摘 要：極端干旱區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)不穩(wěn)定，是對氣候變化和人類活動較為敏感的陸地生態(tài)系統(tǒng)之一。極端干旱區(qū)的土壤微生物多樣性是否可以持續(xù)性維持，不僅影響當地的氣候環(huán)境和生態(tài)平衡，同時也會影響全球的生態(tài)平衡與穩(wěn)定。研究發(fā)現，土壤微生物多樣性將影響植物多樣性，進而影響生態(tài)系統(tǒng)功能和穩(wěn)定性。因此，在極端干旱區(qū)保護植物多樣性的同時，要保護土壤微生物多樣性。

關鍵詞：極端干旱區(qū)；防護林地；土壤微生物多樣性

中圖分類號：S714 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）05–0-03

經研究發(fā)現，提高土壤微生物多樣性對于極端干旱區(qū)生態(tài)平衡具有重要的作用。極端干旱區(qū)最突出的特點就是缺水，不僅地面水資源匱乏，而且全年降水量非常少。因此，防護林地覆蓋極端干旱區(qū)，能夠有效改善當地的生態(tài)環(huán)境，保證當地生物的多樣性，改善氣候條件，同時借助森林涵養(yǎng)水源的優(yōu)勢防止水土流失。為了深入研究極端干旱區(qū)防護林地土壤微生物多樣性保持情況，下面進行了相關方面的分析研究。

1 土壤微生物多樣性的內涵及研究方法

土壤微生物多樣性主要是指土壤生態(tài)系統(tǒng)中的微生物種類、具體數量、功能等與生態(tài)環(huán)境之間的關系，是檢測土壤生態(tài)環(huán)境質量的一個重要指標。土壤微生物多樣性主要體現在4個方面：第一是物種多樣性，主要是指在一個空間范圍內的土壤微生物種類多且分布均勻；第二是基因多樣性，主要是指微生物在基因組大小、數目及成分等方面存在的差異；第三是結構多樣性，主要是指土壤微生物群落的具體組成結構及具體的分布情況；第四是功能多樣性，主要是指這些微生物在生態(tài)系統(tǒng)中起到的作用，如分解功能、抑制生物生長功能等。

研究土壤微生物多樣性的方法較多，第一種是土壤宏基因組測序法，先確定目標物，然后從土壤中提取微生物群體的基因組，依據鳥槍法建立數據庫，在進行基因檢測后，將結果放入高通量的測序平臺中按照一定的方法測序。第二種是末端限制性酶片段長度多態(tài)性分析法，具體步驟與第一種方法相似，也是先從土壤中提取微生物的DNA，然后進行分析，研究土壤微生物的多樣性信息。此外，上述檢測方法也適用于土壤微生物多樣性與植物種類關系研究，可以依據實際情況靈活選用。

2 土壤微生物多樣性對土壤環(huán)境的影響

2.1 土壤養(yǎng)分的有序循環(huán)

土壤微生物多樣性對土壤環(huán)境的影響較大，可以有效促進土壤養(yǎng)分的有序循環(huán)。土壤中蘊含著大量的養(yǎng)分，土壤中的微生物會持續(xù)分解有機物質，然后獲得更多有助于植物吸收利用的營養(yǎng)元素，植物也會在光合作用下生成各種養(yǎng)分，在一段時間后變成土壤的養(yǎng)料，以此形成閉合的養(yǎng)分循環(huán)。土壤中的養(yǎng)分循環(huán)是一個復雜的過程，需要進行氮、硫及磷等多種元素的循環(huán)轉化和移動，進而完成無機物到有機物的轉換。例如，土壤中的氮元素主要來自降水和施肥，在生態(tài)環(huán)境允許的條件下，雨水和肥料中的氮元素會進入土壤，進行微生物分解，完成無機物到有機物的轉換。此時，土壤的溫濕度、氮元素含量，以及土壤的pH值等都會影響土壤中氮元素的有序循環(huán)質量和效果。

