黃穎博，羅 凡，龔雪蛟，王迎春，李蘭英，劉東娜，堯 渝

（1四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所，成都 610066；2國(guó)家土壤質(zhì)量雅安觀(guān)測(cè)實(shí)驗(yàn)站，四川雅安 6255014）

0 引言

土壤是支撐動(dòng)植物和人類(lèi)生存的重要生態(tài)系統(tǒng)之一，與人類(lèi)健康、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及糧食安全密切相關(guān)。目前，土壤退化、重金屬污染、土傳害蟲(chóng)遷移等問(wèn)題加劇[1]，全球各地的土壤健康正受到威脅，土壤健康狀況引發(fā)廣泛關(guān)注[2-3]。DORAN和ZEISS在2000年首次提出“土壤健康”的概念，它是指土壤作為一個(gè)生命系統(tǒng)具有的維持其功能或作用的能力[4]。目前，評(píng)價(jià)土壤健康的體系主要有康奈爾土壤健康評(píng)價(jià)系統(tǒng)[5]、德國(guó)Müncheberg評(píng)價(jià)系統(tǒng)(M-SQR)[6]、Soil Navigator決策支持模型[7]等，包含了土壤的物理、化學(xué)和生物學(xué)等指標(biāo)。中國(guó)采用的耕地地力綜合指數(shù)重點(diǎn)關(guān)注耕地質(zhì)量等級(jí)與作物產(chǎn)量的關(guān)系[8]，缺乏對(duì)土壤生物學(xué)指標(biāo)的考慮，對(duì)土壤健康的豐富內(nèi)涵表征不夠全面。在眾多的生物學(xué)指標(biāo)中，土壤微生物被認(rèn)為是評(píng)價(jià)土壤健康程度最具潛力的依據(jù)[9-10]。土壤微生物在元素循環(huán)、污染物降解、土傳病害防控等過(guò)程中有重要作用[11]，其群落特征可以敏感地反映土壤養(yǎng)分、pH等外界條件變化。土壤微生物組是土壤健康的關(guān)鍵性評(píng)價(jià)指標(biāo)[12]，揭示微生物群落特征及其與環(huán)境因子的關(guān)系已經(jīng)成為近年來(lái)微生物生態(tài)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性受土壤環(huán)境影響較大[13]，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，施肥一方面提高了土壤肥力和糧食產(chǎn)量[14]，另一方面也深刻地改變著土壤微生物的生存環(huán)境[15]?；谥袊?guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展綠色、可持續(xù)的需求，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部（原農(nóng)業(yè)部）制定了《到2020年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》，在全國(guó)范圍內(nèi)推進(jìn)化肥減量提效和推廣使用有機(jī)肥[16]。因此，關(guān)注有機(jī)肥料對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)和功能特性的影響對(duì)于揭示有機(jī)培肥提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的作用機(jī)制具有重要意義[17]。多年來(lái)，關(guān)于施肥與土壤微生物的研究大多以有機(jī)培肥對(duì)微生物數(shù)量和活性的描述性正面結(jié)果為主，缺乏對(duì)微生物結(jié)構(gòu)和多樣性及其影響機(jī)制全面深入的探究。隨著多組學(xué)分析等生物技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)有技術(shù)能夠比較全面地分析土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)和功能特征[18]。國(guó)內(nèi)針對(duì)不同土壤類(lèi)型、種植制度及土地利用方式等的長(zhǎng)期施肥試驗(yàn)提供了大量數(shù)據(jù)支持，本文基于這些研究結(jié)果并結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究，綜述了有機(jī)肥對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能多樣性的影響，總結(jié)了有機(jī)肥在構(gòu)建土壤微生物群落中發(fā)揮的作用以及自身攜帶的物質(zhì)對(duì)土壤微生物群落的影響。

1 土壤微生物研究發(fā)展變化趨勢(shì)

