瀕危物種多，從東南到西北分布著森林、灌叢、草甸、草原和荒漠等生態(tài)系統(tǒng)[3]。正是由于青藏高原生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜多樣性，使其土壤微生物種類(lèi)具有多樣性。土壤微生物的主要功能是降解土壤中的有機(jī)質(zhì)，包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等木質(zhì)纖維類(lèi)物質(zhì)，以此推動(dòng)土壤生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)。此外，土壤微生物也是土壤生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)的指示劑，正常情況下，土壤微生物都具備一定的多樣性，但是當(dāng)土壤生態(tài)系統(tǒng)遭受到外界破壞時(shí)，比如由于過(guò)度放牧所引起的退化現(xiàn)象等，土壤微生物的多樣性以及功能微生物的活性都會(huì)發(fā)生不同程度的減少和喪失;相反，引入特定的植物微生物共生體系能夠幫助沙漠化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)[4]。因此，土壤微生物與其所在的生態(tài)系統(tǒng)之間存在著密切的互作關(guān)系。

青藏高原土壤微生物資源具有其獨(dú)有的特異性和豐富性，具有極高的科研價(jià)值，研究青藏高原土壤微生物資源特點(diǎn)對(duì)于探討分析高原乃至全球氣候環(huán)境變化、生物多樣性以及碳循環(huán)都具有非常重要的意義。本文針對(duì)青藏高原土壤微生物多樣性的影響因素、研究方法和現(xiàn)狀等作一簡(jiǎn)要綜述。

1 土壤微生物多樣性的影響因素

土壤微生物參與土壤動(dòng)態(tài)生化循環(huán)的多個(gè)過(guò)程中，如土壤有機(jī)質(zhì)的分解、腐殖質(zhì)的形成、儲(chǔ)備土壤養(yǎng)分以及為植物提供生長(zhǎng)所需養(yǎng)分。土壤微生物多樣性主要指在遺傳、種類(lèi)、結(jié)構(gòu)功能和生態(tài)系統(tǒng)層次上，不同微生物所表現(xiàn)出的變化，也指土壤生態(tài)系統(tǒng)中所有微生物種類(lèi)及其基因與環(huán)境之間相互作用的多樣化程度，可以理解為微生物生命體構(gòu)成的豐富性，它代表了微生物群落的穩(wěn)定性，也反映了土壤生態(tài)機(jī)制和土壤脅迫對(duì)群落的影響[5-6]。影響土壤微生物多樣性的因素，總體上可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是客觀環(huán)境因素，包括植被構(gòu)成、土壤類(lèi)型、溫度、水分;另一類(lèi)是主觀人為因素，包括耕作方式和種植制度等管理方式（圖1）。

1.1 植被構(gòu)成

植被生長(zhǎng)代謝過(guò)程中所需的大量養(yǎng)分來(lái)源于土壤，而土壤中的養(yǎng)分又來(lái)源于微生物的代謝作用，比如根系固氮菌通過(guò)固氮作用提供土壤中的氮素等;另一方面，植物生長(zhǎng)代謝過(guò)程中給周?chē)h(huán)境帶來(lái)的變化也間接影響著土壤微生物，植被對(duì)土壤中有機(jī)碳氮水平、含水量、溫度、通氣性以及pH值產(chǎn)生一定影響，從而間接地影響土壤微生物的多樣性，土壤微生物生長(zhǎng)所需的有機(jī)物和能量來(lái)源于植被，如植物凋落物等，植被的存在也影響著土壤微生物的生存環(huán)境條件，比如土壤中含水量的變化受到植被疏密度的影響。因此，植被影響著土壤微生物多樣性和土壤微生物的生物量[7-9]。研究發(fā)現(xiàn)，不同草地類(lèi)型土壤的養(yǎng)分含量隨深度增加的變化規(guī)律不同[10]，這就導(dǎo)致不同草地類(lèi)型不同層之間微生物多樣性的差異?，F(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，植物種類(lèi)能夠影響土壤中的微生物群落多樣性（表1）。Zhang等通過(guò)使用宏基因組測(cè)序技術(shù)研究植被生產(chǎn)力和微生物多樣性之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，植被生產(chǎn)力或者多樣性下降后，微生物可利用的新鮮植物資源減少，從而增加了生態(tài)環(huán)境篩選的壓力，使一些跟能量生產(chǎn)或轉(zhuǎn)化、物質(zhì)運(yùn)輸或代謝以及氨基酸循環(huán)相關(guān)的基因留存下來(lái)，而其他功能基因被淘汰;植被的缺失或增加所引起的碳能資源數(shù)量的變化會(huì)導(dǎo)致微生物功能基因多樣性的改變，而這種關(guān)系也構(gòu)成了地上和地下群落間的重要聯(lián)結(jié)，異于傳統(tǒng)的將植被多樣性同微生物種類(lèi)多樣性聯(lián)系在一起的理論觀點(diǎn)[11]。

