中国土壤微生物学研究 10 年回顾
【点击上方 蓝色字体--关注我们！】
农环格格有话说：
5月2日，大家早安！！
本文由“135编辑器”提供技术支持
今天文章，来自《地球科学进展》2013年第10期题目《中国土壤微生物学研究 10 年回顾》
庞大的作者队伍
作者：
宋长青1 ， 吴金水 2 ， 陆雅海 3 ， 沈其荣 4 ， 贺纪正 5 ，黄巧云6 ， 贾仲君 7 ， 冷疏影 1 ， 朱永官 8
1． 国家自然科学基金委员会地球科学部， 北京 100085;
2． 中国科学院亚热带农业生态研究所，湖南 长沙 410125;
3． 中国农业大学资源与环境学院， 北京 100193;
4． 南京农业大学资源与环境科学学院， 江苏 南京 210095;
5． 中国科学院生态环境研究中心， 北京 100085;
6． 华中农业大学资源与环境学院， 湖北 武汉 430070;
7． 中国科学院南京土壤研究所，江苏 南京 210008;
8． 中国科学院城市环境研究所， 福建 厦门 361021
摘要
土壤是人类赖以生存与发展的基础， 是地球系统大气圈、 水圈、 岩石圈及生物圈相互作用最复杂、最活跃的交界面。
土壤土壤中的微生物数量巨大、种类繁多，是联系不同圈层物质与能量交换的重要纽带，被称为地球关键元素生物地球化学循环过程的引擎，但长期以来理论与技术发展滞后并制约了土壤微生物学研究，阻碍了对土壤过程和地球表层系统关键过程的深入认识。
21 世纪初，土壤微生物的分类理论渐具雏形，先进技术的开发应用发展迅猛，成为不同学科交叉发展的重要前沿。国家自然科学基金委员会地球科学部一处紧紧围绕学科发展方向，深入分析了土壤微生物及其相关项目的申请趋势，并于2005 年1 月组织了国内相关领域同行，主持召开了“土壤生物与土壤过程” 学术研讨会，结合国际科学前沿与国家战略需求，明确了当时我国土壤微生物学的主要任务与重点领域，积极引导了我国土壤微生物学的发展方向。
过去 10 年来，在国家自然科学基金委员会地球科学部一处和国家相关部门的大力支持和指导下，我国土壤微生物学研究在土壤养分元素转化、全球环境变化与污染环境修复等方面取得了长足发展，在此对部分成果简要综述，期望能在新形势下，进一步凝练科学共识，把握学科发展前沿，提升理论创新能力，推动我国土壤微生物学的进一步发展。
引言
土壤是地球演化过程中形成的历史自然体，是地球环境的重要组成， 是人类赖以生存生活的载体，也是保障国家粮食安全最基本的生产资料。
同时，土壤在全球环境变化中的作用日益得到重视，土壤作为温室气体(如CH4 ，N2O等)的重要排放源， 深刻影响地球环境并得到各国政府的广泛关注。事实上，在人类文明演替历史上，不合理的开发与利用极可能引起土壤资源耗竭并导致整个文明的衰败，如古代巴比伦文明的湮没。在科学技术高度发达的今天，深刻理解土壤内部过程与陆地表层系统变化过程与机理不仅成为可能，而且也是我国农业生产与生态安全的重要研究内容。
微生物是土壤最活跃的组成。从定植于土壤母质的蓝绿藻开始，到土壤肥力的形成，土壤微生物参与了土壤发生、 发展、 发育的全过程。土壤微生物在维持生态系统整体服务功能方面发挥着重要作用，常被比拟为土壤 C，N，S，P 等养分元素循环的 “转化器” 、环境污染物的 “净化器” 、 陆地生态系统稳定的“调节器”。同时，土壤又为微生物生长和繁殖提供了良好的物理结构与化学营养， 是微生物最好的“天然栖息地” 。
土壤物质组成、 理化过程和微环境的高度异质性，导致土壤被认为是地球上“微生物多样性” 最丰富的环境。
据估算，每克土壤中约含数万个物种，100 亿左右微生物，而其中仅有 1% 的物种可通过分离培养进行研究。
目前对土壤中绝大多数微生物多样性与功能的认识十分有限，土壤微生物研究已成为国际关注的热点问题。如最近《自然》刊发的观点论文，将土壤中的微生物比拟为物理学中的暗物质，提出了“生物暗物质”的理念。