學(xué)界長(zhǎng)期研究和探討如何用微生物和微生物活動(dòng)量化評(píng)價(jià)土壤健康[19-20]，并將研究結(jié)果集成到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策中。隨著研究方法和技術(shù)的快速發(fā)展，土壤微生物研究呈現(xiàn)以下四個(gè)方面的發(fā)展變化趨勢(shì)。一是分子生物學(xué)技術(shù)應(yīng)用更加深入、廣泛。高通量測(cè)序技術(shù)（16S RNA和ITS rRNA）、基因芯片技術(shù)、微陣列技術(shù)和多組學(xué)技術(shù)的應(yīng)用增進(jìn)了人們對(duì)土壤中難已培養(yǎng)微生物以及痕量微生物的認(rèn)識(shí)[21-22]，并為從微生物數(shù)量及群落結(jié)構(gòu)、功能基因、代謝功能等方面了解土壤環(huán)境變化提供了一個(gè)嶄新途徑，極大地促進(jìn)了對(duì)土壤微生物全面、高效、多角度、深層次研究。二是研究對(duì)象更加具體深入。得益于研究方法的進(jìn)步，土壤微生物研究向界、門(mén)、綱、屬水平深入，關(guān)注的土壤微生物類(lèi)型由細(xì)菌、真菌等大量微生物向古細(xì)菌等微量或痕量微生物延伸[23]，同時(shí)硝化細(xì)菌、反硝化微生物[24]、解磷微生物[25]等功能微生物也受到更多關(guān)注。三是研究范圍更加寬泛、尺度更加多樣。由于土壤微生物的空間分布與群落組成對(duì)生境具有明顯的選擇性[26]，研究者從海拔高度、氣候類(lèi)型、土地利用方式、種植制度、田間管理等多尺度探索了土壤微生物與生存環(huán)境的內(nèi)在聯(lián)系[27-28]。四是更加注重從分子層面對(duì)機(jī)理機(jī)制開(kāi)展深入研究。從分子生物學(xué)角度研究微生物固氮、溶磷等特性相關(guān)的基因，深入挖掘功能基因表達(dá)的分子機(jī)制，確定基因的相對(duì)表達(dá)量和主要代謝產(chǎn)物[29]，為微生物作用機(jī)制的深入研究提供科技支撐。

2 影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及多樣性的土壤環(huán)境因素

JANGID等[27]、ZECHMEISTER-BOLTENSTE等[28]從不同海拔、氣候類(lèi)型等較大尺度，王雅蕓等[30]從喬木樹(shù)冠下小尺度區(qū)域研究均表明土壤微生物的空間分布與群落組成對(duì)生境具有明顯的反映。上述因素影響下的土壤理化性質(zhì)可解釋土壤微生物多樣性及群落結(jié)構(gòu)差異的76.8%[31]，對(duì)門(mén)水平細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的解釋度達(dá)79.7%[32]，其中有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀養(yǎng)分含量是土壤微生物群落構(gòu)建的重要驅(qū)動(dòng)力[33]。在不同土壤類(lèi)型、土地利用方式及作物種類(lèi)等特定條件下，影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及多樣性的主要理化性質(zhì)指標(biāo)存在差異。就不同土壤類(lèi)型而言，影響 土細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化前三位因素依次是硝態(tài)氮、可溶性有機(jī)碳、pH[32]；影響黑土真菌群落結(jié)構(gòu)變化的主要理化指標(biāo)是有效磷、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮[34]；在潮土，有機(jī)碳、硝態(tài)氮是影響細(xì)菌、真菌和古菌群落結(jié)構(gòu)的共同因素[35]。就不同土地利用方式而言，裸地土壤微生物群落主要受土壤含水量的影響，農(nóng)田土壤主要受到陽(yáng)離子交換量的影響，而草地土壤微生物群落主要影響因素是土壤堿解氮、速效鉀、有效磷、全氮、pH和有機(jī)質(zhì)[30]。不同種植模式下，有機(jī)質(zhì)、全氮對(duì)根際細(xì)菌群落的作用方向截然相反[36]。