1.2 土壤條件

土壤微生物多樣性與土壤特性密切相關(guān)[12]，其主要與動(dòng)植物的生物活性相關(guān)，但生物活性帶來(lái)的影響比較復(fù)雜，同時(shí)也會(huì)影響土壤本身的理化性質(zhì)。有研究比較了南極洲菲爾德斯（Fildes）地區(qū)4種不同種類(lèi)土壤的微生物多樣性和菌群結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)pH值、磷酸鹽磷、有機(jī)碳、有機(jī)氮含量是影響土壤微生物菌群結(jié)構(gòu)最顯著的因素[13]。除土壤本身?xiàng)l件外，灌溉方式、森林采伐、植物凋落物、碳氮循環(huán)等都會(huì)對(duì)土壤中的微生物產(chǎn)生影響。

1.3 管理方式

人類(lèi)對(duì)土壤的管理方式包括一系列的耕作制度、對(duì)農(nóng)田施加肥料、對(duì)植物施加農(nóng)藥等人為干預(yù)，都是通過(guò)改變土壤的理化特性而對(duì)土壤微生物多樣性產(chǎn)生影響。對(duì)瑞典南部不同農(nóng)耕制度下田地土壤中叢枝菌根真菌（AMF）的組成和多樣性研究發(fā)現(xiàn)，永久牧場(chǎng)中的AMF多樣性最高，而耕作會(huì)削弱AMF的多樣性;地理位置、土壤類(lèi)型、土壤的特性都不會(huì)影響AMF的多樣性和區(qū)系組成;AMF區(qū)系組成主要受到不同農(nóng)耕制度的影響，傳統(tǒng)農(nóng)耕過(guò)程中施用的肥料會(huì)影響土壤微生物的生命活動(dòng)，使AMF的多樣性降低，而有機(jī)農(nóng)耕能夠維持更高的AMF多樣性[14]。農(nóng)業(yè)管理措施能夠改變土壤的理化特性，影響微生物的生長(zhǎng)環(huán)境和群落區(qū)系組成，與微生物多樣性間可以相互影響作用[15]。土地使用方式的改變能夠顯著地影響土壤質(zhì)量及其可持續(xù)性[16]。研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)農(nóng)耕表層的土壤微生物生物量、有機(jī)碳氮量以及土壤酶活性都比傳統(tǒng)農(nóng)耕和森林高，土地使用方式地改變能夠顯著地改變表層土壤微生物特性，而對(duì)底層土壤微生物特性影響較小[17]。

1.4 土壤理化性質(zhì)

土壤理化性質(zhì)是指土壤自身所表現(xiàn)出的一種物理化學(xué)特點(diǎn)，包括土壤pH值、有機(jī)質(zhì)和氮磷含量等，能夠直接影響土壤微生物資源庫(kù)的組成。研究發(fā)現(xiàn)，森林采伐作業(yè)能夠通過(guò)降低土壤的多孔性和有機(jī)功能而顯著地影響土壤理化性質(zhì)，土壤理化性質(zhì)的改變又會(huì)導(dǎo)致土壤微生物群落（固氮和硝化細(xì)菌）定性和定量的變化;定性變化主要體現(xiàn)在物種的數(shù)量上，定量變化主要體現(xiàn)在微生物物種的豐度和均勻度上[18]。此外，土壤固氮微生物群落的多樣性隨著土壤pH值升高呈線(xiàn)性增加[19-22]。

1.5 溫度和水分

溫度和水分對(duì)土壤微生物多樣性的影響可以概括為氣候的影響，不同季節(jié)、氣候影響太陽(yáng)輻射熱量以及降雨量，從而改變溫度和水分。土壤溫度以及土壤含水量的變化會(huì)影響植物新陳代謝速度，進(jìn)而使植物向土壤中釋放與微生物生長(zhǎng)相關(guān)的分泌物的過(guò)程受到影響，最終改變土壤中微生物的多樣性。雖然新陳代謝速度會(huì)隨著含水量的升高而升高，但是對(duì)于一些極端環(huán)境而言，如熱帶沙漠生態(tài)系統(tǒng)，水分含量的突然增加對(duì)土壤微生物帶來(lái)的影響還存在一定爭(zhēng)議。有學(xué)者在沙漠土壤的圍隔試驗(yàn)中建立了不同程度降水量和溫度的模型，模擬了微生物區(qū)系在21 d中的應(yīng)答，發(fā)現(xiàn)影響因素是降雨強(qiáng)度和溫度的交互作用;此外，氣候變暖和干旱都會(huì)對(duì)土壤微生物多樣性帶來(lái)影響，導(dǎo)致土壤微生物種類(lèi)的變更[23-25]。

2 土壤微生物多樣性研究方法

土壤微生物多樣性研究主要針對(duì)土壤環(huán)境微生物的種屬、豐度、分布均勻度、結(jié)構(gòu)變化和群落功能多樣性等進(jìn)行，包括細(xì)菌、真菌、古菌等，土壤微生物多樣性可分為遺傳多樣性、功能多樣性、結(jié)構(gòu)多樣性、物種多樣性[26]。隨著科學(xué)的發(fā)展、研究技術(shù)的進(jìn)步，其研究方法從最傳統(tǒng)的一般培養(yǎng)法開(kāi)始，歷經(jīng)了改變和革新，逐漸向生化技術(shù)和分子生物學(xué)技術(shù)方面發(fā)展（圖2）。