土壤微生物学的发展始终依赖于研究方法的突破和改进。
19 世纪末建立的经典分离培养和稀释平板计数法是土壤微生物研究的重要里程碑，但土壤微生物数量巨大、种类繁多，传统方法遗漏了土壤中绝大多数微生物，难以反映土壤微生物群落的丰度及其作用机制。因此， 土壤微生物多样性及其功能常被认为是尚未解密的黑箱。
20 世纪 70 年代土壤微生物量分析方法的建立， 则有效量化了土壤 C，N，P 等养分元素的微生物周转过程，极大地推动了土壤微生物学的生物化学过程研究。90 年代后期以 rＲNA 为基础的生物三域分类理论逐渐得到学术界广泛认可，以 16S rＲNA 核苷酸序列组成为基础的分子技术从根本上改变了传统土壤微生物学研究的基本理念， 显著推动了土壤微生物原位表征技术的发展。土壤微生物学的研究对象也从单个的功能基因拓展到系统的宏基因组和转录组;从单一的菌种资源纵深发展到整体的土壤微生物群落。这些新理论与新技术的应用，使得深入挖掘土壤微生物资源，定量描述土壤微生物过程，定向调控土壤微生物功能成为可能，土壤微生物迅速成为世纪之交的国际科学研究热点之一。
19 世纪中叶，学术界已经将土壤内部的三大过程(土壤有机质的分解、 硝化和固氮作用)清晰界定为生物过程， 对这些土壤内部过程的机理探索直接催生了土壤微生物学，并导致 20 世纪初土壤微生物学的空前繁荣。
新中国成立15年时间内，在张宪武、陈华癸和樊庆笙等著名土壤微生物学家积极推动下， 我国土壤微生物学从无到有， 发展迅猛， 在土壤生物固氮和稻田土壤氮素微生物转化等方面已经接近或达到当时的国际先进水平。在此基础上，改革开放后我国陈文新教授也在土壤根瘤菌方面取得了国际先进水平的成果。在这一时期， 由于技术手段的限制， 我国土壤微生物研究与国际同行具有相似的历程，更多地关注特定功能微生物的分离，更多地侧重个体微生物的生理生化研究，对原位土壤中微生物区系的研究大多处于描述状态。
20 世纪 90年代后期，以聚丙烯酰胺凝胶电泳(DGGE)、末端限制性片段长度多样性(T- ＲFLP)、克隆文库和 DNA测序等为代表的分子技术引入土壤微生物研究中，国际上以土壤微生物为核心的陆地表层系统变化过程与机理研究方兴未艾，我国土壤微生物学研究也重新得到了不同领域、不同学科的高度关注，特别在21 世纪初，国家自然科学基金委员会地球科学部土壤生物学科的基金申请项目的增长态势特别突出，但当时我国土壤微生物学的研究重点较为分散，优势团队难以集聚，系统集成功能薄弱，导致整体研究水平明显落后于欧美发达国家。
因此，国家自然科学基金委员会地球科学部一处在前期充分调研的基础上，结合我国土壤微生物学研究的特点，于2005年 1 月在北京组织召开了“土壤生物与土壤过程”研讨会，主要目的是引导国内土壤学基础研究队伍，重视土壤生物学的学科体系建设和青年人才培养，把握国际最前沿的研究方向和技术，强调生物过程在土壤研究中的作用，改变以往土壤学研究以宏观过程为主的状况，促进土壤宏观与微观过程研究的紧密结合，加强土壤过程研究及土壤质量变化的机理研究。会议邀请了国内 30 余位专家参加，其中半数以上做了主题发言，主要围绕:①当前国际土壤生物与土壤过程研究的现状、 动态与挑战;②土壤生物在土壤物理、 土壤化学过程中的作用及其耦合机制;③土壤生物在污染生态过程中的功能与作用;④土壤生物与植被互动的机制与生态效应;⑤我国土壤生物学研究所面临的挑战和机遇以及未来 5 ～10 年内应关注的重要科学问题。
在国际上土壤微生物学蓬勃发展之际 ，“土壤生物与土壤过程” 研讨会为我国土壤微生物研究人员提供了良好的交流平台，探讨了土壤微生物学的国际发展前沿，明确了当时我国土壤微生物研究的主要任务，凝聚了土壤微生物学重点领域的研究共识，积极引导了我国土壤微生物学的发展方向。此后，在国家自然科学基金委员会地球科学部一处等部门的大力支持和指导下， 我国土壤微生物学研究取得了长足发展， 在土壤微生物量为基础的表观动力学过程研究、 土壤氮素转化为核心的微生物机理过程、 土壤微生物相互作用介导的有机质降解过程、微生物与矿物相互作用、土壤—植物根系—微生物之间的相互作用、 微生物过程与环境污染修复等方面均取得重要进展， 为未来我国土壤微生物学发展奠定了坚实的基础。
