放牧對草地土壤微生物的影響

茍燕妮，南志標

(草地農業生態系統國家重點實驗室，蘭州大學草地農業科技學院，甘肅 蘭州 730020)

放牧對草地土壤微生物的影響

茍燕妮，南志標*

(草地農業生態系統國家重點實驗室，蘭州大學草地農業科技學院，甘肅 蘭州 730020)

摘要：土壤質量是草地生態系統生產力可持續發展的關鍵所在。健康的土壤必定擁有豐富的物種多樣性、活躍的生命體、高效的內部養分循環及較好的抗干擾能力。土壤微生物作為土壤系統中各種生物進程的主要推動者，其作用不可小覷。因此，我們可以利用土壤微生物的數量、群落結構和多樣性等特征監測土壤質量。本文綜述了放牧對草地土壤微生物數量、生物量、群落結構和多樣性的影響。指出通過了解土壤微生物與放牧行為間的關系，如何評估土壤質量，選取適宜的放牧梯度，完善草地管理模式，并介紹了土壤微生物群落結構和多樣性研究方法的利弊。解決兩個關鍵問題：1)土壤微生物的各種特征是如何響應放牧行為的。2)如何通過這些指標評價土壤質量，然后提出合理的放牧模式，改善和維護草地的生產力。

關鍵詞：放牧；土壤；微生物生物量；微生物多樣性

The impacts of grazing on the soil microorganism population of grassland

GOU Yan-Ni, NAN Zhi-Biao*

StateKeyLaboratoryofGrasslandAgro-ecosystems,CollegeofPastoralAgriculturalScienceandTechnology,LanzhouUniversity,Lanzhou730020,China

Abstract:Soil quality is crucial to sustainable development of grassland ecosystems and to their productivity. Healthy soil must have rich species diversity, active microorganism populations, an efficient internal nutrient cycle and good buffering against disturbance. Soil microorganisms are the main driver of various biological processes and are therefore very important in soil systems. Hence, soil microbial community characteristics such as population numbers, community structure and species diversity can be used as a measure of soil health. The present paper summarizes the effects of grazing on the grassland soil microbial populations, community structure and diversity. We propose that it is essential to understand the impact of grazing management on soil microorganisms. A methodology is introduced for evaluation of soil health, and selection of a suitable grazing level to improve grassland management, and the advantages and disadvantages are discussed. Two key questions are addressed; namely the responses of the soil microbial community to grazing activity, and how to use these indicators to evaluate soil quality and propose a reasonable grazing practice to sustainably improve the productivity of grassland.

Key words:grazing; soil; microbial biomass; microbial diversity

放牧是調節草地生產力最經濟有效的管理方式[1-2]，對草地生態系統地上和地下均有影響[3-4]。有蹄類動物通過加強土壤微生物營養富集和根際作用，提高礦物質有效利用率，最終促進植物營養能量的流動和光合作用[5]。土壤微生物作為草地地下生態系統最大的資源庫，推動整個環境中物質和能量的流動和轉移，對維持草地生態系統有重要的作用[6]。土壤微生物對土壤質量變化敏感，尤其是土壤微生物多樣性作為土壤生物學性質的敏感指標，能夠較早地指示草原生態環境變化和生態系統功能的變化[7]。研究掌握土壤微生物對放牧強度的響應在草原生態系統保護、恢復及重建中具有重要理論和實踐意義。

因此，為了明確放牧與土壤微生物群落結構、營養物質循環和分解過程之間的重要關系，關于放牧對土壤微生物群落影響的研究越來越多，主要有以下幾個方面：土壤微生物數量、生物量、活性、群落結構和多樣性的影響。研究表明，家畜的采食、踩踏和糞尿回地都會對土壤生物區系帶來影響[8-11]。而且隨著放牧率的增大，營養循環加速、凋落物生物量和土壤微生物生物量均增多。但是重度放牧會消耗土壤資源，從而減少地上和地下的生物量[12-13]。隨著研究的深入，學者們發現，由于不同的地理位置和季節氣候下土壤微生物對放牧的響應方式不一致[14-16]，因此，放牧與土壤微生物間關系復雜，而且又受環境因素的影響而呈現多變的變化趨勢。所以本文對不同環境條件下放牧與土壤微生物間的關系做一綜述，以期為以后的研究提供一些可參考的信息和依據。