2.1 傳統(tǒng)培養(yǎng)分離法

土壤微生物多樣性的研究方法主要有分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是傳統(tǒng)的培養(yǎng)分離法，此方法通過(guò)對(duì)樣品進(jìn)行稀釋、涂布選擇性平板、培養(yǎng)分離，獲取菌落總數(shù)和菌落形態(tài)來(lái)確定微生物的類(lèi)型和組成，操作較簡(jiǎn)單，容易掌握，但工作量較大。土壤中含有大量利用現(xiàn)在的技術(shù)手段不可培養(yǎng)的微生物，可培養(yǎng)微生物僅占微生物總數(shù)的0.1%～1%[27]，因此，這種方法具有一定的局限性，僅僅依賴(lài)此方法獲得的研究結(jié)果只可片面地描述土壤中可培養(yǎng)的微生物多樣性情況，而不能夠獲得土壤所有微生物多樣性的情況。但是通過(guò)微生物培養(yǎng)法，能夠獲得某些微生物的特征性數(shù)據(jù)，比如菌落形態(tài)等，也可使用傳統(tǒng)培養(yǎng)法對(duì)微生物的功能多樣性進(jìn)行深層次研究，因此在目前的研究中，可結(jié)合傳統(tǒng)微生物培養(yǎng)法與其他研究方法共同闡述土壤微生物多樣性的具體情況。

2.2 生化法和分子生物學(xué)法

生化技術(shù)和分子生物學(xué)技術(shù)在土壤微生物多樣性研究中的應(yīng)用，大大提高了研究的效率和精確度。生化法主要包括基于底物利用率的代謝圖譜法和磷脂脂肪酸分析法，其中代謝圖譜法主要指Biolog微孔板法和底物誘導(dǎo)呼吸法，此類(lèi)方法主要根據(jù)微生物代謝過(guò)程中產(chǎn)生的特征指紋圖譜來(lái)對(duì)其群落多樣性進(jìn)行鑒定，適用于可正常培養(yǎng)且生長(zhǎng)速度正常的微生物，磷脂脂肪酸分析法是利用活細(xì)胞細(xì)胞膜磷脂成分中的磷脂脂肪酸（phospholipid fatty acid，簡(jiǎn)稱(chēng)PLFA）的結(jié)構(gòu)多樣性和生物學(xué)特異性來(lái)對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，該方法的準(zhǔn)確性主要取決于脂肪酸的提取效果（圖3-a）;分子生物學(xué)法是利用分子生物學(xué)技術(shù)，以土壤微生物的遺傳信息為對(duì)象進(jìn)行研究，從而獲取土壤微生物多樣性信息，主要包括聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)-變性梯度凝膠電泳（polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis，簡(jiǎn)稱(chēng)PCR-DGGE）、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)-溫度梯度凝膠電泳（polymerase chain reaction-temperature gradient gel electrophoresis，簡(jiǎn)稱(chēng)PCR-TGGE）技術(shù)、單鏈構(gòu)象多態(tài)性分析（SSCP）、限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性（RFLP）、末端限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性（T-RFLP）和擴(kuò)增核糖體DNA限制性分析（ARDRA）、隨機(jī)引物擴(kuò)增多態(tài)性DNA（RAPD）、熒光原位雜交技術(shù)、高通量測(cè)序分析技術(shù)等[28-30]。利用分子生物學(xué)法研究土壤微生物多樣性，首先要使用合適的方法從土壤中有效提取遺傳物質(zhì)DNA或RNA，然后以此遺傳物質(zhì)為對(duì)象，通過(guò)PCR擴(kuò)增獲取目的片段，根據(jù)所選擇的方式，對(duì)片段進(jìn)行測(cè)序、電泳、酶切等來(lái)分析遺傳多樣性（圖3-b）。因此，合理有效地提取土壤中的遺傳物質(zhì)至關(guān)重要，應(yīng)該針對(duì)不同土壤特性選取不同的提取方法。在提取污染和非污染土壤中細(xì)菌DNA的過(guò)程中，比較了2種提取方法，發(fā)現(xiàn)如果在細(xì)胞裂解的過(guò)程中進(jìn)行腐殖酸純化，能更好地除去蛋白質(zhì)和RNA，相反如果在細(xì)胞裂解后純化土壤中的腐殖酸則能夠更好地除去腐殖酸，這2種方法對(duì)DNA的提取率沒(méi)有影響，但是土壤細(xì)菌數(shù)量和菌群結(jié)構(gòu)都受到了影響[31]。已有不少學(xué)者利用生化法和分子生物學(xué)方法來(lái)研究土壤微生物多樣性，取得了相應(yīng)的進(jìn)展（表2）。綜上所述，研究土壤微生物多樣性的試驗(yàn)方法很多，每種方法都有優(yōu)缺點(diǎn)、針對(duì)性和方向性，只有將多種方法有機(jī)地結(jié)合起來(lái)才能夠全面地分析土壤微生物的生態(tài)特征，這也是如今研究土壤微生物生態(tài)結(jié)構(gòu)的常用方法[32]。

