微生物多樣性分析精選(九篇)

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第1篇：微生物多樣性分析范文

關(guān)鍵詞： DNA提取 土壤 微生物多樣性

土壤是微生物生活的主要場所，蘊(yùn)含著豐富的微生物資源并表現(xiàn)出高度的多樣性，據(jù)估計(jì)每克土壤中含有4000-7000種近109個(gè)細(xì)菌細(xì)胞，含有幾千到上百萬種不同的基因組信息。長期以來，對土壤微生物的研究僅限于極少部分可培養(yǎng)的微生物，而這種可培養(yǎng)的微生物還不到自然界微生物總量的1%，實(shí)際上絕大多數(shù)環(huán)境微生物都是不可或很難被培養(yǎng)的，利用傳統(tǒng)的培養(yǎng)方法研究土壤微生物多樣性，具有很強(qiáng)的偏好性。隨著發(fā)展起來的宏基因組學(xué)利用分子生物學(xué)的研究方法繞過培養(yǎng)方法來研究微生物多樣性及功能這一局限，為土壤微生物研究開辟了新的道路[1]。而宏基因組學(xué)技術(shù)在研究土壤微生物方面的關(guān)鍵第一步是提取DNA。

提取高濃度、大片段、多樣性程度高、具有代表性的土壤微生物總DNA對土壤微生物多樣性研究至關(guān)重要。然而，土壤是一個(gè)非常復(fù)雜的異質(zhì)體系，其中含有的腐植酸及腐植酸類似物、酚類化合物、重金屬離子等，在DNA提取過程中如不能有效去除，將直接影響后續(xù)的PCR擴(kuò)增、核酸雜交、內(nèi)切酶消化等分子操作[2]。土壤微生物DNA的提取純化是一個(gè)耗時(shí)、繁瑣的過程，許多學(xué)者一直在探索更加快速、高效、低成本的土壤DNA提取方法。下面就近年來已發(fā)表的國內(nèi)外DNA提取相關(guān)方面的文獻(xiàn)，對DNA提取作了些論述。

一、土壤DNA

土壤中的DNA主要存在于細(xì)胞核內(nèi)，核內(nèi)DNA占整個(gè)細(xì)胞DNA量的90%以上，核外DNA主要有線粒體DNA和質(zhì)粒DNA，因此，土壤DNA提取主要獲得的是核內(nèi)DNA[3]。

二、影響土壤DNA提取的主要因素

影響土壤DNA提取的因素主要有以下幾點(diǎn)：1）DNA與土壤環(huán)境基質(zhì)的相互作用。DNA與粘土礦物、高含量有機(jī)質(zhì)等之間的吸附會(huì)降低DNA提取產(chǎn)量。2）DNA共提取物。土壤中含有的腐植酸及腐植酸類似物、酚類化合物、重金屬離子等對土壤DNA提取存在影響，限制性內(nèi)切酶活性在共提取的腐植酸濃度為0.8-51.71μg/mL時(shí)就受到抑制，且Taq聚合酶對腐植酸具有高抑制敏感性[4]。3）DNA的降解、損失或損傷。土壤樣品保存方法不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致微生物細(xì)胞降解或DNA降解，如土壤樣品儲(chǔ)存在4℃下3周，高分子量DNA顯著減少[5]；還有DNA提取過程越繁瑣或步驟越多，DNA損失就越多，DNA提取過程中的剪切力也會(huì)對DNA分子會(huì)造成損傷。4）細(xì)胞不完全裂解。

三、土壤DNA提取方法

土壤樣品的DNA提取，通常包括細(xì)胞裂解、細(xì)胞碎片的去除和核酸的沉淀與純化三個(gè)步驟。根據(jù)微生物細(xì)胞是否需要從他們的環(huán)境基質(zhì)中分離出來，可將DNA提取方法分為直接法和間接法，直接法耗時(shí)短且具有更好的DNA恢復(fù)率，可以獲得更好體現(xiàn)樣品微生物多樣性的代表性DNA，從而直接法得到更為普遍的應(yīng)用[6]。

已經(jīng)出現(xiàn)了很多被接納并廣泛使用的土壤DNA提取方法，可以說這些方法被當(dāng)作了標(biāo)準(zhǔn)。其中，Zhou 等[7]于1996年提出了一種多元組成土壤DNA恢復(fù)方法，該研究為應(yīng)對某一具體的土樣提供了指導(dǎo)便于選擇適當(dāng)?shù)腄NA提取和純化方法。有人在此基礎(chǔ)上，改進(jìn)了方案，來提取幾種性質(zhì)不同的土壤樣品DNA，并得到了較好的結(jié)果[8]。而有些土壤樣品來自于極端環(huán)境或由于本身特性，提取出滿足用于分子分析的DNA比較困難。這時(shí)結(jié)合使用不同的細(xì)胞裂解方法就顯得特別重要（常見的細(xì)胞裂解方法見表1）。例如引進(jìn)土壤預(yù)洗滌程序用于提取一般有機(jī)質(zhì)（腐植酸）和金屬離子含量比較高的森林土樣DNA，DNA提取產(chǎn)量和質(zhì)量可以得到改善[9]。風(fēng)沙土壤本身微生物數(shù)量較低，需要采取特殊的土壤處理方法，以獲得足夠產(chǎn)量的DNA，張穎等人也報(bào)道了一種風(fēng)沙土壤微生物總DNA提取方法，獲得的DNA可直接用于PCR分析[10]。還有，一些極端環(huán)境如火山土壤樣品DNA提取面臨著粘土和其他礦物含量高的難題，Ruth M.Henneberger等[11]嘗試了各種提取方法，最終成功地提取到了效果較好的DNA，這都證明了結(jié)合使用不同提取處理的重要性。

DNA提取技術(shù)除了在土壤樣品上的應(yīng)用外，還有很多其他的環(huán)境樣品如沉積物、堆肥、植物組織、動(dòng)物標(biāo)本、消化物或糞便、骨骼牙齒、化石冰與凍土、碳酸鹽巖石、唾液等。另一方面，DNA提取技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟也促進(jìn)了市場上出現(xiàn)了許多各種各樣的商業(yè)化DNA提取試劑盒。S.M. Dineen等[12]比較了6種商業(yè)DNA提取試劑盒用于三種土樣細(xì)菌孢子的DNA提取，結(jié)果表明FastDNA？SPIN kit提取DNA產(chǎn)率最高，而E.Z.N.A.？Soil DNA和PowerSoil？DNA Isolation kits在去除壤土提取物中PCR抑制物方面表現(xiàn)出最高的效率。

以上所訴的大多屬于直接法，直接法雖然產(chǎn)量高，但是純度一般較低，有時(shí)需要進(jìn)一步的純化，獲得的DN段也較?。幌鄬Χ?，間接法雖然需要另外的特殊處理材料和足夠的土壤數(shù)量，耗時(shí)長，但獲得的DNA純度高、長片段多，且含有更少的真核基因序列，在進(jìn)行深入的微生物群落測序和克隆構(gòu)建福斯質(zhì)粒文庫方面，間接法是一個(gè)有用的方法[13]。

四、土壤DNA提取方法對土壤微生物多樣性分析的偏差影響

已報(bào)道的從土壤中提取DNA的方法有很多種，但大多數(shù)只適用于有限的土壤類型，這些核酸提取方法也會(huì)有復(fù)雜的低效性，不可避免地會(huì)引進(jìn)各自的偏差[14]。Jan Dirk van Elsas等[15]比較分析了四種提取方法獲得的DNA多樣性，發(fā)現(xiàn)方法對表觀豐度和群落結(jié)構(gòu)有明顯的影響，其中，通過兩種方法獲取土壤DNA得到了一種迄今未描述的放線菌組。為了改善宏基因組方法，研究DNA提取偏差以及提供一些工具便于評價(jià)不同組的豐度，Tom O.Delmont等[16]人也設(shè)計(jì)并開展了實(shí)驗(yàn)，他們的工作強(qiáng)調(diào)了提取的DNA庫與目前無法獲取的完整土壤宏基因組之間的不同。

目前，絕大多數(shù)土壤微生物基因組總DNA提取時(shí)采用的是一次裂解，而一次裂解并不能得到較為完全的土壤宏基因組，因此一般基于提取的DNA分析獲得的土壤微生物多樣性可稱為表觀土壤微生物多樣性。為了盡量獲取完整的土壤樣品DNA，Larry M.Feinstein等[17]在評估了一個(gè)常用土壤DNA提取試劑盒時(shí)，改變了細(xì)胞裂解方案，對粘土、砂土和有機(jī)質(zhì)土壤子樣品進(jìn)行多次連續(xù)DNA提取，得出大部分DNA能夠通過前幾次提取獲得，并且通過集中三次連續(xù)提取，DNA提取的偏差可以得到很大程度降低。同樣，郭等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了這點(diǎn)，土壤DNA的3次連續(xù)提取最低回收率占5次連續(xù)提取的76%以上，而且與新鮮土壤相比，風(fēng)干過程顯著降低了土壤微生物豐度，但利用風(fēng)干土壤中微生物豐度的變化趨勢反映新鮮土壤中微生物數(shù)量變化規(guī)律具有一定的可行性，這也為使用風(fēng)干土壤進(jìn)行土壤微生物多樣性研究提供了一定的依據(jù)[18]。

五、討論與展望

對于同一份土壤樣品，不同的DNA提取方法獲得的DNA往往具有差異而表現(xiàn)出方法特異性。DNA提取也會(huì)有復(fù)雜的低效性，土壤宏基因組DNA的不完全提取，土壤中的腐植酸、蛋白質(zhì)等物質(zhì)對PCR的抑制，這些都會(huì)對土壤微生物多樣性造成偏低的評估，提取的土壤DNA質(zhì)量將直接影響到后續(xù)的分子生物學(xué)分析的真實(shí)性。目前，沒有一種DNA提取方法適用于所有類型的土壤樣品，在面對一些棘手的土壤樣品DNA提取時(shí)，可采取一些不同的提取方法。

土壤DNA提取是進(jìn)行土壤分子生物學(xué)分析的關(guān)鍵步驟，也是一個(gè)限制步驟。隨著PCR芯片和高通量測序技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，對大批量土壤樣品DNA的快速獲取也變得迫切需求。雖然市場上出現(xiàn)的商業(yè)DNA提取試劑盒已為土壤DNA的獲取提供了不少方便，但在應(yīng)對較多的土壤樣品量，還是需要消耗較多時(shí)間來手工操作，缺乏自動(dòng)高效性。 因此，必須尋求更加高效的DNA提取方法?！?/p>

參考文獻(xiàn)

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第2篇：微生物多樣性分析范文

長期大量施用化肥、農(nóng)藥,導(dǎo)致土壤板結(jié),易缺氧,土壤酶活性及微生物多樣性降低。近年來,上海都市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展迅速,尤其是蔬菜生產(chǎn),在實(shí)際生產(chǎn)中,大部分菜農(nóng)為了片面追求高產(chǎn)而忽視品質(zhì),大量使用化肥,特別是氮肥的過量施用現(xiàn)象非常普遍。然而,近年來國家統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,我國農(nóng)業(yè)資源消耗,包括化肥、農(nóng)藥等的用量增長速率與農(nóng)業(yè)增產(chǎn)量不呈正比,并導(dǎo)致品質(zhì)下降[14]。相關(guān)研究調(diào)查顯示,這些化肥的利用率僅為35%左右,其余未被利用的大部分都變成了污染源,造成水體、空氣和土壤污染等環(huán)境問題[58]。為了解決農(nóng)作物高產(chǎn)與化肥過量施用而引起環(huán)境污染之間這一突出矛盾,農(nóng)業(yè)部都市農(nóng)業(yè)(南方)開放重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開展了長期的農(nóng)田污染源頭控制與過程治理的研究工作,并且創(chuàng)新開發(fā)出了一種農(nóng)用功能微生物菌劑。本試驗(yàn)以該微生物菌劑為試驗(yàn)材料,應(yīng)用于葉菜類菠菜,探討化肥減量化技術(shù)對菠菜營養(yǎng)吸收利用的影響,研究微生物菌劑對菠菜的促生效應(yīng),并應(yīng)用PCR-DGGE(變性凝膠梯度電泳)等現(xiàn)代分子生物學(xué)的手段[89],研究化肥減量與微生物菌劑配施處理方式對土壤微生物種群多樣性的影響,旨在為從源頭控制農(nóng)業(yè)面源污染,保護(hù)水源地生態(tài)健康,減少化肥用量,推廣環(huán)保節(jié)能的農(nóng)用混合微生物菌劑提供理論基礎(chǔ)和試驗(yàn)參考。