2.2 土壤的保持和改良

通常情況下，為了有效保持并改良土壤，所采取的方法多是使用生物肥料，科學、合理地施肥，以及定期的輪作與間作有利于改良土壤。而土壤中微生物多樣性可以促進土壤中的養(yǎng)分進行有序循環(huán)，提高土壤的質量，有利于微生物生存及植物生長。保護土壤微生物多樣性實際上是保持并改良土壤的自然方法。微生物在土壤改良中發(fā)揮的作用較大。微生物的代謝活動有助于土壤中的有機廢棄物通過分解轉化成可用的有機質，可將無機物轉化為有機物，讓土壤的肥力因有機物含量的增加而得到有效提高。同時，微生物可以通過分解的方式降低土壤中有害物質的含量，從而達到改良土壤的目的。土壤中也蘊含一些特殊的可有效改良土壤的微生物，如硝酸鹽降解細菌，可以將過多的硝酸根離子變成氮氣?？傊?，土壤微生物多樣性可提高土壤中有益物質的含量，為生物提供良好的生存和生長環(huán)境，進而達到保持并改良土壤的效果。

2.3 影響全球氣候變化

大氣中的二氧化碳及甲烷等氣體的含量增加是導致氣候變暖的主要原因。有研究發(fā)現，當氣候變暖后，一些對氣候較為敏感的微生物會因此消亡，進而使微生物多樣性發(fā)生變化。反之，提高土壤微生物的多樣性會使土壤環(huán)境發(fā)生明顯變化，微生物分解有機物質及植物殘體時會釋放出大量的二氧化碳及甲烷等氣體，進而導致氣溫上升。氣溫上升或下降都會對全球生態(tài)環(huán)境產生影響，因此，土壤中微生物多樣性的穩(wěn)定和持續(xù)至關重要。當土壤中微生物多樣性發(fā)生變化時，全球氣候將受到影響，氣候變化會進一步影響土壤中微生物的多樣性，此時微生物群落需要重新適應新的氣候環(huán)境，進而導致土壤中微生物的多樣性再次發(fā)生變化，形成一個循環(huán)。

2.4 維持土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性

從整體視角分析，土壤微生物多樣性可以維持土壤生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，這是因為土壤中的微生物種類繁多、數量龐大，已經形成了共生或競爭關系。從相對論角度分析，這樣的關系對土壤穩(wěn)定性有直接影響，只要其中某一個重要的微生物種群及其數量沒有發(fā)生實質性的變化，土壤生態(tài)系統(tǒng)就會處于穩(wěn)定狀態(tài)。反之，若其中某一個重要的微生物種群及其數量發(fā)生了明顯變化，則土壤生態(tài)系統(tǒng)形成的“鏈”會斷裂，進而影響其穩(wěn)定性。土壤微生物多樣性不僅表現在微生物的種類及數量上，還體現在土壤微生物的群落結構上，如土壤中的蚯蚓數量增多，那么土壤中的微生物群落結構也會因此而發(fā)生變化，進而對土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成一定程度的影響。此外，土壤微生物分解有機物的質量及頻率發(fā)生變化后，土壤中氮與磷等元素的含量及功能也將發(fā)生變化，進而導致土壤微生物多樣性發(fā)生變化，并影響了土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.5 提高土壤營養(yǎng)物質的利用率

首先，土壤中的微生物可以通過分解土壤中的有機物質以及自身的新陳代謝，有效轉化一些不能利用或者難以利用的物質，將其變成可以吸收利用的物質。其次，土壤中的微生物可以分解、消滅一些有害生物，從而讓土壤中的有益物質含量大于有害物質含量，從根本上抑制有害菌的生成與繁殖[1]。最后，土壤中的微生物是持續(xù)活動的，在活動過程中會對土壤環(huán)境產生一定影響，如土壤中的微生物含量增加、土壤中酶的活性增強等，會使得土壤中的養(yǎng)分循環(huán)速度加快，促進植物有效吸收和利用土壤中的營養(yǎng)物質，提高營養(yǎng)物質的整體利用率。土壤中的營養(yǎng)物質因微生物多樣性存在而一直被吸收，同時也一直被生產，已經形成良性的生成與分解循環(huán)，可以保證植物所需營養(yǎng)物質的持續(xù)供應。