不同門(mén)、綱類(lèi)群的細(xì)菌和真菌與土壤理化指標(biāo)有不同程度的相關(guān)性。在細(xì)菌群落的研究中發(fā)現(xiàn)，放線(xiàn)菌門(mén)、芽單胞菌門(mén)、擬桿菌門(mén)和酸桿菌門(mén)與氨態(tài)氮的相關(guān)性在不同環(huán)境下有相反的結(jié)果[32]；在真菌群落的研究中發(fā)現(xiàn)，微生物生物量碳是影響黑壚土中擔(dān)子菌門(mén)和接合菌門(mén)數(shù)量的主要因素，而土壤全磷、速效鉀和有效磷含量是影響子囊菌門(mén)數(shù)量的關(guān)鍵因素[37]。

上述研究結(jié)果表明，隨著環(huán)境條件的變化，影響微生物多樣性及群落結(jié)構(gòu)的主要因素或限制因子可能發(fā)生演替。施肥是改變土壤理化環(huán)境影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能特征的重要因素[38]。因此，施肥在微生物多樣性及群落結(jié)構(gòu)演替變化中發(fā)揮的影響有待進(jìn)一步系統(tǒng)、深入研究。

3 有機(jī)肥對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及多樣性的影響

3.1 有機(jī)肥對(duì)土壤微生物生物量的影響

土壤微生物生物量是指土壤中體積小于5×103μm3的生物總量，通常以微生物生物量碳(SMBC)和微生物生物量氮(SMBN)的含量來(lái)表示。表1中所列6例施肥對(duì)土壤微生物生物量影響的研究結(jié)果包含了8種土壤類(lèi)型、3種氣候類(lèi)型、5種土地利用方式及6種有機(jī)肥，有機(jī)肥提高或維持土壤SMBC和SMBN幾乎得到一致的支持。與化肥相比，有機(jī)肥提高土壤微生物生物量的效果更優(yōu)，牛廄肥相比化肥使南方黃壤土壤SMBC、SMBN含量提高了48.0%、43.4%[39]；商品有機(jī)肥相比化肥使紅黃壤茶園SMBC、SMBN含量提高了211.5%、76.27%[40]。

表1 施肥處理對(duì)土壤微生物生物量碳、氮的影響

續(xù)表1

受氣候條件、土壤類(lèi)型、土地利用方式等外部環(huán)境因素影響，有機(jī)肥對(duì)土壤微生物量的提升作用總體呈現(xiàn)水田優(yōu)于旱地、水熱資源充足地區(qū)優(yōu)于水熱不足地區(qū)、壤土優(yōu)于潮土的趨勢(shì)。在pH適宜、水熱條件充足、透氣保水性良好的土壤環(huán)境中，施入土壤中的養(yǎng)分物質(zhì)周轉(zhuǎn)速率更快[41-42]，更利于微生物生長(zhǎng)繁衍。在水熱條件和土壤結(jié)構(gòu)相對(duì)較差的地區(qū)施用有機(jī)肥提升土壤SMBC和SMBN含量可能并無(wú)顯著效果[43]。

3.2 有機(jī)肥對(duì)土壤微生物群落功能多樣性的影響

3.2.1 有機(jī)肥對(duì)土壤微生物多樣性指標(biāo)的影響 土壤微生物群落多樣性反映微生物群落的種類(lèi)和種間差異，是影響土壤生態(tài)功能穩(wěn)定性、養(yǎng)分周轉(zhuǎn)速率以及作物生產(chǎn)力的重要因素[47]。常用Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)、Mclntosh指數(shù)、Ace指數(shù)表征群落多樣性[48]。多數(shù)研究認(rèn)為有機(jī)肥提高土壤微生物多樣性，但由于土壤微生物多樣性受到土壤類(lèi)型、種植制度等多種因素影響，施肥效果在一些試驗(yàn)條件下效果不顯著。劉紅梅等[49]、于冰等[50]分別在潮土、紅壤的研究表明有機(jī)肥對(duì)對(duì)土壤Shannon指數(shù)的提升作用優(yōu)于不施肥和單施化肥，而徐萬(wàn)里等[48]、劉晶鑫等[51]分別以灰漠土、黑土為供試土壤的研究顯示單施或配施有機(jī)肥較不施肥和單施化肥土壤Shannon或Simpson指數(shù)無(wú)顯著變化。孫家峻等[52]和孫薇等[53]在秦嶺褐土分別種植獼猴桃和核桃的研究發(fā)現(xiàn)，施用生物有機(jī)肥對(duì)土壤Mclntosh指數(shù)的影響顯著不同。