3 青藏高原土壤微生物研究現(xiàn)狀

目前，對(duì)青藏高原土壤微生物的研究主要集中在2個(gè)方向，一個(gè)是針對(duì)青藏高原特有的生態(tài)系統(tǒng)和土壤環(huán)境，研究土壤理化性質(zhì)、土壤微生物量、功能微生物、基因豐度、土壤酶活性等指標(biāo)的具體表現(xiàn)以及隨著海拔梯度或植被類(lèi)型變化所產(chǎn)生的影響;另一個(gè)方向是探究不同的處理方式（包括放牧、模擬升溫以及植被恢復(fù)方式等）對(duì)土壤微生物群落的影響，旨在逐步揭示自然條件的變化和人為干擾對(duì)青藏高原微生物多樣性帶來(lái)的影響。

3.1 不同地域生態(tài)系統(tǒng)土壤微生物的研究

一些學(xué)者對(duì)青藏高原高寒草甸、凍土區(qū)以及沼澤等地區(qū)的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)以及土壤酶活性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)了土壤微生物多樣性的變化規(guī)律。通過(guò)對(duì)青藏高原高寒草甸土壤微生物量和酶活性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)矮嵩草草甸土壤酶活性顯著大于金露梅叢間草地，且更有利于提高土壤養(yǎng)分并促進(jìn)土壤微生物的生長(zhǎng)和繁殖[39]。采用傳統(tǒng)平板培養(yǎng)法分析研究青藏高原不同退化程度高寒草甸土壤0～30 cm土層的細(xì)菌、真菌和放線(xiàn)菌數(shù)量，結(jié)果表明隨著高寒草甸退化程度增加，土壤微生物數(shù)量大幅度減少，其中真菌數(shù)量顯著降低[40]。采用PLFA技術(shù)對(duì)青藏高原藏東南地區(qū)色季拉山不同海拔森林土壤微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)隨著海拔增高，土壤理化性質(zhì)和生化指標(biāo)沒(méi)有發(fā)生顯著變化，而微生物豐度呈現(xiàn)中峰優(yōu)勢(shì)分布規(guī)律，在海拔3 900 m和4 000 m處生物量顯著高于低海拔和更高海拔[41];此外，該學(xué)者也使用PLFA方法對(duì)念青唐古拉山沼澤土壤微生物群落和酶活性進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示，高寒沼澤土壤理化指標(biāo)、土壤酶活性和土壤微生物量都隨海拔增高而減小，年平均氣溫是影響該生態(tài)系統(tǒng)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和土壤酶活性變化的重要因子[42]。利用454焦磷酸測(cè)序技術(shù)對(duì)青藏高原阿里地區(qū)土壤菌群結(jié)構(gòu)多樣性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)土壤細(xì)菌有34大門(mén)類(lèi)，微生物的相對(duì)豐度都與土壤總碳呈現(xiàn)一定的相關(guān)，且上層土壤微生物物種多樣性和系統(tǒng)發(fā)育多樣性顯著高于下層，土壤總碳對(duì)細(xì)菌群落的分布起主要作用[1]。對(duì)青藏高原凍土區(qū)土壤微生物的研究發(fā)現(xiàn)，隨著土壤深度增加，凍土年代遞增，可培養(yǎng)的微生物數(shù)量顯著減少，土壤中可培養(yǎng)微生物的數(shù)量與土壤理化性質(zhì)無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系，而與土壤深度關(guān)系密切[43]，通過(guò)PCR技術(shù)和構(gòu)建克隆文庫(kù)對(duì)凍土垂直剖面土壤中微生物多樣性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)垂直剖面土壤中的古菌屬于泉古菌和廣古菌2個(gè)門(mén)，細(xì)菌分屬于10個(gè)類(lèi)群，真菌均屬于子囊菌門(mén)和擔(dān)子菌門(mén)，多樣性較高[44]。利用Illumina測(cè)序技術(shù)分析青藏高原中部?jī)鐾羺^(qū)上層30 cm土壤中細(xì)菌群落組成，發(fā)現(xiàn)屬于酸桿菌門(mén)、變形菌門(mén)、擬桿菌門(mén)的較多[45]。青藏高原地區(qū)擁有多種極端環(huán)境，因此微生物資源相對(duì)豐富[46-49]，通過(guò)對(duì)不同群落組成地上生物量、土壤養(yǎng)分及土壤微生物數(shù)量的分析，發(fā)現(xiàn)圓穗蓼草甸由于含水量較低，養(yǎng)分含量較好，土壤真菌、細(xì)菌和放線(xiàn)菌數(shù)量較多[50]。通過(guò)對(duì)青藏高原土壤中可培養(yǎng)放線(xiàn)菌的分析研究，篩選出的1 930株放線(xiàn)菌屬于11亞目16科，初步的分類(lèi)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)至少包括22屬，其中10種屬于迄今未知的種類(lèi)[51]。在對(duì)青藏高原永久凍土區(qū)土壤原核微生物多樣性的研究中，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)微生物屬于新種，表現(xiàn)出與現(xiàn)有種差異較大的多樣性，細(xì)菌多樣性和群落組成隨著取樣深度發(fā)生顯著變化，這些變化主要是由土壤生態(tài)因子（碳氮含量、pH值、傳導(dǎo)率）的變化而引起的[12]。通過(guò)對(duì)青藏高原不同海拔梯度土壤進(jìn)行模擬增溫和降溫，利用16S rRNA基因測(cè)序分析土壤細(xì)菌群落，結(jié)果顯示增溫會(huì)導(dǎo)致α-變形菌、γ-變形菌、放線(xiàn)菌的相對(duì)豐度增加，酸桿菌、β-變形菌、δ-變形菌的相對(duì)豐度減少，而降溫會(huì)產(chǎn)生相反的結(jié)果，因此，增溫和降溫帶來(lái)的土壤中細(xì)菌種類(lèi)的變化與溫室效應(yīng)相關(guān)[9]。針對(duì)青藏高原凍土區(qū)，有學(xué)者研究了植被類(lèi)型和土壤特性對(duì)微生物多樣性的影響，發(fā)現(xiàn)微生物類(lèi)群在不同植被類(lèi)型土壤中的變化規(guī)律，在沼澤草甸、草甸、干草原、荒漠草原中，變形菌門(mén)和酸桿菌門(mén)的比例逐漸降低，而子囊菌門(mén)和擔(dān)子菌門(mén)的比例逐漸升高，此外，還發(fā)現(xiàn)土壤中的碳氮比影響細(xì)菌群落多樣性，土壤水分含量影響真菌群落多樣性[52]。此外，也有研究分析了特殊功能基因在青藏高原土壤微生物中的分布情況，發(fā)現(xiàn)林芝、日喀則和那曲地區(qū)土壤中的微生物能夠檢測(cè)到厭氧氨氧化菌，而且旱地與濕地相比具有更高的多樣性[53]。綜上所述，已有學(xué)者針對(duì)青藏高原特殊地域土壤的微生物群落組成情況作了細(xì)致的研究，并獲得了一些進(jìn)展。