由于土壤微生物的存在，使土壤成为一个活的生命体。土壤微生物在土壤中度过他们全部或者部分的生命历程，并在土壤内部各种过程中发挥着重要作用，这些作用在许多方面影响着人类的社会和经济发展。微生物在土壤形成与发育、土壤结构与肥力以及高等植物生长等方面起着重要作用，同时又以自己的生命活动产物进一步丰富土壤有机成分，与土壤中的矿物质和有机质构成特殊的无机—有机—生物复合体， 对生态环境起着天然的过滤和净化作用，成为维系土壤生态系统功能稳定的主导因子。同时，地球陆地表层系统的许多重要过程都
发生在土壤之中，微生物不仅是土壤中物质形成与转化的关键动力， 也是联系土壤圈、大气圈、岩石圈、水圈和生物圈相互作用的纽带， 对全球物质循环和能量流动起着不可替代的作用，被认为是地球元素生物地球化学循环的引擎。事实上，土壤中生活着与人类健康和经济发展相关的几乎所有微生物。但长期以来理论发展与技术手段的限制， 人类对土壤微生物资源的认识、发掘、调控和应用远远落后于生命科学的其他领域。
21世纪初，通过对土壤微生物学基金申请的深入分析，国家自然科学基金委员会地球科学部一处敏锐地意识到土壤微生物的分类出现了新理论、 土壤微生物的原位表征技术逐渐成为可能， 土壤微生物学不仅获得了自身发展的重大契机，也为我国农业生产实践、全球环境变化和生态环境安全等国家战略需求提供了新思路。据此，国家自然科学基金委员会地球科学部一处特别关注并支持、资助了一批土壤微生物学及其相关的重大、重点、面上以及人才项目，有力地推动了我国土壤微生物学及相关学科的人才培养、平台建设与成果产出， 促进了我国土壤微生物学科新兴生长点的快速发展。过去 10 年我国土壤微生物学凝聚了一批研究队伍，土壤微生物学的学科体系渐趋完善， 在重点领域取得了关键突破。在技术发展日新月异的新形势下，系统梳理我国土壤微生物学的 10 年研究，有利于更加深刻地理解土壤微生物的生物特性、功能差异以及区域结构的不同，更加全面地认识土壤物质循环特征、物质形态变化以及不同圈层的物质交换，强化土壤微观过程机理研究的知识积累与理论创新能力。
文章篇幅较长，如需全文，可在文末查看全文链接。
具体有以下内容：
2．1 土壤微生物作用对土壤肥力形成与演变具有重要意义
2．2 土壤微生物作用对温室气体排放与控制具有重要意义
2．3 土壤微生物作用对污染物形态转化与控制具有重要意义
3.国家自然科学基金委员会 10 年来资助的土壤生物学相关项目概况
4.近10 年来我国土壤微生物学的主要进展
4．1 土壤氮素转化微生物学机制
4．2 土壤温室气体排放的微生物学机制
4．3 土壤有机质的周转与肥力演变
4．4 根际微生物生态及其调控原理
4．5 土壤矿物表面与微生物相互作用机理
4．6 土壤中污染物生物转化的微生物学机制
5.我国土壤生物学研究的国际影响
致 谢:本文构思和部分材料来自国家自然科学基金委员会地球科学部一处 2005 年组织举办的“土壤生物与土壤过程” 学术研讨会。感谢参加研讨会的各位专家和同事;感谢在国家自然科学基金委员会土壤生物战略规划过程中提供资料的各位专家;感谢在论文写作过程中参与讨论并给予宝贵建议的专家和同事;感谢中国科学院城市环境研究所姚槐应研究员、 中国科学院资源环境科学信息中心王雪梅副研究员提供的科学引文检索数据。
原文链接：
----END----
更多精彩文章，请在“农环荐读”菜单中查看！！
两个兄弟服务号，欢迎您关注！
农业环保路，愿与您同行！
联系我们：tougao@cae.org.cn