1放牧對草地微生物數量的影響

土壤微生物是陸地生態系統中非常龐大的一個資源庫。每克土壤含有幾百萬個微生物[17]，2000~18000種細菌[18]。近年來，Gans等[17]運用現代DNA測序技術研究得出，每克土壤里約有107種微生物。土壤微生物數量是土壤微生物最基礎的研究對象，有些研究者在分析土壤微生物時通常會先對微生物的數量和分布變化情況進行數據采集，現今，最為常見的計數方法為平板表面涂抹計數法。

目前，土壤微生物主要研究對象為3大類群：細菌、真菌和放線菌。不同類型草地各放牧強度下三大類群微生物的數量變化趨勢由表1呈現。趙吉[19]對內蒙古冷蒿(Artemisiafrigida)小禾草草原進行4年的輪牧試驗發現，土壤各微生物類群數量均隨放牧率的增大而減少，重牧區的微生物總數下降約30%。尤其是自由放牧區的微生物數量顯著低于放牧試驗區。他們認為過度放牧不利于土壤微生物的生長，并且發現微生物數量與土壤有機碳含量顯著正相關。張成霞和南志標[20]對隴東黃土高原天然草地土壤微生物和土壤理化性質相關性進行研究發現：土壤微生物總數和細菌數量隨放牧強度的增大呈先減少后增多的趨勢，而真菌和放線菌數量隨放牧強度的增大而減少。土壤微生物總數在重牧條件下最多，這是由細菌數量最多引起的。因為，不同草地類型和利用方式下，與真菌和放線菌相比，細菌占有絕對優勢，所以，土壤微生物數量主要取決于細菌數量[21]。對于細菌數量在重牧地出現最高值這一現象,張成霞和南志標[20]認為是由于牲畜的踐踏使重牧地土壤變得緊實，通氣性下降，從而使嫌氣性細菌數量略有增加，再加上細菌適應不良環境的能力強，因而導致這種現象的發生。關于土壤微生物與土壤理化性質間相關性結果[22]表明,細菌數量與銨態氮、硝態氮及pH值呈正相關，與全氮和速效磷呈負相關。劉世貴等[22]對川西北退化草甸草地土壤微生物主要生理類群數量進行研究發現，土壤微生物總數隨草地退化程度的加深而減少，而且3種退化草地中嫌氣性纖維素分解細菌數量最多,這為重牧地細菌數量最多提供了參考依據。李春莉等[23]對內蒙古短花針茅(Stipabreviflora)草原研究顯示:土壤細菌、真菌和放線菌數量隨放牧強度變化趨勢均為：重牧地<不放牧<輕牧地,表明適度的放牧率會引起土壤微生物數量增多，而不放牧和過度放牧不利于土壤微生物的生長。土壤微生物與土壤有機質和土壤全氮呈較強的正相關關系。單貴蓮等[24]對內蒙古半干旱典型圍封草原研究發現，圍封草地與自由放牧地相比，細菌、真菌和放線菌數量無顯著增加，且隨圍封年限的延長呈遞增趨勢，但當圍封年限達到20年時，細菌數量顯著增多，而真菌和放線菌數量有所下降。顧愛星等[25]對天山北坡溫帶極端干旱天然草地研究發現，退化草地的微生物數量高于未退化草地，且重度退化草地的微生物數量最多，土壤微生物數量隨草地退化程度的加深呈現先增加后減少的關系。同時根據Wang和Sheng[26]關于松嫩平原農牧交錯帶天然草地的研究發現，土壤細菌、放線菌和真菌數量隨放牧強度的增加也呈現先增多后減少的趨勢，中牧地的土壤微生物數量最多。

由以上學者的研究可見，草地土壤微生物數量與放牧強度間關系呈現3種變化趨勢。1)土壤微生物隨放牧強度的增加或者退化程度的加深而減少，也就是放牧強度越大，草原退化越嚴重則土壤微生物數量越少。2)隨放牧強度的增加先增多后減少的趨勢，即一定的放牧率引起土壤微生物增多，且適度的放牧率微生物數量達到最大值，而過度放牧不利于土壤微生物的生長所以減少。3)隨放牧強度的增加而減少，但在重度放牧時突然增多。多數研究結果呈現第二種變化趨勢。根據研究者們對試驗結果的分析發現，土壤微生物數量與土壤某些理化性質(比如：有機碳、全氮、pH值等)呈正相關關系。可見，一般情況下土壤微生物數量多時表示土壤質量較好，放牧率合適，草地健康狀況良好(表1)。