1材料與方法

1.1供試材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試菠菜品種為河北佳禾種子公司提供的大葉菠菜;供試菌劑由河北省科學(xué)院微生物研究所提供的硅酸鹽菌劑和上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)部都市農(nóng)業(yè)(南方)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室分離純化培養(yǎng)的自生固氮菌液,二者進(jìn)行混合培養(yǎng)而形成的混合菌液。該混合菌液具有溶磷、解鉀及固氮等功能,主要菌株為Paenibacillusmucilaginosus和Bacillussubtilis,有效活菌數(shù)大于2×108cfu•mL1。選用直徑30cm、高30cm的花盆。試驗(yàn)前每處理每盆等量施用30.55g有機(jī)肥,有機(jī)肥的有機(jī)質(zhì)含量≥400g•kg1,N、P、K含量≥80g•kg1,含N43.6g•kg1,含水率27.55%,pH7.85,Cd含量7.23mg•kg1,Pb含量78.24mg•kg1,Cr含量116.43mg•kg1,As含量54.23mg•kg1。有機(jī)肥與土壤拌勻。本試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)不同處理,每處理設(shè)3個(gè)重復(fù)(見表1)。菠菜定植密度為7株•盆1。試驗(yàn)所用氮肥為尿素,磷肥為過磷酸鈣,鉀肥為硫酸鉀以及上海雨霖牌生物有機(jī)肥料。第1季菠菜從2010年11月20日播種開始,到2011年1月24日收割結(jié)束;第2季從2011年3月8日到2011年5月5日。供試土壤采自上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院試驗(yàn)田,土壤類型為褐壤土,試驗(yàn)前土壤理化性質(zhì)背景指標(biāo)測定如下:土壤全氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量分別為1.117g•kg1、0.212mg•kg1、125.00mg•kg1、12.40g•kg1,電導(dǎo)率(Ec值)為1.84mS•cm1,pH為7.25。試驗(yàn)期間人工澆水,根據(jù)菠菜不同生長期的需要,每1~5d澆水1次。

1.2菠菜測定分析

在第1季菠菜六葉期(2010年12月20日14:00)和營養(yǎng)生長后期(2011年1月24日14:00),每盆隨機(jī)抽取3株,挑選每株新長出的成熟葉片,使用SPAD-502儀測定葉綠素含量SPAD1和SPAD2。2011年1月14日下午,用OSI-FL葉綠素?zé)晒鈨x、經(jīng)暗適應(yīng)30min后,測定菠菜葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù),每處理9次重復(fù)。2011年1月24日,菠菜收割當(dāng)天,用紫外分光光度法測定菠菜可食部分硝酸鹽含量,每樣品3次重復(fù)。電子天平計(jì)量菠菜收割產(chǎn)量,每盆單獨(dú)收割測產(chǎn);菠菜N、P、K含量由上海交通大學(xué)分析測試中心測定,其中N使用Elementer公司元素分析儀(EAI)測定,P、K使用離子光譜儀(ICP)分析測定,每個(gè)樣品3次重復(fù)。

1.3土壤樣品采集與處理

試驗(yàn)期間,分別在菠菜六葉期(2010年12月20日)和營養(yǎng)生長后期(2011年1月24日)兩次采集土樣。使用不銹鋼取土器采集0~15cm土層,部分土壤放于20℃冰箱冷凍保存,另一部分土壤樣品風(fēng)干后研磨,分別過2mm篩和0.45mm篩,塑料袋封裝保存,待測。

1.4土壤微生物分析

1.4.1土壤總DNA的提取、16SrDNAV3區(qū)片段PCR擴(kuò)增

每個(gè)樣品取0.5g土樣提取DNA,本試驗(yàn)采用Omega公司生產(chǎn)的soilDNAKit提取土壤微生物基因組DNA,按試劑盒使用說明的操作步驟進(jìn)行。將純化后的基因組DNA作為聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)的模板。采用微生物16SrDNA基因V3區(qū)具有特異性的引物對F341GC和R517,其序列分別為:（略）。GC夾(下劃線)的目的是為了防止在DGGE過程中,引物的完全分離的擴(kuò)增。反應(yīng)體系為50μL,PCR反應(yīng)采用降落PCR策略,即:預(yù)變性條件為96℃5min,前20個(gè)循環(huán)為94℃1min,65~55℃1min和72℃3min(其中每個(gè)循環(huán)后復(fù)性溫度下降0.5℃),后10個(gè)循環(huán)為94℃1min,55℃1min和72℃3min,最后在72℃下延伸7min。PCR反應(yīng)的產(chǎn)物用1.0%瓊脂糖凝膠電泳檢測。

1.4.2DGGE和染色

采用DcodeTM突變檢測系統(tǒng)(CBS)對16SrDNAV3區(qū)擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行DGGE分析。使用梯度膠制備裝置,變性劑濃度從30%到60%(100%的變性劑為7mol•L1的尿素和40%的去離子甲酰胺),聚丙烯酰胺凝膠濃度為8%;在150V的電壓下,上樣量為18μL。其運(yùn)行條件為:0.5×TAE電泳緩沖液,60℃電泳條件下,150V,10h。電泳完畢后,再用去離子水漂洗,固定15min,染色15min,顯色10min。在圖像處理過程中,對于在DGGE電泳圖上是肉眼可見、但被軟件忽略掉的一些小條帶進(jìn)行了手動(dòng)處理,條帶的密度由該軟件自動(dòng)算出。

1.4.3指紋圖譜的處理與分析

基于PCR-DGGE的基本原理,所擴(kuò)增的DGGE條帶的數(shù)量可代表群落DNA序列的豐富度(S),群落DNA序列的多樣性可采用Shannon-Weaver指數(shù)及其均勻度指數(shù)來表示,Shannon-Weaver指數(shù)及其均勻度指數(shù)計(jì)算公式為:（略）。

1.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel2003及SPSS13.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析,用單因素方差分析及鄧肯檢驗(yàn)(DMRT)對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性差異分析。采用Bio-rad公司Quantityone軟件的UPGAMA程序進(jìn)行微生物群落的聚類分析。

2結(jié)果與分析

2.1菌劑處理對菠菜生長特性和產(chǎn)量的影響

2.1.1對菠菜營養(yǎng)狀態(tài)的影響

通過對菠菜葉片葉綠素含量進(jìn)行測定結(jié)果顯示(表2),不同施肥處理間差異明顯。各處理相比,就兩次測定的葉綠素含量的變化,T2、T3、T4、T5處理增幅較大,其中T1增加24.2%,而T5則達(dá)到45.6%。最后測定各處理的葉綠素含量差異為:T5>T4>T2>T3>T1>>CK。結(jié)果說明,化肥對葉綠素合成量的影響在菠菜生長前期影響更為明顯,且常規(guī)化肥處理(T1)為最大;而在生長后期,隨著微生物菌劑在環(huán)境中的定植與適應(yīng),在土壤中繁殖量顯著提高,活性顯著增強(qiáng),對菠菜的作用逐漸顯現(xiàn),相反,化肥的作用卻呈下降趨勢,從而導(dǎo)致最終化肥減量20%和40%的處理比完全用化肥的葉綠素含量要高?？梢?化肥作為速效性肥料對菠菜生長影響較快,作用時(shí)間較短,成本較高;而菌劑與化肥的混施,不但更能提高葉綠素含量,且作用時(shí)間長,成本也更低。Fv/Fm指標(biāo)反映菠菜葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù),是葉片光合系統(tǒng)II原初光能轉(zhuǎn)換效率,即可變熒光產(chǎn)量與最大熒光產(chǎn)量之比。測定結(jié)果顯示,相比對照處理,使用菌劑的T2、T3、T4和T5處理的Fv/Fm都有所提高,其中T3達(dá)到0.797,比對照提高0.012,處理間差異顯著。由此可見,菌劑處理的菠菜在營養(yǎng)生長中的光能轉(zhuǎn)化能力優(yōu)于不施肥CK。添加微生物菌劑的處理與純粹使用化肥的T1處理差異不顯著。菠菜對化肥及土壤中N、P、K等養(yǎng)分的吸收直接表現(xiàn)為各元素在植株體內(nèi)的含量。由表2可知,在收割期,各處理間菠菜N含量存在顯著差異。以T2和T3最高,T5和T4次之,CK處理最低,且T2處理較CK處理的增幅為100%。由此可見,菌劑處理后,固氮菌提高了植株N含量,也就是提高了N吸收,減少了N損失。菠菜收割后植株P(guān)、K含量以T1處理為最低,分別約為35.3g•kg1和56.5g•kg1,且明顯低于CK的45.8g•kg1和69.9g•kg1,表明在生長后期,T1處理的菠菜對P、K的吸收較少,土壤中有效磷和速效鉀含量低。相比T1處理,T2和T5處理反而有所提高,表明硅酸鹽菌的溶磷、解鉀作用促進(jìn)了菠菜對P的吸收利用量,使菠菜P含量較純化肥處理的T1要高。微生物菌劑的兩種菌各自發(fā)揮了其主要功能,固氮菌保持了較低氮肥使用條件下的高N含量,硅酸鹽菌確保了較低磷肥和鉀肥使用條件下的高P、K含量。

2.1.2對菠菜硝酸鹽含量的影響

收割后將菠菜全株(包括根、莖、葉)搗碎后測定硝酸鹽含量。由表3可知,與不施肥(CK)處理相比,施肥處理對菠菜硝酸鹽含量影響較大,使硝酸鹽含量顯著增加。其中,T1處理的硝酸鹽增量最為明顯,達(dá)到5866.52mg•kg1,T2最小,為4358.23mg•kg1,T3、T4和T5處理在4677.55~5078.25mg•kg1之間。由此可見,T2、T3、T4、T5處理與T1處理相比,硝酸鹽含量明顯降低。因此,菌劑的配合施用與純施化肥相比,可以提高菠菜品質(zhì),有利于生產(chǎn)有機(jī)健康蔬菜。

2.1.3對菠菜產(chǎn)量的影響

根系是植物從土壤獲取養(yǎng)分的必要器官,但作為可食用的菠菜,根系重量在菠菜收割期所占總生物量的比重越高(即根生物量比重越高),其可食用部分就相對減少,產(chǎn)量就相對降低。表3表明,固氮溶磷解鉀菌劑配合施用后,與不施肥對照相比,根生物量比重有明顯降低,由4.36%下降到3.02%,降低約30%,比化肥T1處理的3.54%也有降低。由此說明,功能菌劑的配施不僅促進(jìn)了菠菜根系的生長,而且提高了養(yǎng)分及光合產(chǎn)物的有機(jī)分配,從而提高了菠菜可食部分的生物量比重,提高了菠菜產(chǎn)量,有效提高了菠菜的經(jīng)濟(jì)效益。本試驗(yàn)包括兩季菠菜,產(chǎn)量計(jì)算為兩季的總產(chǎn)量。其中,第1季為2010年冬季菠菜,第2季為2011春季菠菜。試驗(yàn)表明,菠菜產(chǎn)量受所施用肥料的影響較大,施肥對菠菜產(chǎn)量提高效果明顯。由表3可知,不同處理間每盆菠菜的平均產(chǎn)量差異顯著。與CK處理相比,T4處理的產(chǎn)量增加最大,每盆平均產(chǎn)量達(dá)到277.73g,產(chǎn)量增加170%;T3、T2、T5和T1處理的增產(chǎn)量依次減少,平均每盆產(chǎn)量分別為267.53g、264.38g、241.62g和220.13g。其中,化肥減量施用的T2、T3、T4和T5處理產(chǎn)量均比常規(guī)化肥用量T1處理產(chǎn)量高,達(dá)到了化肥減量而不減產(chǎn)甚至增產(chǎn)的效果。由此可見,菌劑可以替代部分化肥,減少農(nóng)業(yè)化肥用量。

2.2菌劑處理對菠菜土壤微生物多樣性的影響

2.2.1土壤微生物DGGE指紋圖譜分析

對不同處理菠菜栽培土壤微生物16SrDNAV3可變區(qū)片斷進(jìn)行DGGE指紋圖譜分析的結(jié)果(圖1a)表明,不同施肥處理下盆栽菠菜土壤的微生物基因區(qū)系條帶出現(xiàn)較小差別。與CK相比,各處理除T1外,條帶亮度略有增加,條帶數(shù)量無明顯差別。從圖1b16SrDNAV3區(qū)PCR擴(kuò)增片段DGGE泳道圖譜可以看出,多數(shù)的明顯條帶在遷移率上基本一致,說明不同處理間具有大量的共有微生物種群,這主要是存在于試驗(yàn)土壤中的土著微生物。微生物菌劑處理的明亮條帶明顯在圖譜中部多出現(xiàn)1~2個(gè)條帶,表明混合微生物菌劑與化肥的配施,提高了土壤主要微生物種群基因多樣性和數(shù)量。由于試驗(yàn)在低溫的冬春季進(jìn)行,土壤微生物本身活性也較低,生長繁殖速率較慢,因而不同施肥制度對微生物種群與數(shù)量的影響反映不夠明顯。

2.2.2土壤微生物DGGE條帶圖譜的聚類分析

不同施肥處理間的土壤微生物種群相似性表現(xiàn)為DGGE條帶聚類分析的相似性系數(shù),相似性系數(shù)越高,種群多樣性越趨于一致,如圖2所示。本試驗(yàn)中,T4和T5處理間的土壤微生物種群相似性最高,達(dá)到0.80,被聚為一類,與T1處理的相似性系數(shù)為0.76,同時(shí)與CK都聚在一個(gè)大類;而T2和T3處理又被單獨(dú)聚在一類,相似性系數(shù)為0.70;兩個(gè)大類間最低相似性系數(shù)也達(dá)到0.65。一般認(rèn)為相似值高于0.60的兩個(gè)群體具有較好的相似性,將6個(gè)樣品歸為一類的相似值達(dá)0.65,說明種植1茬菠菜后,不同施肥制度的土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)相似性程度提高。