施肥對(duì)土壤的影響較為復(fù)雜，且在土壤類(lèi)型、種植制度等作用下形成養(yǎng)分限制因子、養(yǎng)分豐缺程度以及物理性狀不同的土壤，養(yǎng)分與微生物之間的關(guān)系存在較大差異[48]。土壤微生物多樣性是土壤環(huán)境多因素作用下的綜合結(jié)果，除了有機(jī)肥提供養(yǎng)分，微生物生長(zhǎng)環(huán)境也顯著影響土壤微生物群落多樣性。因此，對(duì)土壤微生物多樣性的作用機(jī)理還有待進(jìn)一步系統(tǒng)研究。

3.2.2 有機(jī)肥對(duì)土壤微生物群落碳源代謝的影響 土壤微生物群落碳源代謝特征主要包括碳源代謝活性和對(duì)不同種類(lèi)碳源的利用率。土壤碳源平均顏色變化率(AWCD)是反映土壤微生物利用碳源的能力和代謝活性的大小的重要指標(biāo)[52]。多數(shù)研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)肥施用提高了微生物對(duì)碳源的利用能力[49,53]，施用有機(jī)肥土壤中可利用的碳源種類(lèi)趨于多元，土壤碳源代謝活性增加。

土壤微生物利用的碳源主要包括氨基酸類(lèi)、糖類(lèi)、羧酸類(lèi)、聚合物類(lèi)、胺類(lèi)、酚酸類(lèi)六大類(lèi)，微生物對(duì)不同種類(lèi)碳源的利用程度反映微生物的代謝功能類(lèi)群的多樣性[54]。有機(jī)肥處理下土壤微生物對(duì)六大類(lèi)碳源的總利用率高于化肥處理，但不同種類(lèi)的有機(jī)肥對(duì)碳源利用種類(lèi)的影響存在差異。孫薇等[53]在褐土的研究中指出生物有機(jī)肥處理下土壤微生物對(duì)多聚物類(lèi)、多酚化合物類(lèi)、氨基酸類(lèi)的利用率最高；劉晶鑫等[51]在黑土的研究指出，有機(jī)無(wú)機(jī)配施處理土壤微生物對(duì)糖類(lèi)和化合物類(lèi)碳源的利用率最高，馬糞處理土壤微生物對(duì)聚合物類(lèi)碳源的利用率最高。

不同有機(jī)肥為土壤提供的碳源種類(lèi)和外源物質(zhì)存在差異，而不同種群微生物利用的碳源類(lèi)型不同，使得土壤微生物群落形成了獨(dú)特且適宜的碳源利用方式[49,54]。有機(jī)肥培肥土壤的效果受供試土壤特性、有機(jī)肥種類(lèi)以及添加的菌株種類(lèi)、自身養(yǎng)分狀況和作物種類(lèi)等復(fù)雜因素的影響[48]，土壤微生物群落組成同樣也有所差異，導(dǎo)致了土壤微生物對(duì)碳源的選擇性利用呈現(xiàn)較大的差異性。在實(shí)際生產(chǎn)中，需要根據(jù)農(nóng)田土壤基本肥力及作物生長(zhǎng)狀況，合理選取有機(jī)肥種類(lèi)。