表1　不同草地類型不同放牧強度下土壤微生物數量統計表

2放牧對土壤微生物生物量的影響

土壤微生物生物量是土壤營養元素的資源庫，是植物生長所需養分的重要來源[27-28]。有研究認為與微生物個體數量相比，微生物生物量更能反映土壤中微生物的實際含量和潛在能力，所以土壤微生物生物量是反映土壤質量和性能的一項重要的指標[29-30]。在草地生態系統中，大部分的營養物質被植物吸收利用，這些營養物質又直接通過動物排泄物進入能量循環過程，導致土壤中碳、氮加速分解轉化。已有少數學者研究發現，放牧地比未放牧地的有機碳和氮的含量高，且微生物生物量也較高[31-33]。但是，有些學者認為，草地放牧時存在潛在的氨揮發損失，所以有機氮含量較少[34-35]。可見土壤微生物生物量受放牧影響也較復雜。不同放牧方式下土壤微生物生物量變化見表2。

表2　不同草地類型不同放牧強度下土壤微生物生物量統計

Bardgett等[16]對兩種不同類型草原[剪股穎羊茅(Agrostisfestuca)草原和甘松茅(Nardusstricta)草原]放牧地研究發現，兩類草原均表現出不放牧草地的表層土壤微生物生物量顯著低于放牧地，停止放牧時微生物生物量減少。Ruess和McNaughton[36]對塞倫蓋蒂平原矮草草地研究發現，隨著放牧強度的增大，土壤微生物生物量碳含量增加，且與土壤有機碳呈正相關關系。Singh等[37]認為放牧增加土壤有效營養物質和微生物生物量，他們對印度干熱帶稀樹大草原研究發現，放牧增加土壤微生物生物量碳(15%~18%)、氮(14%~23%)、磷(19%~29%)，且與土壤有機氮、磷呈正相關關系。Bardgett等[38]對山地草甸放牧地研究發現，放牧地的真菌生物量顯著高于未放牧地，而細菌生物量無顯著變化。研究者認為，這種現象可能是由于酸性土壤的草地以及家畜排泄物有益于真菌的生長，并且放牧地出現嗜糞類微生物種類，導致放牧地真菌生物量高于未放牧地。

Qi等[39]對內蒙古半干旱放牧地進行研究發現重牧梯度下土壤微生物生物量碳最低，且與土壤有機碳和土壤全氮呈正相關關系。他們認為土壤有機碳和全氮是決定土壤微生物生物量的主要影響因子，而且重牧地土壤有機碳和全氮減少是由于家畜過度采食導致植物生物量變少而引起的[40]，同時裸地斑塊由于風蝕作用導致土壤有機質減少[41-42]，也使土壤微生物生物量減少[12]。所以，重牧梯度下土壤有機碳含量低導致土壤微生物生物量降低。趙帥[43]對呼倫貝爾針茅(Stipacapillata)草原研究，結果顯示圍封樣地的微生物生物量碳、氮含量顯著高于放牧地。李玉潔等[44]研究表明，土壤微生物生物量隨休牧年限的增加而增多，休牧9年的微生物生物量碳、氮含量均最高。單貴蓮等[24]研究表明，圍封草地與自由放牧草地相比，微生物生物量碳、氮含量顯著增加，且隨圍封年限的延長呈增加趨勢。Northup等[13]關于熱帶禾草草原不同放牧梯度的研究顯示，隨放牧梯度的增大土壤微生物生物量減少。他們認為這是由于放牧導致地表覆蓋度降低，植被凋落物生物量減少，從而減少了土壤有機物質和碳的投入，限制了微生物生長的可用能源導致的[45]。

張蘊薇等[46]關于人工草地的研究結果顯示，在放牧期間中牧區的微生物生物量碳、氮均最高，而在停牧期間輕牧區和不放牧區較高；隨放牧時間的延長，放牧強度越大微生物生物量碳、氮含量迅速降低。Wang和Sheng[26]研究表明土壤微生物生物量碳、氮隨放牧強度的增大呈先增多后減少的趨勢。以上兩位學者的研究都與Li 等[47]的研究結果一致。Li等[47]在地中海高山草甸試驗結果表明，中度放牧條件下的土壤呼吸速率和土壤微生物生物量最高，而重牧地的土壤微生物生物量最低。而且中牧地的土壤全氮、有機質及鈉離子和鉀離子顯著高于重牧地。說明這些土壤理化性質有益于土壤微生物群落的生長，從而加強了土壤營養物質的循環，使生產能力最大化。所以中度放牧梯度為最適放牧率。