2.2.3土壤微生物種群DNA多樣性分析

對不同處理土壤的微生物16SrDNA的DGGE條帶進(jìn)行香農(nóng)威爾多樣性指數(shù)(Shannon-Wiernerindex)分析,結(jié)果見表4。從表4可以看出,豐富度指數(shù)以T1處理最低,T3處理最高,與不施肥處理CK相比,常規(guī)化肥處理T1的土壤細(xì)菌豐富度指數(shù)有所降低,而添加微生物菌劑的則有所提高;而Shannon-Wierner指數(shù)在各處理間差異較為明顯,與不施肥處理CK相比,常規(guī)化肥處理T1的土壤細(xì)菌多樣性有所降低,而添加微生物菌劑的各處理卻有明顯提高。該結(jié)果表明,常規(guī)化肥處理不利于提高土壤微生物種群多樣性;相反,在化肥減量情況下,配施有益的微生物菌劑,有利于改善土壤中主要微生物種群結(jié)構(gòu),提高微生物種群多樣性。

3討論與結(jié)論

第3篇：微生物多樣性分析范文

【關(guān)鍵詞】人工濕地；微生物；種群特征；人工調(diào)控

人工濕地是一種集環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益于一體的污水處理技術(shù)。該技術(shù)是通過人工建造、模擬自然濕地的綜合性生態(tài)體系，利用人造生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生物的協(xié)同作用來實(shí)現(xiàn)對污水的凈化。在濕地系統(tǒng)中，微生物群落是去除有機(jī)物和脫氮除磷的主要承擔(dān)者，越來越多的證據(jù)表明，微生物是人工濕地處理污水過程的重要指標(biāo)。因此，探索和研究濕地系統(tǒng)中微生物的種群特性，對了解人工濕地的去污機(jī)理以及研究微生物群落的人工調(diào)控技術(shù)具有重要意義。

1.濕地微生物種群研究現(xiàn)狀

1.1濕地微生物多樣性分析

微生物多樣性的研究主要是通過對濕地微生物的分離、鑒定來進(jìn)行的。在人工濕地系統(tǒng)中，以細(xì)菌數(shù)量為最多，其次為放線菌，真菌數(shù)量最少。細(xì)菌又包括好氧菌、厭氧菌、兼性厭氧菌、硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌及磷細(xì)菌等。夏宏生等研究發(fā)現(xiàn)，氨化細(xì)菌是除氮的優(yōu)勢菌群，隨著人工濕地的運(yùn)行，其數(shù)量逐漸增加；硝化細(xì)菌屬于好氧細(xì)菌，隨著人工濕地的連續(xù)運(yùn)行數(shù)量有所下降；反硝化細(xì)菌受外界氣溫影響較大，隨著氣溫的逐漸升高，其細(xì)菌數(shù)量逐漸上升。魏成等認(rèn)為，混合種植植物模式的人工濕地系統(tǒng)可獲得較高的根際微生物功能多樣性，從而提高濕地系統(tǒng)凈化效率及其穩(wěn)定性。蔣玲燕等研究表明，植物對微生物多樣性的作用要優(yōu)于填料；而多種植物系統(tǒng)與多種填料系統(tǒng)在有機(jī)物降解和營養(yǎng)物去除方面均比單一植物與單一填料系統(tǒng)有優(yōu)勢，從而表現(xiàn)出更高的去污效率。

1.2濕地微生物群落分布特征

微生物群落結(jié)構(gòu)，即微生物不同類群的相對豐度，可通過各微生物類群的特征脂肪酸的相對含量表征。吳振斌認(rèn)為，濕地基質(zhì)中好氧原核微生物為優(yōu)勢類群，其次為革蘭氏陽性細(xì)菌及其他厭氧細(xì)菌，真核微生物所占比例最低。Zhou等人的研究發(fā)現(xiàn)，濕地基質(zhì)表層的細(xì)菌與真菌的數(shù)量顯著高于其下層的數(shù)量，隨著系統(tǒng)的垂直高度不斷加深，真菌的數(shù)量逐漸減少。張政等人采用潛流水平濕地系統(tǒng)進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，沿水流方向細(xì)菌、亞硝酸菌總數(shù)的總體趨勢是遞減的，即前部多于中后部；在垂直方向上，上層的微生物數(shù)量多于下層。

1.3濕地微生物酶及其活性研究

濕地系統(tǒng)中酶的活性是微生物功能的一種體現(xiàn)，其活性高低直接影響著污水的凈化效果。李智等測定了人工濕地酶活性，發(fā)現(xiàn)人工濕地基質(zhì)中酶活性下行池大于上行池，基質(zhì)上層磷酸酶、脲酶和蛋白酶的活性顯著大于中下層基質(zhì)；不同時(shí)間的基質(zhì)酶活性不同。何起利等研究發(fā)現(xiàn)，濕地中的氧化酶活性表現(xiàn)為表層高于中下層；而硝酸鹽還原酶、亞硝酸鹽還原酶等活性變化趨勢則相反；同時(shí)，多酚氧化酶、過氧化氫酶、脫氫酶等氧化酶活性也與氧化還原電位存在顯著正相關(guān)，而與下行流池的硝酸鹽還原酶、亞硝酸鹽還原酶等還原酶類存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。吳振斌等認(rèn)為，不同月份、不同深度濕地基質(zhì)酶活性不相同；不同濕地類型其酶活性也不相同；脲酶活性與濕地系統(tǒng)凱氏氮的去除率之間存在顯著相關(guān)性。綜上所述，人工濕地中各種酶活性會(huì)受到空間、污染負(fù)荷、污染物類型等因素的影響，因此可通過改變?nèi)斯竦氐耐獠織l件來調(diào)控胞外酶使其達(dá)到最佳的處理污水的狀態(tài)。

2.濕地微生物調(diào)控技術(shù)研究進(jìn)展

濕地微生物調(diào)控是指在研究濕地微生物的種群特征及酶活性的基礎(chǔ)上，通過控制影響微生物分布及活性的各種因素（如溫度、碳源、溶解氧等），以達(dá)到提高人工濕地處理污水效率的一種技術(shù)。通過人工調(diào)控強(qiáng)化濕地微生物對污染物的降解能力對人工濕地的高效運(yùn)行十分重要。

2.1水溫

溫度變化不僅影響濕地系統(tǒng)中微生物的代謝速率，而且還影響到其他重要環(huán)境因子，這些因子往往會(huì)影響到微生物群落的結(jié)構(gòu)和功能。有報(bào)道稱，當(dāng)溫度在10℃左右時(shí)，硝化速率比較穩(wěn)定；但低于10℃，人工濕地系統(tǒng)處理效果會(huì)明顯降低；當(dāng)溫度在5℃以下時(shí)，反硝化過程就很難發(fā)生；而若溫度過高，在30℃以上時(shí)，硝化與反硝化過程均會(huì)受到抑制。濕地系統(tǒng)中微生物的種類和數(shù)量會(huì)隨季節(jié)的改變而變化，一般情況下，夏秋季數(shù)量最高，冬季最少。雒維國等對濕地植物采用多層PVC透氣薄膜進(jìn)行保溫，可增加濕地系統(tǒng)溫度，從而提高了COD、TN和TP的去除率。

2.2碳源

微生物的新陳代謝過程受碳源影響較大，可以說碳源代謝功能是濕地微生物活性的重要表征，也是影響生物脫氮過程的關(guān)鍵因素。對于低碳氮比污水，則需要在濕地系統(tǒng)中補(bǔ)充碳源，為反硝化過程提供充分的電子供體，強(qiáng)化濕地脫氮功能。趙聯(lián)芳等在用葡萄糖調(diào)節(jié)進(jìn)水C/N達(dá)到8時(shí)，TN去除率由未補(bǔ)充碳源之前（C/N=2）的55%升高到89%。佘麗華等指出，向人工濕地系統(tǒng)中投加葡萄糖作為外加碳源提高系統(tǒng)的反硝化能力要優(yōu)于羧甲基纖維素；對于處理量為60L?d1的復(fù)合垂直流人工濕地最佳的葡萄糖投加量為1.5g；在進(jìn)水前4h投加碳源要優(yōu)于進(jìn)水時(shí)加入碳源。魏星等認(rèn)為，補(bǔ)充植物秸稈后，可以解除由于有機(jī)碳源不足產(chǎn)生的硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮積累，提高總氮的去除效率。

2.3 pH值

一般認(rèn)為，當(dāng)pH值在7.0～8.0時(shí)，有利于好氧和厭氧微生物對含氮有機(jī)物的氨化作用的發(fā)生，此時(shí)亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌活動(dòng)增強(qiáng)，硝化作用占主導(dǎo)地位；pH>8.0時(shí)，氨氮的揮發(fā)作用占主導(dǎo)地位；pH

2.4溶解氧

有研究表明，當(dāng)水中DO0.2mg/L時(shí)，反硝化作用受到抑制。在除磷過程中，厭氧條件通常與濕地中磷的釋放有關(guān)，而好氧條件與濕地中磷濃度的降低有關(guān)。陶敏等的研究表明，氧調(diào)控下微生物群落向基質(zhì)縱深發(fā)展，微生物量明顯增加；表征微生物活性的PLFAs總不飽和度水平顯著升高。

3.結(jié)語與展望

微生物群落是人工濕地污水凈化的主要承擔(dān)者，在污染物的去除過程中發(fā)揮著重要作用。然而目前對濕地微生物種群特性及其調(diào)控技術(shù)方面的研究仍相對較少，因此，根據(jù)目前的人工濕地微生物種群研究現(xiàn)狀，筆者認(rèn)為今后可重點(diǎn)開展如下研究：（1）篩選、馴化人工濕地功能微生物，特別是針對重金屬污水、油田廢水、養(yǎng)殖廢水等特殊污水中功能微生物的開發(fā)與利用以強(qiáng)化體系的凈化能力。（2）通過液態(tài)、固態(tài)培養(yǎng)基交替培養(yǎng)純化，馴化出在低溫條件下仍能保持較強(qiáng)活性的耐冷硝化菌株，使硝化過程在冬天較低溫度條件下仍可正常進(jìn)行，從而提高濕地在低溫條件下的脫氮效果?？傊訌?qiáng)濕地微生物群落特征和調(diào)控技術(shù)研究，既能為濕地生態(tài)技術(shù)奠定微生物學(xué)的理論基礎(chǔ)，同時(shí)有利于指導(dǎo)人工濕地的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和管理，這對于今后濕地污水凈化技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新有著十分重要的意義。

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第4篇：微生物多樣性分析范文

關(guān)鍵詞：濱海鹽堿地；起壟溝播；堆肥；綠肥；改良；微生物區(qū)系

中圖分類號(hào)：S154.37+S156.4+2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2016）06-0062-04

土壤微生物是構(gòu)成土壤微生態(tài)環(huán)境的重要組成部分。分析土壤微生物區(qū)系的目的在于了解不同地區(qū)的土壤微生物生態(tài)系的特點(diǎn)及土壤內(nèi)部生態(tài)環(huán)境的變化對土壤微生物的生長活動(dòng)規(guī)律的影響，為采取合理的農(nóng)業(yè)措施提供土壤微生物學(xué)方面的理論依據(jù)[1]。國外對鹽堿地土壤微生物的研究主要集中在耐鹽堿微生物的分離純化及極端鹽堿微生物的生態(tài)特征等方面，國內(nèi)研究主要包括鹽脅迫、不同改良措施及植被對鹽堿地土壤微生物的影響等[2]。在鹽堿地改良措施中，客土法在短期內(nèi)能改善土壤微生物各項(xiàng)指標(biāo)，其次是排水法、生物法，排水法對土壤微生物不利，生物法改善土壤微生物生態(tài)狀況的速度相對較慢，但因其克服了客土法、排水法的缺點(diǎn)，因而有更好的應(yīng)用前景[3]。受鹽分和pH值的脅迫，鹽堿地微生物區(qū)系和肥沃的糧田菜田土壤微生物區(qū)系有很大不同，其微生物總量一般在10-5～10-7cfu.g-1，比正常土壤的數(shù)量級低很多[4，5]，而且研究表明，高鹽度會(huì)降低微生物數(shù)量，尤其是放線菌數(shù)量。因此，土壤微生物對鹽脅迫極為敏感，可以作為土壤鹽脅迫過程中的重要指標(biāo)[6]。鹽堿地起壟提高壟溝的表層土壤含水量，降低壟溝的土壤電導(dǎo)率，壟臺(tái)土壤EC升高，土壤表面出現(xiàn)積鹽現(xiàn)象，壟溝、壟臺(tái)的土壤物理狀況得到改善，增加了地表植被生物量和植被蓋度[7]。基于此，本試驗(yàn)在起壟溝播小麥、玉米兩個(gè)輪作季的基礎(chǔ)上，研究了微生物數(shù)量區(qū)系與土壤其他理化性狀的相關(guān)性，為起壟改良鹽堿地提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