3.2 不同處理方式對(duì)土壤微生物影響的研究

不同處理方式對(duì)于土壤微生物群落乃至整個(gè)土壤生態(tài)系統(tǒng)都會(huì)產(chǎn)生較大的影響，青藏高原土壤生態(tài)系統(tǒng)比較復(fù)雜，有相關(guān)研究報(bào)道了放牧、增溫以及植被恢復(fù)方式等對(duì)青藏高原土壤微生物群落產(chǎn)生的影響。通過(guò)對(duì)青藏高原高寒草甸4個(gè)放牧梯度下土壤微生物特征比較分析發(fā)現(xiàn)，中等放牧水平處理下的土壤微生物量較高，放牧強(qiáng)度對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)不存在顯著影響，適度放牧可以增加土壤有效碳氮庫(kù)[54]。通過(guò)開(kāi)頂式溫室（open top chambers，簡(jiǎn)稱(chēng)OTCs）升溫以及刈割、施加牛糞處理，采用PLFA方法研究了青藏高原東部高寒草甸土壤微生物群落結(jié)構(gòu)對(duì)氣候變暖和放牧的響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)模擬升溫和放牧均可顯著影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，增加細(xì)菌相對(duì)含量，降低真菌相對(duì)含量，因此放牧和全球氣候變暖會(huì)顯著影響青藏高原高寒草甸土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，進(jìn)而可能會(huì)對(duì)該區(qū)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)造成影響[55-56]。也有研究發(fā)現(xiàn)，在短期內(nèi)增溫能夠改善青藏高原高山草甸土壤生化和微生物相關(guān)指標(biāo)[57]。有學(xué)者研究分析了幾種不同的植被恢復(fù)方式對(duì)高寒草原區(qū)土壤微生物的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與自然恢復(fù)相比，人工種植植被能夠更快速有效地增加植被蓋度和多樣性，提高土壤微生物物種和功能多樣性[58]，對(duì)于遭到破壞的青藏高原生態(tài)系統(tǒng)，使用單播梭羅草的人工種植方式能夠獲得較好的恢復(fù)效果。通過(guò)研究增溫和氮沉積對(duì)青藏高原高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)的影響，發(fā)現(xiàn)氮沉積顯著改變了土壤表層微生物群落，尤其降低了真菌/細(xì)菌值，增溫會(huì)導(dǎo)致真菌多樣性降低、放線(xiàn)菌多樣性增加，這些變化都是通過(guò)影響土壤特性和植物群落而產(chǎn)生的[59]。通過(guò)研究紫外線(xiàn)輻射對(duì)青藏高原高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)中微生物群落的影響，發(fā)現(xiàn)紫外線(xiàn)輻射會(huì)降低土壤可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量和種類(lèi)[60]。隨著寒區(qū)油氣資源的開(kāi)發(fā)利用，青藏高原高寒地區(qū)的生態(tài)環(huán)境遭到原油污染的程度日益加劇，通過(guò)對(duì)青藏高原土壤中原油降解菌的研究，從10個(gè)原始土樣中富集培養(yǎng)獲取了53種微生物和相應(yīng)的94種降解酶基因，以假單胞菌和不動(dòng)桿菌為優(yōu)勢(shì)菌群，此外還包括變形菌、放線(xiàn)菌、擬桿菌，降解酶基因的多樣性低于海洋環(huán)境和極地環(huán)境樣品，這些結(jié)果也反映了青藏高原生態(tài)環(huán)境還未遭到原油的嚴(yán)重污染[47]。因此，外界環(huán)境因素的變化會(huì)對(duì)青藏高原土壤微生物群落組成產(chǎn)生影響，進(jìn)而導(dǎo)致青藏高原整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)的改變，這些改變還將作用于微生物群落，從而產(chǎn)生周而復(fù)始的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