3 土壤微生物多樣性的影響因素

極端干旱區(qū)防護林地土壤微生物多樣性會對植物成長產生重要影響。為了增強極端干旱區(qū)防護林地的種植效果，需要加大對土壤微生物多樣性的影響因素的研究力度，為后續(xù)土壤微生物多樣性的調控管理提供方向指引，從而確保土壤環(huán)境的穩(wěn)定性。

3.1 植被類型

土壤可以為植被生長提供養(yǎng)分，而微生物代謝作用可以為土壤供給養(yǎng)分。植被的生長代謝會間接影響土壤生物多樣性，如植被生長會影響土壤中有機碳氮水平、溫度、pH值等，間接影響土壤微生物多樣性，且植被凋落物可以為微生物提供有機物、能量，優(yōu)化土壤微生物的生存環(huán)境，如植物疏密度會影響土壤含水量，進而影響土壤微生物生物量。植物種類不同也會影響土壤中微生物群落多樣性。若植被生產力下降，會減少微生物可利用的新鮮植物資源，增加生態(tài)環(huán)境篩選壓力，進而改變微生物功能和基因多樣性。

3.2 土壤條件

土壤特性與土壤微生物多樣性息息相關，且與動植物生物活性存在緊密聯系。其中影響土壤中微生物多樣性、菌群結構的因素主要有磷酸鹽磷、有機氮含量、pH值等。例如，鹽水灌溉會在一定程度上改變土壤環(huán)境，影響土壤微生物組成，灌溉水鹽度越高，土壤微生物多樣性越強，細菌門類減少。

3.3 管理方式

人類的土壤管理方式有耕作、施加肥料、施加農藥等，這會在一定程度上改變土壤理化特性，進而影響土壤微生物多樣性。例如，耕作會削弱叢枝菌根真菌多樣性，而地理位置、土壤類型等因素不會影響叢枝菌根真菌的多樣性。有機農耕表層的土壤微生物生物量、有機碳氮量、土壤酶活性較高。

3.4 土壤理化性質

土壤理化性質為土壤物理化學特點，如土壤pH值、有機質、氮磷含量等，與土壤微生物資源庫存在緊密聯系。當森林砍伐過度時會降低土壤多孔性，進而影響土壤理化性質，致使不同地區(qū)土壤微生物群落發(fā)生定性、定量變化。定性變化主要體現在物種的數量上，定量變化主要體現在微生物物種的豐度和均勻度上。土壤pH值上升會促使土壤固氮微生物群落的多樣性增強。

3.5 溫度與水分

溫度與水分會對土壤微生物多樣性產生較大的影響，季節(jié)、氣候會對太陽輻射熱量、降雨量產生一定的影響，改變溫度和水分。土壤溫度、含水量發(fā)生變化，會改變植物新陳代謝速度，進而影響土壤中微生物的多樣性。

4 極端干旱區(qū)土壤微生物的種類及分布

極端干旱區(qū)土壤微生物主要有兩種：一種是細菌，另一種是真菌。土壤中真菌的含量最高；其次是植物及其根部；蚯蚓、蝸牛等無脊椎動物也生存在土壤中，但其占比相對較少[2]。極端干旱區(qū)土壤微生物的種類及其分布受多方面因素的影響，如土壤中的水分含量、土壤的溫濕度及光照時長等。通常情況下，在鹽漬農田等極端干旱區(qū)，其土壤中微生物的種類及分布會受到土壤中鹽分和全氮含量的影響。極端干旱區(qū)的植物種類及分布與干旱程度有直接關系，在極端干旱區(qū)溫度持續(xù)升高，氣候明顯干燥的情況下，土壤中的有機氮水解酶活性會明顯降低，進而導致土壤中微生物的生存環(huán)境受到影響，抑制土壤微生物對有機碳及植物殘體的分解。