3.3 有機(jī)肥對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

3.3.1 有機(jī)肥對(duì)不同類(lèi)群土壤微生物的影響 細(xì)菌是土壤中數(shù)量最多的微生物，施用有機(jī)肥有利于提高土壤細(xì)菌數(shù)量和多樣性[32,35]，而施化肥更適宜真菌生長(zhǎng)[55-56]。王慧穎等[57]發(fā)現(xiàn)連續(xù)35年尿素單施，黑土真菌數(shù)量增加了24倍，而細(xì)菌數(shù)量未見(jiàn)顯著增加，細(xì)菌/真菌比值顯著降低；丁建莉等[34]研究表明，無(wú)機(jī)氮磷鉀肥通過(guò)配施馬糞顯著提高了土壤細(xì)菌/真菌比值。有機(jī)肥有利于提高土壤細(xì)菌/真菌比值，防止土壤由“細(xì)菌型”向“真菌型”轉(zhuǎn)變。不僅如此，土壤放線(xiàn)菌/真菌比、假單胞桿菌/真菌比也隨著有機(jī)肥施用而增加[58]。

古菌參與CH4代謝、氨氧化等土壤碳氮代謝過(guò)程[35]，相對(duì)于細(xì)菌和真菌，土壤中古菌比重較低，對(duì)養(yǎng)分的競(jìng)爭(zhēng)能力較弱[59]。有機(jī)肥較化肥增加古菌的數(shù)量，袁紅朝等[60]、邢亞薇等[61]研究表明，配施有機(jī)肥較單施化肥可顯著提升水稻土、黑壚土古菌豐度。同時(shí)，由于土壤微生物之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，土壤細(xì)菌和真菌數(shù)量增加會(huì)抑制古菌生長(zhǎng)繁殖[35]。微生物互作關(guān)系影響微生物群落裝配過(guò)程，進(jìn)而影響群落的生態(tài)功能[43]。

從土壤微生物主要功能分類(lèi)看，有機(jī)肥有利于提高土壤固氮微生物和氨氧化微生物的多樣性和改變其群落組成[38,62]。周志成等[63]、羅宇培等[64]分別通過(guò)南方紅壤蔬菜地試驗(yàn)、北方棕壤玉米-大豆輪作施肥試驗(yàn)證實(shí)了有機(jī)肥提高土壤氨氧化古菌(AOA)和氨氧化細(xì)菌(AOB)數(shù)量及多樣性效果優(yōu)于化肥單施。施用有機(jī)肥增加氨氧化細(xì)菌中的氨單加氧酶編碼基因[65]，從而提高土壤硝化速率。有機(jī)培肥增加了固氮微生物多樣性，增加紅壤中固氮菌 α-變形菌綱(Alphaproteobacteria)和慢生根瘤菌屬(Bradyrhizobium)的豐度[66]，JIANG等[62]發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期施用有機(jī)肥會(huì)刺激磷酸酶的中慢生根瘤菌屬(Mesorhizobium)的生長(zhǎng)，這些類(lèi)群是土壤固氮解磷過(guò)程的關(guān)鍵微生物，其豐度增加會(huì)促進(jìn)土壤氮素平衡供應(yīng)。

3.3.2 有機(jī)肥對(duì)土壤優(yōu)勢(shì)微生物數(shù)量的影響 研究者常將相對(duì)豐度＞1%的微生物視為土壤優(yōu)勢(shì)微生物。土壤中細(xì)菌的優(yōu)勢(shì)菌門(mén)主要有放線(xiàn)菌門(mén)、綠彎菌門(mén)、變形菌門(mén)、酸桿菌門(mén)等；真菌的優(yōu)勢(shì)菌門(mén)主要有子囊菌門(mén)、擔(dān)子菌門(mén)、壺菌門(mén)、球囊菌門(mén)、接合菌門(mén)等[37]；古菌的優(yōu)勢(shì)菌門(mén)主要有奇古菌門(mén)、廣古菌門(mén)、深古菌門(mén)、泉古菌門(mén)等。在門(mén)水平上，土壤優(yōu)勢(shì)微生物的組成不易被改變[33]，但數(shù)量會(huì)隨著土壤環(huán)境的變化而變化。劉平靜等[32]、馬龍等[35]、劉高遠(yuǎn)等[67]在 土、潮土設(shè)施菜田、石灰性砂姜黑土上開(kāi)展的施肥試驗(yàn)顯示，隨著有機(jī)類(lèi)肥料的施入，擬桿菌門(mén)、變形菌門(mén)相對(duì)豐度顯著增加，放線(xiàn)菌門(mén)、酸桿菌門(mén)、綠彎菌門(mén)、芽單胞菌門(mén)、厚壁菌門(mén)、硝化螺旋菌門(mén)、擔(dān)子菌門(mén)、奇古菌門(mén)等相對(duì)豐度顯著降低[68]。