青藏高原作為全球平均海拔最高的自然生態(tài)地區(qū)[61-62]，在近年來(lái)人為干擾和氣候變化的作用下，其生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和物種數(shù)量發(fā)生了較大的變化，這些變化又與全球氣候和生態(tài)變化息息相關(guān)，因此對(duì)青藏高原地區(qū)土壤微生物多樣性進(jìn)行深入研究很有必要，通過(guò)將傳統(tǒng)研究方法和生化、分子生物學(xué)研究方法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，來(lái)研究土壤微生物生態(tài)系統(tǒng)多樣性以及群落結(jié)構(gòu)的變化，進(jìn)而揭示青藏高原生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)規(guī)律，為更好地保護(hù)以及合理利用青藏高原生態(tài)環(huán)境提供有利條件。

參考文獻(xiàn)：

[1]Shanmugam，S，Magbanua Z，Williams M A，et al. Bacterial diversity patterns differ in soils developing in sub-tropical and cool-temperate ecosystems[J]. Microbial Ecology，2017，73（3）：556-569.

[2]孫懷博. 青藏高原阿里地區(qū)土壤細(xì)菌群落多樣性及其分布的研究[D]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

[3]張憲洲，楊永平，樸世龍，等. 青藏高原生態(tài)變化[J]. 科學(xué)通報(bào)，2015，60（32）：3048-3056.

[4]Requena N，Perez-Solis E，Azcon-Aguilar C，et al. Management of indigenous plant-microbe symbioses aids restoration of desertified ecosystems[J]. Applied and Environmental Microbiology，2001，67（2）：495-498.

[5]楊海君，肖啟明，劉安元. 土壤微生物多樣性及其作用研究進(jìn)展[J]. 南華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，19（4）：21-26，31.

[6]林先貴，胡君利. 土壤微生物多樣性的科學(xué)內(nèi)涵及其生態(tài)服務(wù)功能[J]. 土壤學(xué)報(bào)，2008，45（5）：892-900.

[7]周 桔，雷 霆. 土壤微生物多樣性影響因素及研究方法的現(xiàn)狀與展望[J]. 生物多樣性，2007，15（3）：306-311.

[8]Shang W，Zhao L，Wu X D，et al. Soil organic matter fractions under different vegetation types in permafrost regions along the Qinghai-Tibet Highway，north of Kunlun Mountains，China[J]. Journal of Mountain Science，2015，12（4）：1010-1024.

[9]Rui J P，Li J B，Wang S P，et al. Responses of bacterial communities to simulated climate changes in alpine meadow soil of the Qinghai-Tibet Plateau[J]. Applied and Environmental Microbiology，2015，81（17）：6070-6077.

[10]顧振寬，杜國(guó)禎，朱煒歆，等. 青藏高原東部不同草地類(lèi)型土壤養(yǎng)分的分布規(guī)律[J]. 草業(yè)科學(xué)，2012，29（4）：507-512.

[11]Zhang X，Johnston E R，Barberan A，et al. Decreased plant productivity resulting from plant group removal experiment constrains soil microbial functional diversity[J]. Global change biology，2017，23（10）：4318-4332.

[12]Hu W G，Zhang Q，Tian T，et al. Characterization of the prokaryotic diversity through a stratigraphic permafrost core profile from the Qinghai-Tibet Plateau[J]. Extremophiles，2016，20（3）：337-349.

[13]Wang N F，Zhang T，Zhang F，et al. Diversity and structure of soil bacterial communities in the Fildes Region （maritime Antarctica） as revealed by 454 pyrosequencing[J]. Frontiers in microbiology，2015，6：1188.

[14]Manoharan L，Rosenstock N P，Williams A，et al. Agricultural management practices influence AMF diversity and community composition with cascading effects on plant productivity[J]. Applied Soil Ecology，2017，115：53-59.

[15]Lei Y P，Xiao Y L，Li L F，et al. Impact of tillage practices on soil bacterial diversity and composition under the tobacco-rice rotation in China[J]. Journal of Microbiology，2017，55（5）：349-356.