總結以上關于土壤微生物生物量的研究，我們可以發現土壤微生物量與放牧強度間存在3種關系(表2)：1)放牧增加土壤微生物生物量，且隨放牧強度的增加而增多。2)放牧減少土壤微生物生物量，且隨放牧強度的增加而減少。3)土壤微生物生物量隨放牧強度的增加，呈先增多后減少的趨勢。首先，雖然土壤微生物量與放牧間的關系復雜，但是從以上學者們的研究中發現土壤微生物生物量與土壤有機碳、有機氮、全氮、磷等其他土壤理化性質呈正相關關系。不論在何種放牧率條件下，土壤有機碳等物質含量高時，土壤微生物生物量就高。其次，學者們研究結果不一致，其中最主要的原因是因為放牧率不明確，由于試驗不同而放牧率不同，在大多數研究中并未明確放牧率，研究者們只是根據各自試驗區域的情況而劃分為輕度、中度、重度、過度放牧地。可見放牧率的范圍很模糊，這也為定量分析造成影響。因此，關于放牧對土壤微生物量的研究，一定要結合土壤理化性質的分析，并且要以定量的放牧率為基礎。

3放牧對土壤微生物多樣性的影響

生物多樣性、干擾行為及生態系統功能三者間的相互關系一直是國際生態學界討論的熱點，Schwartz等[48]總結前人的研究結果發現，95%的試驗結果證明生物多樣性與生態系統功能和過程間關系密切，但因為物種的特異性，它們之間的關系無規律。Hughes[49]指出干擾行為與生物多樣性間存在復雜的關系，并且總結出幾種常用的假說來解釋它們之間的相互作用。在草地生態系統中，土壤是一個包含有大量微生物生活的復雜生態系統，土壤微生物多樣性與土壤代謝能力緊密相關[50]，對環境的影響比在理化性質方面更加重要[51]。有學者發現土壤微生物多樣性指標與生態系統抵御外界干擾能力密切相關[52-53]。放牧是草地生態系統中長久以來最主要的一種干擾行為。因此，很多學者致力于放牧與土壤微生物多樣性間關系的研究，以期明確它們之間的關系，選擇最適放牧率，從而維持草地生態系統健康發展。隨著研究方法的不斷完善和出新，學者們運用不同的研究方法對各種類型草地放牧與土壤微生物多樣性間的關系進行研究。

3.1　圍封與自由放牧對土壤微生物多樣性的影響

趙帥[43]運用PLFAs法和16S rDNA-DGGE法對呼倫貝爾針茅草原研究，結果顯示放牧條件下細菌磷脂脂肪酸含量顯著低于圍封草地，并發現存在7個菌門：變形菌門(Proteobacteria)、放線菌門(Actinobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)、酸桿菌門(Acidobacteria)、厚壁菌門(Firmicutes)和梭桿菌門(Fusobacteria)。李玉潔等[44]運用BIOLOG法對貝加爾針茅草原研究，發現自由放牧、休牧3年和休牧6年樣地間的土壤微生物群落碳源利用方式及代謝功能無差異，而休牧9年樣地的微生物群落具有不同的碳源利用方式和代謝功能。李梓正等[54]采用16S rDNA-DGGE對呼倫貝爾草原研究，結果表明：羊草(Leymuschinensis)草甸草原和貝加爾針茅草甸草原的微生物豐富度和多樣性在8月份最高，并且土壤微生物優勢種群不受草地退化程度的影響。張海芳等[55]通過BIOLOG法對內蒙古貝加爾針茅草原研究，發現自由放牧土壤微生物豐富度、均勻度和優勢度均最高，圍封次之，刈割最低。周文萍等[56]采用高通量測序法對不同放牧強度下的AM真菌群落進行研究，結果顯示AM真菌多樣性指數和均勻度指數在長期封育小區最低，且顯著低于中度放牧區，而各放牧小區間差異不顯著。鄒雨坤等[57]運用PLFAs法對羊草草原進行研究，發現刈割條件下的PLFA總量顯著高于圍封和放牧。Bardgett等[16]的研究結果為，長期圍封地表層土壤的真菌豐富度和真菌/細菌PLFA值顯著低于放牧地，但是細菌多樣性不受放牧地的影響。