總體而言，有機(jī)肥對(duì)變形菌門(mén)、糞殼菌和毛霉菌等富營(yíng)養(yǎng)型微生物表現(xiàn)為促進(jìn)[69]，對(duì)酸桿菌門(mén)等貧營(yíng)養(yǎng)型微生物表現(xiàn)為抑制[70]，而施用化肥更有利于酸桿菌門(mén)、放線(xiàn)菌門(mén)、傘菌綱等貧營(yíng)養(yǎng)型或耐脅迫微生物生長(zhǎng)繁殖[71-72]。肥料在為土壤提供碳源的同時(shí)，對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇塑造[55]，最終推動(dòng)相應(yīng)的微生物群落逐漸成為優(yōu)勢(shì)菌群。

3.3.3 有機(jī)肥對(duì)土壤病原菌的影響 土壤病原菌能入侵宿主，引起作物感染致病，并蔓延傳播，威脅土壤-植物系統(tǒng)健康和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[73]。從現(xiàn)有研究結(jié)果看，施用含有芽孢桿菌、哈茨木霉菌、婁徹氏鏈霉菌等功能菌的生物有機(jī)肥抑制土壤茄科雷爾氏菌、假單孢菌、鐮刀菌等致病菌，定向防治瓜類(lèi)、茄科、香蕉、豆科枯萎病和煙草、番茄，茄子，辣椒，馬鈴薯青枯病等[74]。生物有機(jī)肥中的拮抗微生物可通過(guò)搶占病原菌的侵入位點(diǎn)和分泌拮抗物質(zhì)對(duì)特定病原菌形成抑制[75]，如解淀粉芽孢桿菌對(duì)尖孢鐮刀菌[76]、枯草芽孢桿菌對(duì)煙草疫霉菌[77]等。

未添加外源拮抗微生物的有機(jī)肥對(duì)土壤病原菌的抑制作用與肥料種類(lèi)和病原菌種類(lèi)有關(guān)，不總是起到正向作用。豬糞好氧堆肥制成的有機(jī)肥降低了致病菌黃桿菌屬的相對(duì)豐度[13]，牛糞抑制黃瓜枯萎病病原菌尖孢鐮刀菌的生長(zhǎng)[78]，馬糞對(duì)具有高度侵染性的病原菌Cochliobolus和具有腐生性病原菌Exophiala有明顯抑制作用[34]；然而，豬糞對(duì)甜瓜枯萎病病原菌尖孢鐮刀菌[79]、豬糞對(duì)青枯勞爾氏菌[80]未表現(xiàn)出明顯抑制。有機(jī)肥對(duì)土壤微生物群落多樣性的提升可加劇土壤內(nèi)部微生物養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)，防止病原菌成為優(yōu)勢(shì)菌群，同時(shí)有機(jī)肥促進(jìn)作物根系分泌絲氨酸、異亮氨酸、精氨酸等對(duì)土傳病原菌生長(zhǎng)有抑制作用的有機(jī)酸[81]，如絲氨酸可以抑制西瓜專(zhuān)化型尖孢鐮刀菌的生長(zhǎng)[82]，從而對(duì)土傳病害的防控起到積極作用。值得注意的是，畜禽類(lèi)糞肥，尤其是未經(jīng)腐熟處理，可能增加土壤中假單胞菌屬和黃桿菌屬等致病菌[13]，從而不利于土壤健康。