[16]澤讓東科，文勇立，艾 鷖，等. 放牧對(duì)青藏高原高寒草地土壤和生物量的影響[J]. 草業(yè)科學(xué)，2016，33（10）：1975-1980.

[17]Maharjan M，Sanaullah M，Razavi B S，et al. Effect of land use and management practices on microbial biomass and enzyme activities in subtropical top-and sub-soils[J]. Applied Soil Ecology，2017，113：22-28.

[18]Cambi M，Paffetti D，Vettori C A，et al. Assessment of the impact of forest harvesting operations on the physical parameters and microbiological components on a Mediterranean sandy soil in an Italian stone pine stand[J]. European Journal of Forest Research，2017，136（2）：205-215.

[19]Wang Y S，Li C N，Kou Y P，et al. Soil pH is a major driver of soil diazotrophic community assembly in Qinghai-Tibet alpine meadows[J]. Soil Biology & Biochemistry，2017，115：547-555.

[20]Li W B，Bai Z，Jin C J，et al. The influence of tree species on small scale spatial heterogeneity of soil respiration in a temperate mixed forest[J]. Science of the Total Environment，2017，590/591：242-248.

[21]Chen L J，Li C S，F(xiàn)eng Q，et al. Shifts in soil microbial metabolic activities and community structures along a salinity gradient of irrigation water in a typical arid region of China[J]. Science of the Total Environment，2017，598：64-70.

[22]Santonja M，Rancon A，F(xiàn)romin N，et al. Plant litter diversity increases microbial abundance，fungal diversity，and carbon and nitrogen cycling in a Mediterranean shrubland[J]. Soil Biology & Biochemistry，2017，111：124-134.

[23]Sˇtovícˇek A，AekAzatyan A，Soares M I M，et al. The impact of hydration and temperature on bacterial diversity in arid soil mesocosms[J]. Frontiers in Microbiology，2017，8：1078.

[24]Wang C T，Zhao X Q，Zi H B，et al. The effect of simulated warming on root dynamics and soil microbial community in an alpine meadow of the Qinghai-Tibet Plateau[J]. Applied Soil Ecology，2017，116：30-41.

[25]斯貴才，王光鵬，雷天柱，等. 青藏高原東北緣土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化[J]. 干旱區(qū)研究，2015，32（5）：849-855.

[26]曹宏杰，倪紅偉. 土壤微生物多樣性及其影響因素研究進(jìn)展[J]. 國(guó)土與自然資源研究，2015（3）：85-88.

[27]Kirk J L，Beaudette L A，Hart M，et al. Methods of studying soil microbial diversity[J]. Journal of Microbiological Methods，2004，58（2）：169-188.

[28]蔡晨秋，唐 麗，龍春林. 土壤微生物多樣性及其研究方法綜述[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（28）：17274-17276，17278.

[29]李 潔，李睿玉，楊 紅，等. 土壤微生物多樣性的研究方法[J]. 山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（11）：1738-1742，1746.

[30]吳才武，趙蘭坡. 土壤微生物多樣性的研究方法[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，27（11）：231-235.

[31]Mazziotti M，Henry S，Laval-Gilly P，et al. Comparison of two bacterial DNA extraction methods from non-polluted and polluted soils[J]. Folia microbiologica，2017，63（1）：85-92.

[32]Widmer F，F(xiàn)liessbach A，Laczko E，et al. Assessing soil biological characteristics：a comparison of bulk soil community DNA-，PLFA-，and BiologTM-analyses[J]. Soil Biology & Biochemistry，2001，33（7/8）：1029-1036.

[33]Finney D M，Buyer J S，Kaye J P. Living cover crops have immediate impacts on soil microbial community structure and function[J]. Journal of Soil and Water Conservation，2017，72（4）：361-373.

[34]Meeboon N，Leewis M C，Kaewsuwan S，et al. Changes in bacterial diversity associated with bioremediation of used lubricating oil in tropical soils[J]. Archives of Microbiology，2017，199（6）：839-851.

[35]Mauffret A，Bara N，Joulian C. Effect of pesticides and metabolites on groundwater bacterial community[J]. Science of the Total Environment，2017，576：879-887.

[36]Canfora L，Salvati L，Benedetti A，et al. Is soil microbial diversity affected by soil and groundwater salinity？ Evidences from a coastal system in central Italy[J]. Environmental Monitoring and Assessment，2017，189（7）：319.

[37]Silvani V A，Colombo R P， Scorza M V，et al. Arbuscular mycorrhizal fungal diversity in high-altitude hypersaline Andean wetlands studied by 454-sequencing and morphological approaches[J]. Symbiosis，2017，72（2）：143-152.

[38]Huang C K，Shi Y J，Sheng Z Y，et al. Characterization of microbial communities during start-up of integrated fixed-film activated sludge （IFAS） systems for the treatment of oil sands process-affected water （OSPW）[J]. Biochemical Engineering Journal，2017，122：123-132.

[39]牛 犇，張立峰，馬榮榮，等. 高寒草甸土壤微生物量及酶活性的研究[J]. 南開(kāi)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，49（4）：53-60.