實(shí)驗(yàn)基地位于東營渤海農(nóng)場，地理坐標(biāo)為東經(jīng)118°07′～119°10′，北緯36°55′～38°12′；地處暖溫帶，四季溫差明顯，年平均氣溫11.7～12.6℃，年平均降水量530～630 mm，地下水埋深2～3 m，地下水礦化度10～40 g/L，受高礦化度地下水的影響，土壤極易返鹽退化[8，9]。試驗(yàn)前土壤pH值8.4，全鹽3.8 g/kg，有機(jī)質(zhì)11.38 g/kg，全氮0.43 g/kg，全磷0.562 g/kg，全鉀17.9 g/kg，速效氮19 mg/kg，速效磷8.3 mg/kg，速效鉀112 mg/kg。土壤質(zhì)地砂質(zhì)中壤，前茬種植棉花。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)與布局

試驗(yàn)設(shè)計(jì)：①CK（平作）；②QL（起壟）；③DF（起壟+堆肥）；④LF（起壟+綠肥）；⑤DL（起壟+堆肥+綠肥）。

起壟工程標(biāo)準(zhǔn)：壟溝寬60 cm，壟背為梯形，底寬40 cm，頂寬10 cm，高20 cm。

小區(qū)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)30 m2，東西寬5 m（5壟），南北長6 m。重復(fù)3次，每個(gè)重復(fù)單元設(shè)置1.5 m的保護(hù)行路。

在試驗(yàn)布設(shè)前，進(jìn)行一次深翻、平整土地。堆肥選擇牛糞充分露天發(fā)酵，綠肥選擇鼠茅草、三葉草。

1.3測定指標(biāo)及方法

分離計(jì)數(shù)培養(yǎng)基：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、馬丁氏孟加拉紅瓊脂培養(yǎng)基和高氏一號(hào)培養(yǎng)基，分別用于細(xì)菌、真菌和放線菌的分離與計(jì)數(shù)。

方法：稱取10 g鮮土樣置于已滅菌的裝有玻璃珠的三角瓶中，加入90 mL無菌水，振蕩 30 min使土樣分散成為均勻的土壤懸液，進(jìn)行梯度稀釋，取合適的稀釋度涂平板，一般稀釋度好氧異養(yǎng)細(xì)菌采用 10-5～10-3，放線菌采用10-4～10-2，真菌采用10-3～10-1。將涂布均勻的平板倒置于30℃培養(yǎng)一定時(shí)間（細(xì)菌1～5 d，放線菌5～14 d，真菌3～6 d），進(jìn)行 CFU（Colony Forming Unit）計(jì)數(shù)。

計(jì)算結(jié)果以每克烘干土中的微生物數(shù)量表示，計(jì)算公式為：每克干土中菌數(shù)=菌落平均數(shù)×稀釋倍數(shù)/干土質(zhì)量。

2結(jié)果與分析

2.1不同改良措施對鹽堿地土壤微生物區(qū)系的影響

從整體來看（圖1），細(xì)菌在6月數(shù)量達(dá)到最多；隨著季節(jié)的變化，8、10月數(shù)量明顯下降；等到來年春季4、5月數(shù)量慢慢回升。

與對照（平作）相比，起壟能夠顯著增加土壤細(xì)菌數(shù)量，增幅在4、5、6、8、10月分別為50.81%、35.62%、31.30%、64.29%、45.27%，起壟+堆肥處理同期增幅分別為104.76%、63.21%、38.39%、116.64%、84.89%，起壟+綠肥處理同期增幅分別為63.48%、48.28%、31.30%、73.79%、54.67%，起壟+堆肥+綠肥分別為128.57%、77.00%、72.73%、135.71%、99.94%?？梢姡煌牧即胧ν寥兰?xì)菌數(shù)量的影響：起壟+堆肥+綠肥>起壟+堆肥>起壟+綠肥>起壟>平作。

2.2不同處理微生物區(qū)系差異

由表1可知，各處理對細(xì)菌、放線菌和總菌數(shù)的影響效果基本相似，對真菌的影響有所不同。各處理細(xì)菌、放線菌數(shù)量和總菌數(shù)為起壟+堆肥+綠肥>起壟+堆肥>起壟+綠肥>起壟>平作，4個(gè)起壟處理之間均差異不顯著，但均顯著高于對照（平作），各處理真菌數(shù)量亦為起壟+堆肥+綠肥>起壟+堆肥>起壟+綠肥>起壟>平作，其中起壟+堆肥+綠肥、起壟+堆肥與對照差異顯著。

2.3土壤微生物區(qū)系與微生物多樣性、土壤理化性質(zhì)之間的相關(guān)關(guān)系

由表2可知，土壤細(xì)菌、真菌、放線菌的數(shù)量及總菌數(shù)與土壤鹽分含量之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與有機(jī)質(zhì)、水分之間呈顯著或極顯著相關(guān)關(guān)系，與pH值無顯著關(guān)系[15]。這表明鹽堿地鹽分、有機(jī)質(zhì)、水分是土壤微生物區(qū)系最直接的影響因子，而且其中有機(jī)質(zhì)影響作用比較顯著。

3討論與結(jié)論

鹽堿地微生物數(shù)量一般要少于普通農(nóng)用土壤，一般認(rèn)為是鹽度導(dǎo)致的微生物生存適宜環(huán)境改變的結(jié)果[16]。土壤微生物群落是一個(gè)組成復(fù)雜的群體，不同微生物種類所要求的營養(yǎng)元素不盡相同[17，18]。施用有機(jī)肥能夠顯著增加土壤細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量，說明施用有機(jī)肥為土壤微生物提供了較多的能源與養(yǎng)分，特別是有機(jī)碳源為微生物生命活動(dòng)提供所需能量，且有機(jī)肥本身也含有大量活的微生物，促進(jìn)了土壤微生物大量繁殖，使土壤微生物的新陳代謝加快，施有機(jī)肥更有利于提高土壤微生物活性以及維持土壤營養(yǎng)元素的良好循環(huán)，這與陳梅生等研究的長期施有機(jī)肥與缺素施肥對潮土微生物活性的影響結(jié)果一致[19]；孫文彥等[20]研究綠肥與苗木間種改良苗圃鹽堿地，認(rèn)為種植翻壓耐鹽綠肥作物（毛葉苕子和二月蘭）可提高鹽漬土細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)量，改善鹽堿地土壤質(zhì)量狀況。

本研究結(jié)果表明：起壟和堆肥、綠肥相結(jié)合的各種處理對提高鹽堿地細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量有良好的影響效果，5種處理對細(xì)菌、真菌、放線菌影響效果基本相似，均表現(xiàn)為：起壟+堆肥+綠肥>起壟+堆肥>起壟+綠肥>起壟>平作。從各種菌類增幅看，5種處理對細(xì)菌的增幅最大，其次是放線菌，對真菌的增幅相對來說較少。說明起壟溝播種植和地力提升技術(shù)（堆肥、綠肥）相結(jié)合具有良好的鹽堿地土壤改良作用，可以減緩由于鹽堿導(dǎo)致的土壤肥力損失，增加土壤微生物多樣性。

同時(shí)各種土壤理化性質(zhì)與微生物區(qū)系也存在相關(guān)關(guān)系。鹽堿地土壤鹽分含量及水含量限制了土壤微生物活動(dòng)[10]，尤其對細(xì)菌的生長活動(dòng)有重要影響[11]。有研究表明，土壤含水率的變化對土壤細(xì)菌多樣性影響不顯著，而對真菌多樣性影響差異顯著。此外，土壤含水率與鹽分的交互作用對細(xì)菌多樣性不顯著，對真菌多樣性的影響顯著。而有機(jī)質(zhì)也是微生物最主要的影響因子，已有研究結(jié)果表明，土壤有機(jī)質(zhì)含量是影響土壤微生物量的一個(gè)重要因素[12，13]。土壤有機(jī)碳對土壤微生物量起關(guān)鍵作用，有機(jī)碳控制著土壤中能量和營養(yǎng)物的循環(huán)，是微生物群落穩(wěn)定的能量和營養(yǎng)物的來源，有機(jī)碳越高，土壤微生物量就越大[14]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，微生物量與土壤鹽分含量之間呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，這與郭永忠等研究不同改良措施對銀川平原鹽堿地土壤微生物區(qū)系的影響結(jié)果一致[21]，與有機(jī)質(zhì)、水分之間呈極顯著或顯著相關(guān)關(guān)系，與pH值沒有顯著關(guān)系。

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第5篇：微生物多樣性分析范文

末端限制性片段長度多態(tài)性（terminal restric-tion fragment length polymorphism， T-RFLP），又稱為16S rRNA基因的末端限制性片段（terminal re-striction fragment，TRF）分析技術(shù)，是建立在PCR基礎(chǔ)之上研究微生物多樣性的一種新興分子生物學(xué)研究方法，不依賴于培養(yǎng)即可對微生物進(jìn)行群落結(jié)構(gòu)分析，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。T-RFLP技術(shù)具有快速、高度的可重復(fù)性、良好的可操作性和產(chǎn)生大量的可操作單元（OTUs），能夠與數(shù)據(jù)庫建立直接聯(lián)系，用于微生物菌種鑒定、群落的對比和多樣性分析。本研究對在松江濕地沉積物細(xì)菌T-RFLP分析過程中，PCR擴(kuò)增體系的相關(guān)影響因素進(jìn)行優(yōu)化和篩選，建立適于濕地沉積物的簡單、高效和穩(wěn)定的PCR反應(yīng)體系，為進(jìn)一步開展沉積物細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)研究奠定基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1材料與試劑

沉積物于2012年8月采自松江濕地哈爾濱段，采集深度為0～20cm，將沉積物用無菌塑料袋密封帶回實(shí)驗(yàn)室，-20℃冷藏。

PCR試劑所用試劑Taq酶、Mg2+、dNTPs和標(biāo)準(zhǔn)相對分子質(zhì)量Marker（簡寫為M） DL2000均購自TaKaRa大連寶生物工程有限公司，引物由上海生物工程有限責(zé)任公司合成。

1.2試驗(yàn)方法

DNA提取及檢測：采用MOBIO土壤微生物DNA強(qiáng)力提取試劑盒對0.25g沉積物進(jìn)行微生物總DNA提取，具體方法按照制造商的說明使用，所提取的DNA用1%瓊脂糖凝膠進(jìn)行電泳檢測其純度。

PCR擴(kuò)增程序與正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)：采用細(xì)菌16S rRNA基因通用引物8F（5'-AGAGTTTGATC-CTTGGCTCAG-3'）和1492R（5'-GGTTACCTTGT-TACGACTT-3'）進(jìn)行PCR擴(kuò)增，正向引物8F用6-FAM（羧基熒光素）標(biāo)記在5'的末端。

PCR擴(kuò)增程序如下：95℃預(yù)變性5min， 95℃變性30s，56℃復(fù)性30s，72℃延伸1min，循環(huán)34次。最后72℃延伸7min，4℃保存。PCR擴(kuò)增產(chǎn)物用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測，電泳緩沖液為lxTAE，205V穩(wěn)壓電泳8min，在紫外光成像系統(tǒng)下照相并記錄分析。

在進(jìn)行單因子試驗(yàn)分析影響因素之后，為快速準(zhǔn)確地確定PCR最優(yōu)反應(yīng)體系，采用L16（45）正交設(shè)計(jì)，對PCR 5個(gè)因素（模板DNA、Mg2+、Taq酶、dNTPs、引物）在4個(gè)水平上進(jìn)行試驗(yàn)，20μL擴(kuò)增反應(yīng)體系（見表1）。

2結(jié)果與分析

2.1單因子試驗(yàn)與分析

2.1.1模板DNA含量

模板DNA的濃度與純度是PCR是否成功的關(guān)鍵因素之一，DNA含量過高，會(huì)結(jié)合Mg2+，降低Taq酶的活性，產(chǎn)生非特異性擴(kuò)增；DNA含量過少，PCR產(chǎn)物少且不穩(wěn)定甚至無擴(kuò)增。由圖1電泳結(jié)果可知，DNA含量在l0～40ng之間均可擴(kuò)增出條帶，DNA含量在10ng時(shí)條帶弱且不清晰，增加到20～40ng時(shí)條帶均亮，所以選擇20～40ngDNA含量為最佳。

2.1.2Mg2+濃度

Mg2+對PCR擴(kuò)增的產(chǎn)量和特異性有顯著的影響，還能與反應(yīng)液中的dNTPs、模板DNA及引物相結(jié)合，影響引物與模板的結(jié)合效率、模板與PCR產(chǎn)物的解鏈溫度和產(chǎn)物的特異性及引物二聚體的形成。Mg2+濃度過高會(huì)降低PCR反應(yīng)的特異性，出現(xiàn)非特異性產(chǎn)物；濃度過低會(huì)抑制Taq酶活性，降低PCR擴(kuò)增產(chǎn)量。由圖2電泳結(jié)果可知，Mg2+濃度在2.5mmol/L時(shí)條帶顏色淺；2.0mmol/L時(shí)條帶較亮；當(dāng)降低到1.5、1.0mmol/L時(shí)條帶逐漸變淺且彌散。因此，Mg2+最佳濃度為2.0mmol/L。