3.2　不同放牧梯度對微生物多樣性的影響

Patra等[58]對不同放牧梯度下的功能微生物進行研究，發現重牧地的細菌PLFAs高于輕牧地但真菌PLFAs沒有差異，而且重牧地與輕牧地間細菌群落結構差異明顯，這與McCaig等[59]和Grayston等[60]的研究結果一致。Wakelin等[61]運用PCR-DGGE和TRFLP兩種方法研究發現，放牧對土壤真菌和細菌群落結構有影響，而且真菌豐富度隨放牧強度的增大而增多。Zhou等[62]對不同放牧梯度的細菌多樣性進行研究，結果表明輕牧地和中牧地的細菌多樣性顯著高于未放牧地和重牧地。Howe等[63]研究認為中度放牧強度下細菌多樣性顯著增多。劉天增和南志標[64]運用BIOLOG法研究發現不放牧和中度放牧樣地的土壤微生物多樣性是最高的，而重度放牧下的土壤微生物多樣性最低[65]。Yang等[6]通過高通量測序方法研究表明，微生物遺傳多樣性隨放牧強度增大而減少。Nacke等[66]運用高通量測序法對森林和草地放牧地進行研究發現，未放牧的森林地土壤細菌多樣性高于放牧地，施肥未放牧地的細菌多樣性最高，然后是施肥放牧地，最低的是不施肥放牧地，可見放牧使草地細菌多樣性降低。Ford等[67]對沿海地區的鹽澤和沙丘兩種草地類型研究，結果顯示放牧對細菌PLFAs和真菌PLFAs影響不明顯。

3.3　放牧對土壤原生動物多樣性的影響

關于放牧對原生動物和線蟲的研究發現，有些研究區域放牧會使線蟲的豐富度增加2倍[39]，Sch?nborn[68]研究發現土壤重度緊實使原生動物種類顯著減少，土壤輕微緊實對土壤原生動物有抑制作用，這可能是由土壤孔隙度和土壤水分含量降低造成的。同時，Qi等[39]還發現，中度放牧下變形蟲的生物多樣性最高，這是因為變形蟲中的優勢種軀體柔軟可以進入到其他原生動物進入不了的微孔中，然后獲得食物和水進行生活[69]。

由各位學者們研究可知，放牧對土壤微生物多樣性的影響規律不一致：第一，未放牧與放牧區間比較，一些學者研究顯示未放牧區的土壤微生物多樣性多于放牧區，而有學者發現長期封育的小區多樣性指數低于放牧區；第二，不同放牧強度樣地間比較，土壤微生物多樣性與放牧干擾間的關系表現為：1) 放牧強度對土壤微生物多樣性無顯著影響；2) 土壤微生物多樣性隨放牧強度或草地退化程度的加深而增多;3) 土壤微生物多樣性隨放牧強度增多而減少以及中度放牧強度下土壤微生物多樣性最多。這與Hughes[49]提出的關于干擾與生物多樣性間關系假說中的其中幾種假說一致。

4土壤微生物群落結構和多樣性研究方法

土壤微生物多樣性，即群落結構及功能、遺傳多樣性，在評估土壤質量方面越來越受重視[70]。

4.1　磷脂脂肪酸譜圖法(PLFAs)