5 極端干旱區(qū)防護林對土壤微生物多樣性的影響

5.1 土壤環(huán)境的影響

極端干旱區(qū)防護林地能有效改善土壤環(huán)境，使土壤環(huán)境朝著有利于微生物多樣性的方向發(fā)展，保持其平衡與穩(wěn)定。防護林地主要是指天然林和人工林，其存在的主要目的是有效保持水土、涵養(yǎng)水源、調節(jié)當地的氣候、防風固沙、減少污染。防護林是防御自然災害并改善環(huán)境和土壤質量的主要方式之一。在極端干旱區(qū)開墾種植防護林地，可以構建一個相對穩(wěn)定的土壤生態(tài)系統(tǒng)，有效保持水土、涵養(yǎng)水源、優(yōu)化土壤環(huán)境，從而促進微生物的生存與發(fā)展[3]。當極端干旱區(qū)防護林地的土壤環(huán)境得到有效改善之后，微生物種類和數量會逐漸增加，微生物的活性也會增強，并逐步形成相對穩(wěn)定的土壤生態(tài)環(huán)境。此外，在極端干旱區(qū)，底層土壤中的有機氮水解酶的活性會隨著水分的流失而逐漸降低，無機氮素的可利用率也會下降，而防護林地的營造，可以有效涵養(yǎng)水源和解決以上問題，進而保持土壤微生物的多樣性。

5.2 防護林的影響

極端干旱區(qū)的存在會導致生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性受到極大影響，因此，需要采取退耕還林、人工造林等方式來修復退化的生態(tài)系統(tǒng)，但同時要注意退耕還林、人工造林等方式會直接消耗深層的土壤水分，導致深層土壤與淺表土壤一樣發(fā)生干化問題，從而影響土壤微生物多樣性的穩(wěn)定[4]。由此可知，極端干旱區(qū)防護林地對土壤微生物多樣性的影響是間接性的，雖然不能確定關聯程度，但可以確定影響程度，因此，防護林地的建造需要綜合考量。從現有的研究中發(fā)現，當防護林的造林深度達到150～500 cm時，造林對土壤微生物群落和功能的影響最大，并導致細菌網絡穩(wěn)健性和功能降低，從而增加了深層土壤干化率，影響土壤微生物多樣性的穩(wěn)定性。因此，在極端干旱區(qū)進行防護林地改造時，需要重點考慮深層土壤微生物的負面影響。

5.3 生物土壤結皮的影響

生物土壤結皮由藻類、苔蘚、地衣等孢子植物類群組成，在全球干旱區(qū)地表的分布非常廣泛，是干旱生態(tài)系統(tǒng)中不可忽視的組織構建者。生物土壤結皮可以有效固定土壤環(huán)境中的碳和氮，進而使固定的氮經過微生物分解變成不同形態(tài)的可利用氮素，促進土壤微生物群的生存與生長。生物土壤結皮可以改變土壤結構，從而提高土壤質量，使土壤的物理特性突出[5]。對于極端干旱區(qū)的防護林地而言，生物土壤結皮會導致土壤膨脹的高度增加，進而導致防護林地林種生長環(huán)境發(fā)生變化，從而抑制林木生長，影響防護林地的穩(wěn)定性。此時，防護林地的生態(tài)環(huán)境也會發(fā)生變化，致使土壤微生物多樣性發(fā)生變化。此外，極端干旱區(qū)防護林地的水分分布也會因生物土壤結皮而發(fā)生變化，導致植被的生長受限，不利于形成穩(wěn)定的生態(tài)環(huán)境?？偠灾?，生物土壤結皮的影響較大，需要引起重視并繼續(xù)深入研究。

6 結束語

土壤微生物多樣性可有效維持土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與和諧性，可以較早預測出土壤養(yǎng)分及環(huán)境質量的變化過程，可借助土壤微生物多樣性的檢驗方法檢驗某一地區(qū)的土壤生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定情況。土壤微生物多樣性對土壤環(huán)境的影響是多方面的，對于極端干旱區(qū)防護林地而言，讓旱區(qū)不再干旱是目標，所以應重視分析和探究極端干旱區(qū)防護林地土壤微生物多樣性的變化情況，獲取相應的監(jiān)測數據，并及時做出應對決策。

參考文獻

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[3] 靳正忠，雷加強，徐新文，等.沙土微生物多樣性與土壤肥力質量的咸水滴灌效應[J].生態(tài)學報，2014，34（13）：3720-3727.

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[5] 靳正忠，雷加強，徐新文，等.極端干旱區(qū)防護林地土壤微生物多樣性[J].生態(tài)學報，2009，29（8）：4548-4559.

作者簡介：趙志慧（1991—），女，甘肅古浪人，工程師，研究方向為林地土壤微生物。