2.1.3dNTPs濃度

dNTPs是PCR擴(kuò)增反應(yīng)的原料，其濃度過高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致聚合酶錯(cuò)誤的摻入，并引起堿基錯(cuò)配，降低PCR擴(kuò)增的忠實(shí)性；濃度過低時(shí)，又會(huì)影響合成效率。由圖3電泳結(jié)果可知，dNTPs在2.5mmol/L時(shí)條帶模糊小清晰，在2.0～1.0mmol/L之間時(shí)，隨濃度降低條帶逐漸變亮，所以dNTPs濃度選在2.0mmol/L時(shí)效果為最佳。

2.1.4引物濃度

引物是PCR特異性反應(yīng)的關(guān)鍵因素之一，PCR擴(kuò)增產(chǎn)物的特異性取決于引物與模板DNA結(jié)合的程度。引物濃度偏低會(huì)減少與模板DNA的結(jié)合率，使擴(kuò)增效果降低；引物濃度偏高會(huì)引起錯(cuò)配和非特異性擴(kuò)增，容易增加形成引物二聚體的機(jī)會(huì)。由圖4電泳結(jié)果可知，當(dāng)引物濃度在0.2-0.15μmol/L之間時(shí)條帶均亮，尤以0.2μmol/L最佳，擴(kuò)增效果較好，引物濃度降低到0.1μmol/L時(shí)條帶淺且彌散嚴(yán)重。

2.1.5Taq酶濃度

Taq酶用量偏低會(huì)使合成的效率降低，導(dǎo)致擴(kuò)增產(chǎn)物減少；用量過高不儀造成浪費(fèi)，而且會(huì)導(dǎo)致非特異性片段產(chǎn)物的積累，不易形成良好的擴(kuò)增效果。從圖5電泳結(jié)果可知，Taq酶含量在2.0、1.5、1.0、0.5U時(shí)條帶均亮且明顯，但從擴(kuò)增效果和經(jīng)濟(jì)性兩方面考慮，Taq酶濃度在0.5U時(shí)為最佳選擇。

2.2正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

按表l設(shè)計(jì)的16個(gè)PCR反應(yīng)組合進(jìn)行正交試驗(yàn)，擴(kuò)增結(jié)果如圖6所示。根據(jù)電泳檢測結(jié)果，將16個(gè)處理按擴(kuò)增條帶強(qiáng)弱、背景顏色深淺和條帶彌散程度打分。條帶清晰亮度大、背景顏色淺、無彌散與特異性條帶的最佳效果為16分，相反最差為1分。1～16組合的分?jǐn)?shù)依次是：1、2、8、9、1、l、10、1、2、14、16、15、4、6、13、13。

通過分?jǐn)?shù)求出各列各水平的和，可求知各水平的平均值（見表2）。然后用各列最大平均值減最小平均值求出極差R，極差值越大表示該因素影響程度越大。由極差可知，PCR反應(yīng)中各因素影響力大小依次為：Mg2+>DNA模板>Taq酶>dNTPs>引物，其中正交試驗(yàn)的最佳反應(yīng)組合是11號(hào)：DNA模板30ng，Mg2+ 2.0mmol/L，dNTPs 0.2mmol/L，引物0.2μmol/L，Taq酶0.5U。

3討論

松江濕地沉積物細(xì)菌結(jié)構(gòu)的組成、分布、變化不僅是其自身生物特征的反映，也是其對周圍環(huán)境因素的一種響應(yīng)。由于近年來旅游資源的開發(fā)，人為干涉因素增多，松江濕地的環(huán)境因素變化較大，其沉積物中的微生物結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)改變。T-RELP分析技術(shù)是建立在PCR基礎(chǔ)之上研究微生物多樣性的一種新興分子生物學(xué)研究方法，不依賴于原始培養(yǎng)可較快地對微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。利用T-RELP分析技術(shù)對松江濕地沉積物細(xì)菌結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，能更好地反映松江濕地生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)狀，而建立一個(gè)良好的PCR體系是后續(xù)研究的必要基礎(chǔ)。

由于T-RELP是建立在PCR基礎(chǔ)之上的分子技術(shù)，如果對其在DNA提取、PCR擴(kuò)增等過程中的技術(shù)細(xì)節(jié)不注意，則有可能對T-RFLP分析結(jié)果產(chǎn)生誤差。DNA提取是PCR擴(kuò)增反應(yīng)的前提，其純度和質(zhì)量是整個(gè)試驗(yàn)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，由于試驗(yàn)樣品的差異，會(huì)使每次提取的DNA純度有所不同，從而影響PCR反應(yīng)體系的建立。另外，由于基因組DNA相對分子質(zhì)量較大，在DNA提取過程中會(huì)因動(dòng)作劇烈、槍頭空間小等原因使基因片段發(fā)生斷裂，因此，為獲得完整的DN段，在試驗(yàn)過程中應(yīng)盡量避免劇烈震蕩。

第6篇：微生物多樣性分析范文

關(guān)鍵詞：生物多樣性；多樣性功能評價(jià)；濕地保護(hù)；衡水湖濕地

biodiversity function evaluation of the hengshui lake wetland

zhang xue-zhi

(hengshui bureau for hydrology and water resources survey of hebei province,hengshui 053000,china)

abstract: the hengshui lake wetland,located in the hinterland of north china plain,is a bio-intensive wetland in the north temperate zone,an intersection area for the different migratory birds,and the best habitat in north china plain for many rare and precious birds.according to the survey data of the wetland biodiversity,this study conducted a diversity function evaluation on species diversities and ecosystem diversities in the wetland.according to the wetland biodiversity criteria,the hengshui lake wetland biodiversity is at a general level.biodiversity function evaluation of the wetland we can provide scientific basis for the wetland protection.

key words: biodiversity;diversity function evaluation;wetland protection;the hengshui lake wetland

1 衡水湖濕地屬性

按照國際濕地公約的濕地分類［1］，衡水湖濕地主要為湖泊濕地、沼澤濕地、水體沼澤化濕地、鹽沼濕地、河流濕地和渠道濕地等。其中湖泊濕地、沼澤濕地是濕地的主體，類型與面積占據(jù)主要地位。其他類型濕地居次要地位。此外，還有少量人工濕地如溝渠、養(yǎng)魚池等。各種類型濕地關(guān)系十分密切，它們相互依存，共同構(gòu)成衡水湖濕地生態(tài)系統(tǒng)。任一類型濕地的退化都將對衡水湖濕地的生態(tài)與環(huán)境功能產(chǎn)生巨大的影響［2-4］。

1.1 生物多樣性保護(hù)層次

衡水湖具有非常重要的濕地生態(tài)服務(wù)功能，是北溫帶野生動(dòng)植物聚集地和候鳥南北遷徙不同路線的交匯處，這里有植物370種，鳥類286種，魚類26種，昆蟲194種，兩棲爬行類17種，哺乳類17種，生物多樣性非常豐富。

保護(hù)生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能的完整性與保護(hù)珍稀動(dòng)植物有著同等重要的意義。許多物種雖然未被列入國內(nèi)外各種動(dòng)植物保護(hù)名錄，但其或?yàn)橹攸c(diǎn)保護(hù)珍稀鳥類提供棲息地和繁殖地，或直接（間接）為這些珍稀鳥類提供食物，共同構(gòu)成適宜的鳥類生境。所以保護(hù)這些物種，保護(hù)生物多樣性對于珍稀鳥類的保護(hù)也是至關(guān)重要的。同時(shí)，保護(hù)生物多樣性也就是保護(hù)濕地這一天然物種基因庫，以利于我們子孫后代對物種資源的可持續(xù)利用，對人類生存和生活也都具有重要的現(xiàn)實(shí)和潛在的意義［5］。

1.2 濕地保護(hù)類型

濕地是位于陸生生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)之間的過渡性地帶，在土壤浸泡在水中的特定環(huán)境下，生長著很多濕地的特征植物。濕地廣泛分布于世界各地，擁有眾多野生動(dòng)植物資源，是重要的生態(tài)系統(tǒng)。很多珍稀水禽的繁殖和遷徙離不開濕地，因此濕地被稱為“鳥類的樂園”。濕地強(qiáng)大的生態(tài)凈化作用，因而又有“地球之腎”的美名。根據(jù)《自然保護(hù)區(qū)類型與級別劃分原則》(gb/t 14529-93)，衡水湖國家級自然保護(hù)區(qū)屬于自然生態(tài)系統(tǒng)類的濕地類型自然保護(hù)區(qū)［6］。從生態(tài)系統(tǒng)特征上看屬于以華北內(nèi)陸淡水濕地生態(tài)系統(tǒng)為主的平原復(fù)合濕地生態(tài)系統(tǒng)。

2 濕地生物多樣性功能評價(jià)方法

生物多樣性的3個(gè)主要層次是物種多樣性、基因多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性。這是組建生物多樣性的3個(gè)基本層次?；蚨鄻有源砩锓N群之內(nèi)和種群之間的遺傳結(jié)構(gòu)的變異。每一個(gè)物種包括由若干個(gè)體組成的若干種群。各個(gè)種群由于突變、自然選擇或其他原因，往往在遺傳上不同。因此，某些種群具有在另一些種群中沒有的基因突變，或者在一個(gè)種群中很稀少的等位基因可能在另一個(gè)種群中出現(xiàn)很多。在同一個(gè)種群之內(nèi)也有基因多樣性，在一個(gè)種群中某些個(gè)體常常具有基因突變。生態(tài)系統(tǒng)多樣性既存在于生態(tài)系統(tǒng)之間，也存在于一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)之內(nèi)。總之，物種多樣性是生物多樣性最直觀的體現(xiàn)，是生物多樣性概念的中心?；蚨鄻有允巧锒鄻有缘膬?nèi)在形式，一個(gè)物種就是一個(gè)獨(dú)特的基因庫，可以說每一個(gè)物種就是基因多樣性的載體；生態(tài)系統(tǒng)的多樣性是生物多樣性的外在形式，保護(hù)生物的多樣性，最有效的形式是保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的多樣性［7-9］。

作為水陸相兼的生態(tài)系統(tǒng)，濕地的獨(dú)特生境使它同時(shí)兼具豐富的陸生與水生動(dòng)物植物資源，對于保護(hù)物種，維持生物多樣性具有難以替代的生態(tài)價(jià)值。濕地生物多樣性是所有濕地生物種種內(nèi)遺傳變異和它們生存環(huán)境的總稱，包括所有不同種類的動(dòng)物、植物、微生物及其所擁有的基因和它們與環(huán)境所組成的生態(tài)系統(tǒng)［12］。

物種多樣性是群落生物組成結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)，它不僅可以反映群落組織化水平，而且可以通過結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系間接反映群落功能的特征。

在濕地生態(tài)系統(tǒng)評價(jià)方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合生物多樣性的理論和實(shí)踐，將物種多樣性和生物多樣性作為一級指標(biāo)，下設(shè)二級、三級亞指標(biāo)，建立可操作性較強(qiáng)的濕地生物多樣性評價(jià)指標(biāo)體系［13］，見表1。

人類威脅程度分值

對資源保護(hù)部構(gòu)成威脅5保護(hù)區(qū)與未開發(fā)生境毗鄰5

資源的有效保護(hù)受到一定的威脅3保護(hù)區(qū)周邊尚有未開發(fā)生境3

資源的有效保護(hù)受到較大的威脅1保護(hù)區(qū)被已開發(fā)的區(qū)域環(huán)繞1

根據(jù)濕地生物多樣性現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果，對照以上賦值逐項(xiàng)打分，將所得分?jǐn)?shù)累加即得到該濕地生物多樣性評價(jià)總分值。計(jì)算公式為：

r=∑3i=1ai+∑3j=1bj(1)

式中：r-濕地生物多樣性總分值；a-物種多樣性分值；i-物種多樣性評價(jià)項(xiàng)目數(shù)；b-生態(tài)系統(tǒng)多樣性分值；j-生物多樣性評價(jià)項(xiàng)目。

根據(jù)r值的高低，將濕地生物多樣性劃分為5級，見表8。

3 衡水湖生物多樣性評價(jià)

衡水湖是華北平原上第一個(gè)內(nèi)陸淡水湖國家級自然保護(hù)區(qū)，同時(shí)也是華北平原唯一保持沼澤、水域、灘涂、草甸和森林等完整濕地生態(tài)系統(tǒng)的自然保護(hù)區(qū)［14］。豐富的生物資源是衡水湖的支柱。這里有綠藻、藍(lán)綠藻和硅藻等在內(nèi)的201種浮游植物、平均密度達(dá)到了4 000個(gè)/l，浮游動(dòng)物174種、平均密度達(dá)到了4 000個(gè)/l；這里有蘆葦?shù)韧λ参?，藕、睡蓮屬等漂浮有葉植物，眼子菜屬、黑藻屬等深水植物；這里有兩棲綱、爬行綱、哺乳綱野生動(dòng)物共30多種。所以，衡水湖被稱作“物種基因庫”。