[40]于健龍，石紅霄. 高寒草甸不同退化程度土壤微生物數(shù)量變化及影響因子[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2011，20（11）：77-81.

[41]斯貴才，袁艷麗，王 建，等. 藏東南森林土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與土壤酶活性隨海拔梯度的變化[J]. 微生物學(xué)通報(bào)，2014，41（10）：2001-2011.

[42]斯貴才，王 建，夏燕青，等. 念青唐古拉山沼澤土壤微生物群落和酶活性隨海拔變化特征[J]. 濕地科學(xué)，2014，12（3）：340-348.

[43]馮虎元，馬曉軍，章高森，等. 青藏高原多年凍土微生物的培養(yǎng)和計(jì)數(shù)[J]. 冰川凍土，2004，26（2）：182-187.

[44]王艷發(fā)，魏士平，崔鴻鵬，等. 青藏高原凍土區(qū)土壤垂直剖面中微生物的分布與多樣性[J]. 微生物學(xué)通報(bào)，2016，43（9）：1902-1917.

[45]Wu X D，Xu H Y，Liu G M，et al. Bacterial communities in the upper soil layers in the permafrost regions on the Qinghai-Tibetan Plateau[J]. Applied Soil Ecology，2017，120：81-88.

[46]Boonchayaanant B，Nayak D，Du X，et al. Uranium reduction and resistance to reoxidation under iron-reducing and sulfate-reducing conditions[J]. Water Research，2009，43（18）：4652-4664.

[47]Long H Z，Wang Y L，Chang S J，et al. Diversity of crude oil-degrading bacteria and alkane hydroxylase （alkB） genes from the Qinghai-Tibet Plateau[J]. Environmental Monitoring and Assessment，2017，189：116.

[48]Zhang G S，Niu F J，Ma X J，et al. Phylogenetic diversity of bacteria isolates from the Qinghai-Tibet Plateau permafrost region[J]. Canadian Journal of Microbiology，2007，53（8）：1000-1010.

[49]Zhan B L，Tang S K，Chen X M，et al. Streptomyces lacrimifluminis sp nov，a novel actinobacterium that produces antibacterial compounds，isolated from soil[J]. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology，2016，66（12）：4981-4986.

[50]張東杰. 青藏高原高寒草甸植被與土壤特征[J]. 草業(yè)科學(xué)，2015，32（2）：269-273.

[51]Zhang Y Q，Liu H Y，Chen J，et al. Diversity of culturable actinobacteria from Qinghai-Tibet Plateau，China[J]. Antonie Van Leeuwenhoek International Journal of General and Molecular Microbiology，2010，98（2）：213-223.

[52]Zhang X F，Xu S J，Li C M，et al. The soil carbon/nitrogen ratio and moisture affect microbial community structures in alkaline permafrost-affected soils with different vegetation types on the Tibetan plateau[J]. Research in Microbiology，2014，165（2）：128-139.

[53]Zhao S Y，Zhuang L J，Wang C，et al. High-throughput analysis of anammox bacteria in wetland and dryland soils along the altitudinal gradient in Qinghai-Tibet Plateau[J]. Microbiology Open，2017，7（2）：e00556.

[54]陳懂懂，孫大帥，張世虎，等. 放牧對(duì)青藏高原東緣高寒草甸土壤微生物特征的影響[J]. 蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，47（1）：73-77，81.

[55]王 蓓，孫 庚，羅 鵬，等. 模擬升溫和放牧對(duì)高寒草甸土壤微生物群落的影響[J]. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，2011，17（2）：151-158.

[56]Zhang B，Chen S Y，He X Y，et al. Responses of soil microbial communities to experimental warming in alpine grasslands on the Qinghai-Tibet Plateau[J]. PLoS One，2014，9（8）：e103859.

[57]Li N，Wang G X，Gao Y H，et al. Warming effects on plant growth，soil nutrients，microbial biomass and soil enzymes activities of two Alpine Meadows in Tibetan Plateau[J]. Polish Journal of Ecology，2011，59（1）：25-32.

[58]張 琪. 高寒草原區(qū)不同植被恢復(fù)方式對(duì)土壤微生物的影響研究[D]. 蘭州：蘭州大學(xué)，2015.

[59]Xiong Q L，Pan K W，Zhang L，et al. Warming and nitrogen deposition are interactive in shaping surface soil microbial communities near the alpine timberline zone on the eastern Qinghai-Tibet Plateau，southwestern China[J]. Applied Soil Ecology，2016，101：72-83.

[60]Niu F，He J，Zhang G，et al. Effects of enhanced UV-B radiation on the diversity and activity of soil microorganism of alpine meadow ecosystem in Qinghai-Tibet Plateau[J]. Ecotoxicology，2014，23（10）：1833-1841.

[61]程長(zhǎng)林，任愛(ài)勝，劉鑒洪，等. 青藏高原社區(qū)畜牧業(yè)發(fā)展模式研究[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（2）：296-300.

[62]高麗楠，張 宏. 青藏高原高寒草地土壤鐵的空間異質(zhì)性[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（15）：239-243.