3.4 有機(jī)肥對(duì)土壤微生物群落構(gòu)建的作用

隨著研究方法進(jìn)步及人們對(duì)土壤微生物認(rèn)識(shí)的不斷加深，有機(jī)肥在土壤微生物群落構(gòu)建中的作用進(jìn)一步明確。由于土壤微生物對(duì)生存環(huán)境有高度敏感性，有機(jī)肥對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響途徑或作用機(jī)理主要可以歸結(jié)為施肥引起了土壤理化環(huán)境的改變。一是有機(jī)肥能維持土壤pH相對(duì)穩(wěn)定，保證土壤酸堿度適宜不同類(lèi)型微生物生長(zhǎng)，防止土壤酸化使真菌類(lèi)等宜酸性或耐酸能力強(qiáng)的微生物成為優(yōu)勢(shì)群落[75]，從而提高土壤微生物多樣性及豐富度。二是有機(jī)肥增加了微生物可利用碳源的種類(lèi)、數(shù)量以及氮磷鉀養(yǎng)分，改善土壤養(yǎng)分環(huán)境狀況，解除養(yǎng)分限制因子[83]，由此對(duì)不同環(huán)境需求類(lèi)型的微生物產(chǎn)生分化。三是有機(jī)肥中外源有機(jī)質(zhì)的激發(fā)效應(yīng)使得微生物活性和特異性胞外酶的分泌增加[84]，提高土壤蔗糖酶、脲酶、過(guò)氧化氫酶、N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶等土壤碳氮循環(huán)關(guān)鍵酶活性[48]，促進(jìn)了微生物對(duì)土壤碳氮利用周轉(zhuǎn)及生長(zhǎng)繁殖。四是施用有機(jī)肥通過(guò)顯著改善土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)、透氣性等物理環(huán)境，調(diào)控土壤細(xì)菌、真菌等微生物群落區(qū)系結(jié)構(gòu)[85]。此外，有機(jī)肥能夠影響根系物質(zhì)分泌，根際微域土壤理化性質(zhì)的改變及根系分泌物對(duì)生物菌群的刺激，也能引起土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的變化[31。

3.5 有機(jī)肥攜帶物質(zhì)對(duì)土壤微生物群落的影響

隨著有機(jī)肥料的大量施用，抗生素進(jìn)入土壤中，國(guó)內(nèi)多個(gè)研究結(jié)果顯示土壤存在高濃度抗生素殘留[86-87]。糞肥是農(nóng)田抗生素的主要來(lái)源，糞肥中抗生素含量為 371～7820 μg/kg[88]，包括氟喹諾酮類(lèi)、四環(huán)素類(lèi)、磺胺類(lèi)抗生素等?？股赝ㄟ^(guò)抑制細(xì)胞生長(zhǎng)、功能酶的活性來(lái)對(duì)土壤微生物多樣性產(chǎn)生影響[87]。四環(huán)素類(lèi)能顯著降低細(xì)菌中變形菌門(mén)、綠彎菌門(mén)、酸桿菌門(mén)和疣微菌門(mén)的相對(duì)豐度，減少細(xì)菌群落多樣性，而增加真菌群落的多樣性[89]?；前奉?lèi)抗生素在任何初始濃度下均對(duì)微生物存在抑制效果；四環(huán)素類(lèi)和氟喹諾酮類(lèi)抗生素濃度達(dá)到10 mg/kg時(shí)會(huì)抑制土壤微生物多樣性，但濃度≤10 mg/kg時(shí)，對(duì)土壤微生物功能多樣性具有微弱的促進(jìn)作用[87]。土壤性質(zhì)、pH能顯著影響抗生素的降解率，抗生素在弱酸性土壤降解速率更高[87]，在容重較低的沙土中遷移解吸速度更快[90]。