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，衡水湖濕地有維管植物366種，鳥類286種，分別占河北省物種總數(shù)的42.2%和57.2%。維管束植物有國家三級重點(diǎn)保護(hù)植物野大豆；鳥類有國家一級重點(diǎn)保護(hù)的7種，有黑鸛、東方白鶴、丹頂鶴、白鶴、金雕、白肩雕、大鴇。生物多樣性評價(jià)結(jié)果為：

物種多度：a1=a11+a12=7.5+10=17.5

物種豐度：a2=a21+a22=10+7.5=17.5

物種稀有性：a3=a31+a32=2+4=6

則物種多樣性為：

a=∑3i=1ai=17.5+17.5+6=41

衡水湖濕地大多數(shù)植物屬于世界廣布種；在調(diào)查的鳥類中，廣布種占總數(shù)的23.1%，古北種占種數(shù)的68.9%，東洋種占8.0%。衡水湖為沼澤蘆葦香蒲生態(tài)系統(tǒng)，在華北屬常見生境類型；生態(tài)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)簡單、類型單一。衡水湖受人類影響因素較多，對濕地內(nèi)水體、生物等資源影響較大；濕地周圍為村鎮(zhèn)和農(nóng)田，沒有未被開發(fā)的區(qū)域。生態(tài)系統(tǒng)多樣性評價(jià)結(jié)果如下。

生態(tài)系統(tǒng)多樣性地區(qū)分布：

b1=b11+b12=4+4=8

生態(tài)系統(tǒng)多樣性生境類型：

b2=b21+b22=2+6=8

生態(tài)系統(tǒng)多樣性人類威脅評分：

b3=b31+b32=1+1=2

則生態(tài)系統(tǒng)多樣性為：

b=∑3i=1bi=8+8+2=18

濕地生物多樣性評價(jià)總分為：

r=∑3i=1ai+∑3j=1bj=41+18=59

按照濕地生物多樣性評分標(biāo)準(zhǔn)，衡水湖濕地生物多樣性功能進(jìn)行評價(jià)，評價(jià)結(jié)果為：物種多樣性為41分，生物系統(tǒng)多樣性為18分，衡水湖濕地生物多樣性處于一般水平［15］。從分析結(jié)果可以看出，衡水湖濕地物種多樣性占優(yōu)勢，而生態(tài)系統(tǒng)多樣性占劣勢，生態(tài)環(huán)境受人類活動(dòng)影響因素較大。

4 結(jié)論

利用衡水湖生物多樣性資料，對衡水湖生物多樣性功能進(jìn)行評價(jià)。分別對物種多度、物種豐度和物種稀有性進(jìn)行分析，計(jì)算出物種多樣性；對生態(tài)系統(tǒng)多樣性地區(qū)分布、生態(tài)系統(tǒng)多樣性生境類型和生態(tài)系統(tǒng)多樣性人類威脅等指標(biāo)分析，計(jì)算出生態(tài)系統(tǒng)多樣性指標(biāo)。按照濕地生物多樣性評分標(biāo)準(zhǔn)，衡水湖濕地生物多樣性處于一般水平。生物多樣性是自然生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)和生態(tài)服務(wù)的基礎(chǔ)和源泉。生物多樣性可提供多方位的服務(wù)。人類歷史上大約有3 000種植物被用作食物，估計(jì)有75 000種植物可作食用。人類就是依賴這些植物得以繁衍。生物技術(shù)是以現(xiàn)有生物多樣性為物質(zhì)基礎(chǔ)的工作，在解決糧食短缺、人類健康、維護(hù)生物物種和環(huán)境等諸多社會(huì)經(jīng)濟(jì)重大問題中將發(fā)揮重要作用，將成為21世紀(jì)國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。

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第7篇：微生物多樣性分析范文

關(guān)鍵詞：關(guān)中地區(qū) 景觀生態(tài)學(xué) 斑塊 廊道 基質(zhì)

0 引言

陜西省關(guān)中地區(qū)西起寶雞，東至潼關(guān)，約占全省土地總面積的19%，關(guān)中地區(qū)地勢平坦，平均海拔520米，東西長360公里屬于溫帶大陸性氣候。如今隨著西部大開發(fā)的深化以及關(guān)中—天水經(jīng)濟(jì)帶的建設(shè)，關(guān)中中小城市借此機(jī)遇，經(jīng)濟(jì)發(fā)展不斷提高，城市化進(jìn)程穩(wěn)中趨快[ 1 ]。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，截止2009年底，關(guān)中地區(qū)城鎮(zhèn)化水平42%。然而在加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展、大力建設(shè)城市新區(qū)的同時(shí)，由于規(guī)劃理念的滯后，缺少對城市綠地系統(tǒng)的生態(tài)功能與空間布局的相關(guān)性的考慮，導(dǎo)致城市綠地綜合功能不能夠得到充分發(fā)揮，進(jìn)而引發(fā)了一系列生態(tài)環(huán)境問題。

1 關(guān)中地區(qū)中小城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃存在的問題

（1）在綠地系統(tǒng)規(guī)劃中缺乏生態(tài)性評價(jià)

關(guān)中地區(qū)許多中小城市在城市建設(shè)過程中，盲目追求經(jīng)濟(jì)效益，而忽視西北地區(qū)氣候干旱、缺水、生態(tài)環(huán)境脆弱等特點(diǎn)。在綠地系統(tǒng)規(guī)劃過程中沒有對綠地資源、社會(huì)環(huán)境、土地承載力進(jìn)行綜合分析和評價(jià)，以及對生態(tài)環(huán)境進(jìn)行生態(tài)適宜性和生態(tài)敏感性分析。

（2）對綠地系統(tǒng)規(guī)劃中對生物多樣性缺乏考慮

為了維持城市綠地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，達(dá)到城市生態(tài)平衡的目的，需要增加城市綠地系統(tǒng)的生物多樣性。然而如今許多關(guān)中地區(qū)中小城市在新區(qū)建設(shè)中，由于規(guī)劃原則的單一性，忽略了生物多樣性的考慮。

（3） 城市舊區(qū)與新區(qū)在景觀生態(tài)格局上的動(dòng)態(tài)聯(lián)系性缺乏考慮

關(guān)中地區(qū)許多中小城市在空間層面上，舊城區(qū)與新區(qū)的綠地系統(tǒng)之間缺乏聯(lián)系。在時(shí)間層面上，城市在新區(qū)的分期建設(shè)過程中未與舊城區(qū)的景觀格局進(jìn)行有效的銜接。

2景觀生態(tài)學(xué)理論

景觀生態(tài)學(xué)是以整個(gè)景觀為對象，通過物質(zhì)流、能量流、信息流在地球表層的傳輸和交換，以及生物與非生物的相互作用與轉(zhuǎn)化，運(yùn)用生態(tài)系統(tǒng)原理研究景觀結(jié)構(gòu)和功能、以及最優(yōu)景觀格局的一門學(xué)科。景觀生態(tài)學(xué)主要包括以下理論[ 3 ]。

2.1斑塊—廊道—基質(zhì)理論

景觀生態(tài)學(xué)中理解的景觀是指由不同生態(tài)系統(tǒng)組成的空間單元,按照各種空間單元在景觀中的地位和形狀,而被分成三種類型:斑塊(patch) 、廊道( corridor)與基質(zhì)(matrix) ,這三種類型要素就構(gòu)成了一個(gè)完整的景觀空間格局[ 4 ] 。

在景觀生態(tài)學(xué)理論中,景觀規(guī)模上每個(gè)生態(tài)系統(tǒng)都可看作是一個(gè)具有相當(dāng)寬度的斑塊體、狹長的廊道或基質(zhì),斑塊—廊道—基質(zhì)模式是景觀組成的基本模式[ 5 ] 。城市綠地系統(tǒng)中的斑塊一般指各級公園綠地、小游園、各企業(yè)事業(yè)單位、居住區(qū)的附屬綠地等;廊道是指能將景觀不同部分隔開,并對被隔開的景觀起障景的作用,同時(shí)又能將景觀中不同部分連接起來構(gòu)成一個(gè)綠色通道;在城市綠地系統(tǒng)中,工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)、居住區(qū)等面狀空間相當(dāng)于景觀生態(tài)學(xué)理論中的基質(zhì)。

2.2景觀異質(zhì)性理論

不同大小和內(nèi)容的斑塊、廊道、基質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)成了異質(zhì)景觀，即景觀異質(zhì)性。在城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃中注重構(gòu)建景觀異質(zhì)性有利于生態(tài)系統(tǒng)的抗干擾能力和自身恢復(fù)能力的提升，從而最大限度的維持生態(tài)的穩(wěn)定性[ 6 ]。

2.3生態(tài)多樣性理論

生物多樣性是指地球上所有生物、動(dòng)物、植物、微生物的綜合體。廣義上的生物多樣性包括遺傳多樣性、物種多樣性、生態(tài)系統(tǒng)多樣性和景觀多樣性四個(gè)層次[ 7 ] 。作為人類聚集的城市,對生物多樣性的保護(hù)不僅是城市中人們生存與發(fā)展的需要,也是維護(hù)城市生態(tài)系統(tǒng)平衡的基礎(chǔ)。

3 基于景觀生態(tài)學(xué)理論的蒲城蒲南新區(qū)綠地系統(tǒng)規(guī)劃實(shí)踐

3.1蒲城蒲南新區(qū)概況

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，蒲城的城市建設(shè)在近幾年來已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化，十二五、十三五期間是蒲城抓住機(jī)遇、加速發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期。因此蒲南新區(qū)應(yīng)運(yùn)而生，成為承載蒲城跨越式發(fā)展的活力之土。

蒲城南新區(qū)位于蒲城縣迎賓路以東，長樂路以南，西延鐵路北側(cè)，總用地面積482.34 hm2。目前，已開發(fā)的建設(shè)用地主要分布于迎賓大道與長樂路兩側(cè)?，F(xiàn)狀用地北部有高壓走廊，留有一定規(guī)模的防護(hù)綠地，西北側(cè)以及中部有水渠。從環(huán)境質(zhì)量來看，現(xiàn)狀多為農(nóng)田和果園，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較好。本次規(guī)劃根據(jù)景觀生態(tài)學(xué)原理，利用地理信息系統(tǒng)軟件（Arcgis），采用因子加權(quán)評價(jià)法，分別對場地進(jìn)行生態(tài)適宜性評價(jià)和生態(tài)敏感性評價(jià)。

（1） 生態(tài)適宜性評價(jià)

根據(jù)場地特征，選取高程值、坡度、現(xiàn)狀土地利用類型、距水渠距離四個(gè)生態(tài)因子，對各因子進(jìn)行具體的屬性分級，并且對其評價(jià)值和權(quán)重賦值（表1）(圖1)。

（表1）生態(tài)適宜性評價(jià)指標(biāo)表

編號(hào) 生態(tài)因子 屬性分級 評價(jià)值 權(quán)重

1 高程值

480—500M 3

>500M 1

2 坡度

5-10% 3

>10% 1

3 現(xiàn)狀土地利用類型 建成區(qū)、農(nóng)村居民點(diǎn)、工地 5 0.40

整理開發(fā)區(qū) 3

一般農(nóng)田、荒山灌木草叢區(qū)、林地、基本農(nóng)田、河流 1

圖1：生態(tài)適宜性評價(jià)圖 圖2：生態(tài)敏感性評價(jià)圖

（2） 生態(tài)敏感性評價(jià)

為對場地自然環(huán)境背景下潛在的環(huán)境問題進(jìn)行明確的辨識(shí)，避免此次規(guī)劃建設(shè)破壞敏感性較高的生態(tài)系統(tǒng)，并合理保護(hù)場地自然環(huán)境，從而進(jìn)行該項(xiàng)評價(jià)。根據(jù)該場地特點(diǎn)，選取植被覆蓋度、坡度、人口密度、聲環(huán)境這四個(gè)敏感性因子，對各因子進(jìn)行具體的屬性分級，并且對其評價(jià)值和權(quán)重賦值

（表2）(圖2)：

（表2）生態(tài)敏感性評價(jià)指標(biāo)表

編號(hào) 類型 敏感性因子 屬性分級 評價(jià)值 權(quán)重

1 生態(tài)環(huán)境問題 植被覆蓋度(NDVI值) 0-0.1 極敏感 1 0.20

0.1-0.3 中度敏感 3

0.3-0.5 不敏感 5

2 生態(tài)結(jié)構(gòu)壓力 坡度(%) >15 極敏感 1 0.30

10—3 中度敏感 3

3 人口密度（人/KM2） >1000 極敏感 1 0.20

500—300 中度敏感 3

4 環(huán)境污染問題 聲環(huán)境——據(jù)污染源距離（M）

100-300 中度敏感 3

>300M 不敏感 5

通過對生態(tài)適宜性評價(jià)和生態(tài)敏感性評價(jià)的分析得出，規(guī)劃區(qū)北高南低，總體坡度小于3.0%，地勢相對平緩。生態(tài)適宜性較好，局部地區(qū)生態(tài)敏感性較高。