結構多樣性的定義是系統內部各部分或者組成元素所占比例情況，比如可用物種、基因組、群落數量來表示[71]。如今最常采用的是PLFAs法。由于土壤微生物擁有各自特定的磷脂脂肪酸(PLFAs)，因此，可以直接從土壤中提取活的微生物細胞膜中的PLFAs，通過測定PLFAs的種類和含量得到微生物群落結構組成的信息。自1990年以后，這種方法已經廣泛應用于各種環境問題引起微生物群落組成變化的研究[67,72-73]，使土壤微生物多樣性得以更深入的研究。PLFAs法省時快速、耗費少、可重復而且能夠定量表征微生物的多樣性及群落結構組成變化[74]。但是PLFAs法仍有不足：首先，關于脂肪酸表征特定微生物存在3個爭論點。第一，某些脂肪酸尚未確定類型，而且某些脂肪酸類型與微生物種類間對應關系不明確。比如，PLFAs cy17:0 和cy19:0通常用于表征革蘭氏陰性細菌，但是Schoug 等[75]發現某些革蘭氏陽性菌里也大量存在這兩種PLFAs。Nichols等[76]在細菌中發現PLFAs 16:1ω5，而這種脂肪酸通常用于表征叢枝菌根真菌。第二，微生物生長環境會導致脂肪酸的類型及含量發生變化。比如，森林地土壤中，PLFAs 18:1ω9總是用于表征真菌群落，但是在農耕地土壤中含量特別少，不能用來指代真菌[77]。第三，PLFAs法鑒定微生物種類水平不能到種，而且由于古細菌特殊的極性脂質結構無法用PLFAs方法進行分析[78]。其次，PLFAs多樣性并不能真實反映土壤微生物多樣性。比如，細菌和真菌分別只有十幾種主要的PLFAs，而土壤中的細菌和真菌種類大約有上千種。所以，通過PLFAs計算得到的多樣性指數只能代表很小一部分的微生物多樣性。總之，PLFAs主要用于分析微生物種群結構組成的變化。

4.2　遺傳分析技術

土壤微生物的遺傳多樣性分析是微生物多樣性的基礎和本質。微生物在基因水平上的分類學多樣性主要依靠DNA編碼rRNA進行分析。16S rRNA由于細菌和古細菌系統發育分析，18S rRNA用于真菌系統發育分析。遺傳多樣性的研究方法都基于PCR進行分析的。下面主要介紹兩種方法：PCR-DGGE、高通量測序法。

4.2.1變形梯度凝膠電泳(PCR-DGGE)PCR-DGGE法廣泛應用于微生物指紋識別，是基于16S rDNA片段的堿基組成和二級結構變化進行分析檢測的。運用特定的引物擴增16S rDNA靶序列，然后將擴增產物在含有梯度變性劑的聚丙烯酰胺凝膠中進行電泳后形成譜帶，同樣長度但序列不同的DNA片段滯留于凝膠的不同位置，這些條帶的數量和位置來反映群落的優勢種及其多樣性[79]。Bloem和Breure[80]運用PCR-DGGE法對60個農場的土壤微生物多樣性進行了監測，發現不同的土壤類型及利用方式的微生物群落和多樣性不同。這一技術可以同時對多個樣品進行比較分析，并且檢測到群落中的優勢群落信息，然后通過對條帶切膠進行序列分析，從而鑒定微生物群落種類。而且相較其他分子技術，最突出的優點為操作方便、耗時短且可重復實驗[81]。但是，同其他技術一樣，PCR-DGGE法也只能檢測到群落的部分多樣性。因為，每克土壤可能擁有1000種不同的微生物，但是這種方法只能獲得20~50個條帶，得到的系統進化信息可能只有全部的1%[45]，而且只能對500~1000 bp大小的基因片段進行分離。此外，PCR會導致一些細菌種類基因多拷貝或者拷貝之間的異質性問題，最終出現土壤微生物的多樣性被過多估計的情況。

4.2.2454焦磷酸測序法(Roche 454)Roche 454法是第二代高通量測序技術之一，已被廣泛應用于宏基因組研究。可對環境中全部微生物的基因進行測定，分析群體微生物的基因組成和多樣性及豐富度。Roche 454法的技術路線為：設計、合成含454接頭序列和Barcodede 的引物-PCR擴增-PCR產物定量、均一化-454測序儀測序-數據回歸樣品-生物信息學分析。筆者總結他人研究發現，關于微生物多樣性研究的最大的難點是，無法獲得土壤中全部微生物的種類信息。但是，第二代高通量測序技術解決了這一問題。尤其是Roche 454法與傳統測序技術相比有以下幾個優點：1) 實驗操作簡單、結果可重復性強、樣品DNA直接進行測序、實驗周期短。2) 測序序列長、通量高，獲取信息量大，數據無偏向性，可以如實反映樣品微生物全部信息。3) 可以同時對土壤微生物中的優勢種群、稀有種群及未培養菌群進行檢測，到達微生物種的分類水平。在草地不同放牧管理方式對土壤微生物影響的研究中，近幾年越來越受重視。學者們已經采用Roche 454法對青藏高原[6]、老撾熱帶草原[65]、德國森林地和草地[66]的不同管理方式對土壤微生物細菌和真菌影響進行了深入的研究，獲得全面有意義的研究結果。筆者總結Roche 454法主要不足之處為：1) 測序費用過高，不利于一般小規模實驗研究。2) 所得數據結果信息量龐大，研究者必須從中仔細整理發現有價值、有意義的數據，且要運用到較多分析軟件。總之，筆者認為，Roche 454法是推進環境微生物全面研究的革命性技術，研究者們應當充分應用發揮其優點，為相關研究做出貢獻。