有研究指出，雞糞中As、Cu和Zn的濃度可達(dá)18.30、160、678.00 mg/kg，商品有機(jī)肥Cd、Cr、Hg和Pb濃度可達(dá)2.32、108.00、1.04、34.60 mg/kg[91]。土壤微生物對(duì)重金屬的敏感性高于植物和動(dòng)物，已有大量研究表明[92-93]，重金屬通過(guò)干擾微生物正常代謝或改變功能基因，引起土壤微生物生物量、活性、群落結(jié)構(gòu)及功能多樣性改變。不同類(lèi)群微生物對(duì)重金屬的敏感性存在差異，原核生物（細(xì)菌、放線(xiàn)菌）比真核生物（真菌）對(duì)重金屬更敏感[94]。重金屬對(duì)微生物結(jié)構(gòu)和功能的影響還與土壤pH、質(zhì)地、土壤養(yǎng)分含量等有關(guān)[95]。然而，重金屬對(duì)土壤微生物并非皆為抑制作用，如細(xì)菌中變形菌門(mén)、放線(xiàn)菌門(mén)、厚壁菌門(mén)和綠彎菌門(mén)對(duì)重金屬環(huán)境有較好的適應(yīng)性[96]，真菌的油壺菌屬、小不整球殼屬、Gibellulopsis和被孢霉屬等對(duì)土壤重金屬也有很好的抗性[97]。重金屬種類(lèi)和濃度、土壤的理化性質(zhì)與重金屬污染引起的微生物群落特征變化的關(guān)系目前尚未得到統(tǒng)一的結(jié)論，有待進(jìn)一步研究。此外，土壤微生物群落特征也可以反映土壤重金屬的污染程度，將重金屬濃度與微生物的相關(guān)參數(shù)聯(lián)系起來(lái)，建立土壤微生物指示重金屬污染狀況的評(píng)估體系，有助于更好地開(kāi)展重金屬污染對(duì)土壤的影響研究。

4 研究展望

總的來(lái)講，土壤生境是影響土壤微生物群落組成和多樣性的最主要因素，有機(jī)肥施用通過(guò)改變土壤pH、養(yǎng)分含量、團(tuán)聚結(jié)構(gòu)、酶活性等環(huán)境因素影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能特性。這些研究有助于揭示如何通過(guò)施肥措施來(lái)提高土壤肥力和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力。從已有的研究來(lái)看，對(duì)土壤微生物群落的亞類(lèi)群組成、功能特性、穩(wěn)定機(jī)制的認(rèn)識(shí)還不夠深入，基于特定生態(tài)功能的有機(jī)肥料開(kāi)發(fā)還有待研究，土壤微生物在土壤健康體系中的研究和應(yīng)用還不夠完善，在一定程度上導(dǎo)致了肥料施用（特別是有機(jī)肥）的盲目性以及土壤健康評(píng)價(jià)的局限性。因此，未來(lái)可重點(diǎn)開(kāi)展以下幾個(gè)方面的研究：

（1）明確不同類(lèi)群土壤微生物的功能特征和作用機(jī)理。受技術(shù)限制對(duì)微生物屬水平認(rèn)識(shí)不夠全面，對(duì)不同種類(lèi)微生物的功能特性研究不夠深入。今后的研究應(yīng)深入挖掘功能基因表達(dá)的分子機(jī)制，對(duì)微生物中固氮和溶磷等作用基因的啟動(dòng)子和增強(qiáng)子進(jìn)行深入研究，明確屬水平上的微生物的功能特性，以便形成對(duì)土壤微生物群落及功能特性更深層次的認(rèn)識(shí)。

（2）新型有機(jī)肥料的開(kāi)發(fā)研究。針對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求，培養(yǎng)具有特定生態(tài)功能的微生物，形成能力較強(qiáng)的工程菌株，開(kāi)發(fā)高效、針對(duì)性強(qiáng)的有機(jī)產(chǎn)品，充分發(fā)揮有機(jī)肥在土壤資源可持續(xù)利用與農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展中的作用。

（3）土壤健康微生物指標(biāo)的開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證，深入開(kāi)展土壤健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究。目前，土壤健康的一些微生物指標(biāo)研究驗(yàn)證不足，缺乏可操作性，可對(duì)不同類(lèi)型土壤建立長(zhǎng)期定位研究平臺(tái)，明確具有廣泛代表性的土壤健康微生物指數(shù)；將土壤微生物評(píng)價(jià)指標(biāo)與特定的土壤生態(tài)功能聯(lián)系起來(lái)，制定可量化的評(píng)價(jià)體系來(lái)精準(zhǔn)反映土壤健康。