3.2蒲城南新區(qū)綠地系統(tǒng)規(guī)劃

在蒲城南新區(qū)規(guī)劃區(qū)北部和南部各有一片東西向帶狀高壓線走廊防護(hù)綠地，與中心一條南北向的高壓線走廊防護(hù)綠地相連，總體形態(tài)呈現(xiàn)楔形。城市規(guī)劃道路綠地由十字網(wǎng)狀防護(hù)綠地和街頭公共綠地組成，因此規(guī)劃區(qū)的綠地呈網(wǎng)狀+楔形結(jié)構(gòu)。根據(jù)景觀生態(tài)學(xué)的斑塊—廊道—基質(zhì)原理，這種結(jié)構(gòu)有利于建立生態(tài)廊道從而滿足物種的流通和生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)繁衍 (圖3)。

圖3：蒲城南新區(qū)（東區(qū)）土地利用規(guī)劃圖

3.2.1 斑塊—廊道—基質(zhì)

（1）斑塊 在規(guī)劃區(qū)間的高壓線走廊引入“城市森林”斑塊的概念。即將高壓線走廊的大片防護(hù)綠地森林化，利用森林的生態(tài)系統(tǒng)延伸食物鏈，同時(shí)借助城市森林斑塊踏腳石系統(tǒng)將城市內(nèi)部的綠地與城郊的自然環(huán)境進(jìn)行有機(jī)聯(lián)系。這不僅有利于城市空氣庫存與外界的交流，引入新鮮空氣，緩解熱島效應(yīng)，而且可以為野生動(dòng)物提供保護(hù)和安全的路線，并保持自然群落的連續(xù)性。

（2）廊道 蒲城南新區(qū)的綠廊布局為“一環(huán)、一軸、三帶”的網(wǎng)狀綠地模式。一環(huán)即是貫穿生活服務(wù)區(qū)和市場物流區(qū)的步行綠廊。一軸即為開元街方向兩側(cè)30M寬的公共綠帶軸。三帶指的是北部公園帶，沿中部高壓線廊道南北向線性濱水走廊帶，沿五原路南側(cè)綠帶。

利用景觀廊道布局理論，將蒲城南新區(qū)主要綠色廊道歸納為三種類型：①生物廊道型走廊如：蒲大公路周邊的防護(hù)綠帶，以及春晴街以北、五原路以南的防護(hù)綠帶。這些綠色廊道主要由城區(qū)的自然山體，生態(tài)農(nóng)田所形成的綠色空間構(gòu)成。這種類型廊道能起到生態(tài)防護(hù)功能。②城市生態(tài)防護(hù)性廊道，如：倉儲(chǔ)用地和居住用地之間的衛(wèi)生防護(hù)綠帶屬于這種類型的綠色 廊道，其主要目的是為了防噪、防塵、降污等。③游憩景觀型綠色廊道如：蒲城南新區(qū)內(nèi)的開元街、富原路、五原路等城市林蔭道系統(tǒng)。這些綠色廊道不僅起到連接新區(qū)與舊區(qū)的綠地系統(tǒng)的作用，同時(shí)還具有休閑、景觀、文化等功能。

（3）基質(zhì) 蒲城南新區(qū)在規(guī)劃中將城區(qū)邊緣大面積的鄉(xiāng)村農(nóng)田融合為城市功能的一個(gè)部分，自然景觀滲透到城區(qū)中，使農(nóng)田、自然景觀與城市綠地系統(tǒng)相結(jié)合，共同構(gòu)成城市景觀的綠色基質(zhì)。

3.2.2 景觀異質(zhì)性

在蒲城蒲南新區(qū)（東區(qū)）規(guī)劃中根據(jù)景觀異質(zhì)性要求，在規(guī)劃區(qū)中合理布置城市公園、街頭綠地、游園以及廣場等不同類型斑塊的數(shù)量。為更加突顯景觀異質(zhì)性的特點(diǎn)，在本次規(guī)劃區(qū)的高壓線走廊內(nèi)構(gòu)建“綠色浮島”，即營造人工濱水濕地浮島景觀。其作為人造生態(tài)斑塊不僅能涵養(yǎng)水土、增加城市的景觀異質(zhì)性，還能為一些物種提供遷徙和擴(kuò)散的暫歇地，從而達(dá)到天地、人、自然和諧共生的生態(tài)愿景，并且符合景觀生態(tài)學(xué)中“集聚+離析”的景觀異質(zhì)最優(yōu)格局。

3.2.3 生物多樣性

在蒲城蒲南新區(qū)綠地系統(tǒng)生物多樣性規(guī)劃中，增加城市綠地系統(tǒng)中植物的多樣性是提高綠地綠化水平的重要環(huán)節(jié)。在規(guī)劃區(qū)中綠地景觀植物配置主要如（表3）：

（表3）主要植物配置表

喬木 灌木 地被 綠籬 爬藤植物

金枝國槐 金銀木 鳶尾 紅葉小檗 爬山虎

紫葉李 黃刺玫 月季 金葉女貞 凌霄

刺槐 紅刺玫 荷蘭菊 水臘 紫藤

銀杏 丁香 地被菊 小側(cè)柏 金銀花

櫻花 珍珠梅 白三葉 金葉蕕 葡萄

4 結(jié)語

以蒲城南新區(qū)為例,本文探討了景觀生態(tài)學(xué)在關(guān)中地區(qū)中小城市新區(qū)綠地系統(tǒng)規(guī)劃中的應(yīng)用。從景觀生態(tài)學(xué)的角度出發(fā),對現(xiàn)狀綠地系統(tǒng)進(jìn)行研究分析,研究發(fā)現(xiàn)新區(qū)內(nèi)外景觀生態(tài)格局缺乏持續(xù)性聯(lián)系，公共綠地斑塊的多樣性不足且分布不均勻。在此基礎(chǔ)上以景觀生態(tài)學(xué)原理為指導(dǎo)，研究得出城市新區(qū)綠地系統(tǒng)規(guī)劃應(yīng)按在斑塊—廊道—基質(zhì)的基本組織結(jié)構(gòu)上疊合集聚+離析的多樣性異質(zhì)格局，構(gòu)建城市綠地系統(tǒng)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。

本研究針對綠地斑塊的尺度、形態(tài)的適宜性還有待深入，同時(shí)在規(guī)劃中反映綠地景觀多樣性、異質(zhì)性的定量指標(biāo)體系也有待于進(jìn)一步探討。

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第8篇：微生物多樣性分析范文

關(guān)鍵詞：旱田；水田；pH；電導(dǎo)率；酶活性

中圖分類號(hào)：S344.1+7；S153；S154.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2017）11-2045-04

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2017.11.011

Abstract： To explore the change of soil enzymes in black soil after turning dryland into paddy field， the samples were adopted by five points sampling method. Soil pH， electrical conductivity and soil enzymes such as catalase， dehydrogenase， urease， intertase and cellulose were measured in dryland and paddy field. The results showed that the soil pH and electrical conductivity increased significantly after changing dryland into paddy field. The activities of urease and intertase were increased obviously， the activity of dehydrogenase decreased significantly， but the activity of catalase and cellulase had no changes. The results of correlation analysis illustrated that the changes of soil physical and chemical properties could influence the activity of the soil enzyme. Meanwhile the soil enzymes could interact each other and influence soil biochemical process.

Key words： dry land； paddy field； pH； electrical conductivity； enzyme activities

黑土是黑龍江省主要的耕地土壤類型[1]，具有土質(zhì)肥沃、質(zhì)地疏松、有機(jī)質(zhì)豐富等特征，非常適合植物生長。土壤酶參與土壤的一切生化反應(yīng)過程，在土壤的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化過程中起重要的催化作用，土壤酶活性的高低能反映土壤生物活性和土壤生化反應(yīng)強(qiáng)度，因而土壤酶活性常被作為土壤肥力高低、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo)[2，3]。但是由于長期自然因素和人為因素的雙重影響，致使農(nóng)田黑土質(zhì)量日益下降[4]。調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，將旱田改為水田的種植方式已經(jīng)成為增產(chǎn)增收的選擇之一，旱田改水田后勢必引起土壤酶活性發(fā)生變化。目前關(guān)于黑土酶活力方面的研究報(bào)道很多，但是關(guān)于黑土旱田改水田后土壤理化性質(zhì)及酶活力變化的研究較少，本研究以此入手進(jìn)行研究，以期為黑土的可持續(xù)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

巴彥縣位于黑龍江省中南部，松嫩高平原典型黑土區(qū)域內(nèi)[5]。該區(qū)屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫2.6 ℃，年均降水量372.5～582.2 mm。研究區(qū)域位于巴彥縣西集鎮(zhèn)靠山屯（水田：46°10′31.22″N，127°15′26.94″E；旱田：46°10′33.94″N，127°15′37.64″E），旱田改水田為2年的地塊。

1.2 試驗(yàn)材料

利用5點(diǎn)采樣法分別采取0～5、5～10和10～20 cm 3個(gè)深度土層的水田和旱田土壤，各土樣單獨(dú)裝袋記錄后帶回實(shí)驗(yàn)室備用。土壤酶活性測定所需試劑均為分析純。

1.3 y定指標(biāo)與方法

1.3.1 土壤pH和電導(dǎo)率的測定 將土樣按土水比為1∶2.5浸提，用PHB-8型酸度計(jì)測量土壤pH；將土樣按土水比為1∶5浸提，用DDS-11A型數(shù)顯電導(dǎo)率儀測定土壤的電導(dǎo)率。

1.3.2 土壤酶活性的測定 將土樣自然風(fēng)干，用研缽研磨后過1 mm篩孔，用于土壤酶活性測定。過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定，以培養(yǎng)30 min后每克干土消耗2 mmol/L KMnO4的體積（mL）表示；土壤脲酶活性采用靛酚藍(lán)比色法測定，以培養(yǎng)24 h后每克干土釋放的NH3-N的質(zhì)量（mg）表示；土壤轉(zhuǎn)化酶和纖維素酶活性均采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定，以培養(yǎng)24 h后每克干土生成葡萄糖的質(zhì)量（mg）表示；土壤脫氫酶活性采用TTC（2，3， 5-氯化苯基四氮唑）分光光度法測定，以培養(yǎng)24 h后1 g干土中氫的體積（μL）表示[6，7]。每個(gè)樣品做3個(gè)重復(fù)。

1.4 統(tǒng)計(jì)方法

全部數(shù)據(jù)均采用SPSS軟件和Excel進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 旱田改水田對黑土pH的影響

土壤pH是土壤微生物活性、多樣性及群落結(jié)構(gòu)的主要影響因子之一，對微生物的調(diào)節(jié)過程有明顯的影響，并且在有機(jī)質(zhì)的降解和氮循環(huán)中具有重要的作用[8]。由圖1可以看出，隨著土層深度的增加，旱田和水田pH都呈現(xiàn)明顯升高的趨勢，但二者的變化又有所不同。旱田的3個(gè)土層中變化明顯，即在5～10 cm土層的pH顯著高于0～5 cm的，10～20 cm的又顯著高于5～10 cm土層的；水田中 pH在0～5 cm土層與在5～10 cm土層差異顯著，但10～20 cm與5～10 cm土層的pH相差不明顯。在同一土層深度上，水田各土層的pH均顯著高于旱田的pH（P

2.2 旱田改水田對黑土電導(dǎo)率的影響

土壤電導(dǎo)率是反映土壤電化學(xué)性質(zhì)和肥力特性的基礎(chǔ)指標(biāo)。通過土壤電導(dǎo)率的測定能及時(shí)有效地掌握土壤的鹽分濃度、水分狀況等多種性質(zhì)，及時(shí)診斷農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題。由圖2可以看出，隨著土層深度的增加，旱田土壤電導(dǎo)率逐漸增加，其中，10～20 cm土層的電導(dǎo)率極顯著高于0～5 cm和5～10 cm土層的電導(dǎo)率；水田變化趨勢有所不同，0～5 cm土層的電導(dǎo)率最高，5～10 cm土層的電導(dǎo)率顯著下降，但10～20 cm土層的電導(dǎo)率又有所提高。旱田改水田后，電導(dǎo)率在不同土層深度都顯著高于旱田土壤（P

2.3 旱田改水田對黑土酶活性的影響

土壤酶在土壤生物化學(xué)循環(huán)中具有重要地位，是土壤功能的直接體現(xiàn)[9]。由表1可知，除過氧化氫酶外，短期旱田改水田種植方式對其他各種酶活性都有不同程度的影響。在旱田向水田種植方式轉(zhuǎn)化過程中，脫氫酶活性受影響最大，水田中的脫氫酶活性顯著低于旱田的酶活性，并在不同土層深度上也出現(xiàn)了變化，隨著土層加深，酶活性逐漸降低，10～20 cm土層的脫氫酶活性顯著低于0～5 cm土層的酶活性。從土層深度看，脲酶在旱田中隨著土層的加深，酶活性明顯降低，但在水田中變化不明顯；水田中在5～20 cm土層的脲酶活性均顯著高于旱田。水田和旱田土壤中轉(zhuǎn)化酶活性在不同土層變化較大，0～5 cm土層的轉(zhuǎn)化酶活性顯著低于5～20 cm土層的酶活性，同時(shí)水田中轉(zhuǎn)化酶活性明顯高于旱田。纖維素酶活性在土層深度上有變化，但水田和旱田之間沒有顯著變化。