5研究展望

很多研究已經證實，土壤功能微生物在養分循環的各個過程中起著重要的作用，因此全面了解土壤微生物多樣性及其相關功能對于草地可持續發展有著重要的意義。土壤微生物的數量、多樣性及群落結構均是指示土壤質量和草地生產力的重要指標。適當的放牧改變土壤微生物的生活環境，有利于微生物的生長，增多微生物的多樣性，改變微生物的群落結構，進而提高土壤質量，使草地生產能力最大化。

關于放牧對土壤微生物的影響以及通過土壤微生物各種特性評估土壤質量的研究越來越受重視。目前，雖然基本確定了應該針對微生物的哪幾種指數進行分析，但是很難明確哪種指數最適于作為指示指標，為了解決這個問題，需要對土壤微生物隨放牧行為的變化進行更加深入的研究，進而對于如何評價土壤質量做出合理的解釋。此外，前文總結了放牧引起土壤微生物各種變化，但是還不清楚土壤微生物的數量和多樣性受到抑制時土壤質量較好，還是土壤微生物產生功能冗余時表示土壤質量較好。基于以上兩個問題，本文認為未來的相關研究應注意以下幾點：

1)要從土壤功能微生物著手研究。首先，土壤是各種物質轉化進程進行的場所，比如：土壤碳轉化、氮轉化、磷鐵硫等元素的轉化以及土壤酶的作用，這些物質的循環都是由土壤微生物驅動完成的。其次，土壤微生物數量龐大、體積微小、種類非常豐富。從宏觀和整體上，即大的分類群方面難以把握，造成分析結果往往沒有側重點，缺少針對性，從而很難揭示土壤微生物受干擾行為影響發生變化的本質和規律。因此，加強功能微生物的研究，化整體為部分，將土壤某一物質轉化進程和相對的功能微生物結合起來，對它們的相關關系加以研究，更有利于深入研究土壤微生物是如何響應干擾行為，能夠提供更為有效、直接的基礎數據。

2)要加強植物多樣性和土壤微生物多樣性相互關系的研究。首先，供試區域的植物種類及其多樣性是構成整個環境生態體系的最重要的部分。放牧行為最先直接影響地被植物，進而對土壤微生物形成間接作用。其次，供試區域不同，植被種類不同，從而土壤微生物類群不同。放牧行為與植物多樣性及土壤微生物多樣性，三者間相互聯系，互相影響。因此，注重這方面的研究，對于明確草地土壤微生物對放牧行為的響應機制有重要的意義。

3)要將土壤理化性質與土壤微生物相結合進行分析。土壤微生物不僅可以作為一個綜合指標，單獨用于評估土壤質量。而且作為土壤生化性質，又是土壤各種性質中的一個指數。因此，必須將它與土壤的理化性質相結合，才能全面合理的表征土壤質量。同時，根據它與土壤理化性質間的相互關系，可以明確土壤微生物的什么指數具體是怎么響應放牧行為的，與放牧強度間是呈正相關關系還是呈負相關關系抑或不相關。

4)最終建立生態模型，對草地生態系統做出合理預測和評估。在關于草地生態系統的研究中，對我國草地資源生態可持續發展性和可利用性進行評價和預測是很重要的一部分研究。我們對各種導致草地退化的干擾行為和草地恢復機制的研究，最終目的都是為了掌握草地退化過程中可預見性的問題，從而做出相應的對策，以期維護草地長久良好的發展下去。因此，土壤微生物作為土壤重要的生化性質，將它與其他環境指標結合，建立更加合理科學的生態模型是非常重要的一部分工作。

References：

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通訊作者*Corresponding author. E-mail: zhibiao@lzu.edu.cn

作者簡介：茍燕妮(1987-), 女, 甘肅臨洮人，在讀博士。E-mail: gouyannigg@126.com

基金項目：國家重點基礎研究發展計劃(“973”計劃)項目(編號：2014CB138702)資助。

收稿日期：2014-11-06；改回日期：2015-03-18

DOI：10.11686/cyxb2014460