2.4 相關(guān)性分析

由表2可知，pH與電導(dǎo)率、脲酶及轉(zhuǎn)化酶之間呈顯著或極顯著正相關(guān)，與脫氫酶呈極顯著負(fù)相關(guān)；電導(dǎo)率與過氧化氫酶和脫氫酶之間呈顯著和極顯著負(fù)相關(guān)，與脲酶和轉(zhuǎn)化酶呈極顯著和顯著正相關(guān)；過氧化氫酶與脫氫酶呈極顯著正相關(guān)，與脲酶呈顯著負(fù)相關(guān)；脫氫酶與脲酶、轉(zhuǎn)化酶之間呈極顯著和顯著負(fù)相關(guān)。

3 小結(jié)與討論

土壤酶是表征土壤中物質(zhì)、能量代謝旺盛程度和土壤質(zhì)量水平的一個(gè)重要生物指標(biāo)[10]。但它會(huì)受到環(huán)境的改變而發(fā)生改變，旱田改水田后，土壤從大的生態(tài)環(huán)境上發(fā)生了重大改變，則土壤的通氣性、pH、電導(dǎo)率、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化都會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而影響土壤環(huán)境中微生物類群、土壤酶活性等指標(biāo)的變化，也會(huì)影響到植物根系的代謝活動(dòng)及營養(yǎng)吸收，反過來變化了的根系代謝又會(huì)影響土壤環(huán)境。因?yàn)楹堤锔乃锍跗谑芩h(huán)境的巨大變化，土壤中相應(yīng)變化會(huì)很大，因此本研究從旱田改水田2年的黑土入手進(jìn)行研究，得出如下結(jié)論。

黑土旱田改水田后，水田土壤pH明顯高于旱田，但并未超過7，說明淹水會(huì)使土壤的酸堿性得到改善。長期旱田種植農(nóng)作物，勢必會(huì)產(chǎn)生大量的代謝物和根際脫落物，使得土壤中酸度增加，對某些植物的生長不利，淹水后利于改善土壤的酸堿度，更利于植物的生長。土壤含水量能很大程度的影響黑土的pH[11]，土壤有機(jī)質(zhì)的改變也會(huì)影響土壤pH[12，13]。土壤pH是高度敏感性因子，它決定植物的生存和分布。土壤pH的改變將直接影響營養(yǎng)物的可利用性，或通過與土壤微生物的相互作用來間接地影響營養(yǎng)物的可利用性[14，15]。

黑土旱田改水田后，水田土壤電導(dǎo)率明顯高于旱田土壤，0～5 cm土層電導(dǎo)率最高，隨著土層加深，電導(dǎo)率下降明顯，但10～20 cm土層的電導(dǎo)率已有恢復(fù)趨勢。而旱田土壤的電導(dǎo)率是隨著土層的加深呈現(xiàn)上升趨勢。說明水田土壤的離子交換更加強(qiáng)烈，對植物根系生長所需營養(yǎng)元素來說具有明顯的促進(jìn)作用。在水田利用方式下每年歸還給土壤的有機(jī)物質(zhì)的量較多，而且淹水期間有機(jī)物質(zhì)的分解速率較低、腐殖化系數(shù)較高；而在旱地利用方式下，化肥施用量大，有機(jī)物質(zhì)的歸還量較少，導(dǎo)致土壤水田土壤中有機(jī)質(zhì)含量與有機(jī)碳含量均顯著高于旱地[16]，而土壤有機(jī)質(zhì)與電導(dǎo)率呈顯著正相關(guān)，有機(jī)質(zhì)含量越高，吸附交換性離子的能力越強(qiáng)，從而提高了土壤的電導(dǎo)率[17]。

黑土旱田改水田后，水田土壤中脲酶和轉(zhuǎn)化酶的活性高于旱田土壤，但脫氫酶的活性表現(xiàn)相反，即旱田土壤酶活性高于水田土壤酶活性，而淹水對過氧化氫酶和纖維素酶影響不大。土壤過氧化氫酶和脫氫酶均屬氧化還原酶類，過氧化氫酶可分解有毒的過氧化氫，有效防止土壤及生物體在新陳代謝過程中產(chǎn)生的過氧化氫對生物體的毒害作用。脫氫酶能酶促有機(jī)物質(zhì)脫氫，起著氫的中間轉(zhuǎn)化傳遞作用，因此脫氫酶活性可作為微生物氧化還原系統(tǒng)的指標(biāo)，很好地估計(jì)土壤中微生物的氧化能力，土壤肥力和施肥方式可直接影響土壤脫氫酶活性[18]。土壤脲酶、轉(zhuǎn)化酶和纖維素酶均屬于水解酶類，脲酶專一性地水解尿素為植物可利用的物質(zhì)，從而提高土壤肥力[19]。先前研究結(jié)果表明，旱田改水田后微生物類群會(huì)受到影響[20]，微生物類群的改變反過來也會(huì)影響土壤酶的活性[21，22]。

此外，土壤酶活性的改變還受多方面因素的影響，如土壤理化性狀與土壤酶活性緊密相關(guān)，土壤酸堿性直接影響著土壤酶參與生化反應(yīng)的速度，有些酶促反應(yīng)對pH變化非常敏感，有些反在非常窄的pH范圍進(jìn)行[23]。相關(guān)性分析說明土壤的理化性質(zhì)的改變能影響酶的活性，同時(shí)土壤酶之間可以相互作用。這在生產(chǎn)實(shí)際中要全面考量，以確定土壤質(zhì)量的變化，為黑土可持續(xù)利用提供重要的參考。

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第9篇：微生物多樣性分析范文

多水塘系統(tǒng)是農(nóng)村地區(qū)特有的一類控制措施，利用一些天然的溝渠、水塘、植被，系統(tǒng)建造成本低廉，能有效截留來自村莊、農(nóng)田的氮、磷污染和降雨徑流，循環(huán)利用營養(yǎng)物質(zhì)和水資源，不但增加了生物的多樣性同時(shí)也提高水資源利用率[27]。但是多水塘系統(tǒng)一般占地面積大，功能較單一，截流和去污效率也受入水和降雨的時(shí)空影響，且對系統(tǒng)中植物的種類有一定要求[13]。在實(shí)際應(yīng)用中，往往結(jié)合各種措施（如濕地系統(tǒng)、生態(tài)溝渠系統(tǒng)等）一起，可以達(dá)到更好的去污效果。

2溝渠系統(tǒng)

近年來，溝渠作為一種重要的生態(tài)系統(tǒng)，被廣大研究者所重視，它在非點(diǎn)源污染防治中具有舉足輕重的作用。首先溝渠與河流相似，具有持水、匯水、水流通道的作用，同時(shí)，溝渠也具有人工濕地的特性，擔(dān)負(fù)著凈化水質(zhì)和維持生物多樣性的功能。因此，溝渠同時(shí)具有河流和濕地的雙重特征。所以，溝渠應(yīng)該是指以排水和灌溉為主要目的同時(shí)具有人工濕地凈化環(huán)境的人工水道，是一種人類活動(dòng)影響下的半自然的人工濕地水文生態(tài)系統(tǒng)。溝渠系統(tǒng)不另占土地，其凈化機(jī)制與濕地相似，主要也是利用自身的物理、化學(xué)和生物三方面的協(xié)同作用，溝渠中的植被有攔截污染物、沉降泥沙和顆粒物的作用；溝底的淤泥和溝壁上附著的大量微生物，可以進(jìn)行各種生化反應(yīng)，對氮磷等元素的去除很有幫助。利用現(xiàn)有的一些農(nóng)田溝渠和自然水渠建成具有生態(tài)攔截功能的生態(tài)溝渠系統(tǒng)，不僅可以帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和水文效益，同時(shí)還能維護(hù)生物多樣性，改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境。其中，楊林章等在太湖流域研究生態(tài)攔截型溝渠系統(tǒng)對農(nóng)田排水中非點(diǎn)源污染物的去除效果，研究發(fā)現(xiàn)生態(tài)溝渠系統(tǒng)對氮磷的平均去除率為48.36%和40.53%，效果令人滿意[28]。各項(xiàng)研究表明，溝渠內(nèi)布設(shè)適當(dāng)?shù)乃参锬芷鸬綔p緩稻田排水流速、脫氮除磷、提高水體溶解氧、穩(wěn)定水體pH值的作用，不同的植被組合，去污效果會(huì)有明顯的不同。

3不同控制措施效果對比

不同控制措施對不同類型的污染物去除效率不同，如植被過濾與緩沖帶對泥沙的攔截作用比較強(qiáng)，溝渠與水塘多結(jié)合為人工塘渠系統(tǒng)，經(jīng)常作為面源污染治理的第一道關(guān)卡，對于氮磷濃度較高的污水，人工塘渠可以大大減少水中氮磷的總量，抗高污染負(fù)荷的效果較好[36]。而自然或人工濕地，經(jīng)常作為最后一道攔截屏障，主要通過濕地中的植物、微生物及土壤基質(zhì)對水中污染物做進(jìn)一步的凈化作用。因此，多種措施的耦合系統(tǒng)將是以后的發(fā)展趨勢，并結(jié)合實(shí)際污染情況制定相應(yīng)的結(jié)合方式，如改變耦合的措施種類和順序，將達(dá)高效的去污效果。從表2可以看出，耦合系統(tǒng)對各種污染物平均去除率要高于每種措施本身的去除率，其中，塘渠-濕地系統(tǒng)去污效果非常好，總氮、總磷和COD的去除率高達(dá)95%以上。水塘和濕地耦合系統(tǒng)對總氮、總磷平均去除率在70%以上，而人工濕地對農(nóng)田徑流中的總氮、總磷去除率只在50%以上，因此，多種措施耦合的控制手段是一種高效的控制方式。表2單項(xiàng)措施中，人工濕地去污能力最好，其次是緩沖帶濕地，其中，滯留塘對總磷的去除效果優(yōu)于對總氮的去除，表現(xiàn)出對不同形態(tài)的磷很好的去除效果。因此，我們在實(shí)際應(yīng)用中，結(jié)合非點(diǎn)源污染的實(shí)際情況，采用不同措施組合的方式，將會(huì)是一種有效的控制手段。

4展望

我國非點(diǎn)源污染研究雖取得了顯著的成就，但仍存在許多不足之處，如研究多側(cè)重于對湖泊、水庫等地表水的污染研究，而忽略了地下水污染的嚴(yán)重性；研究尺度多集中在小流域、中微型尺度的研究，不適于大尺度、區(qū)域研究；目前模型研究仍然采用國外現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)、機(jī)理模型，由于地域差距大，造成研究結(jié)果不太理想，而且模型參數(shù)過多，又資料數(shù)據(jù)獲取困難，致使模擬結(jié)果與實(shí)際情況不符等。針對當(dāng)前存在的各種問題，提出了以后非點(diǎn)源污染研究的發(fā)展趨勢。

4.1“3S”等新技術(shù)的應(yīng)用

非點(diǎn)源污染發(fā)生具有隨機(jī)性、廣泛性，并不是所有區(qū)域都需要管理，管理措施的高效運(yùn)行前提是關(guān)鍵源區(qū)識(shí)別。使用新技術(shù)，如“3S”技術(shù)，利用RS進(jìn)行大范圍監(jiān)測，GIS強(qiáng)大的空間分析能力和GPS的高精度定位，快速準(zhǔn)確識(shí)別出關(guān)鍵污染源區(qū)，且遙感可為大尺度和區(qū)域研究提供所需的數(shù)據(jù)和可能。

4.2關(guān)注措施綜合效益

一些BMPs、生態(tài)工程措施非常關(guān)注運(yùn)行效率問題，除此之外還應(yīng)注重投入效益的問題，投入指的是經(jīng)濟(jì)支出，效益指的是對污染物的去除率。不同的管理措施對不同的污染物去除率差異很大，比如植被等對泥沙的攔截作用比較強(qiáng)，但對其他污染物削減比較少。此外，非點(diǎn)源污染不僅僅是氮磷的問題，COD、農(nóng)藥等問題也應(yīng)在考察范圍。

4.3模型的改善和引進(jìn)

模型模擬一直是非點(diǎn)源污染研究中一個(gè)重要有效的研究方法，我國所用的模型多來自于國外，由于地域差距大、模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)難獲取和模型參數(shù)過多等原因，使得一些模型模擬結(jié)果并不理想，雖然我國學(xué)者一直在開發(fā)自己的模型，但是自己開發(fā)的模型一般耗時(shí)久、消耗人力大且機(jī)理性和適用性不強(qiáng)，不能很好的大范圍推廣，很大程度上阻礙了我國非點(diǎn)源污染研究進(jìn)程。因此，以后應(yīng)更多地關(guān)注引進(jìn)模型的改進(jìn)、使參數(shù)本地化、加強(qiáng)參數(shù)敏感性分析等方面研究。

4.4全過程、多措施綜合治理

目前控制措施一般從“源-流-匯”的角度出發(fā)，在源頭上通過增加植被覆蓋、降低坡度、增修溝渠分支來減少地表徑流；在“匯”端采取人工濕地、緩沖帶等措施對污染負(fù)荷進(jìn)行削減。而未來將考慮全過程治理，多措施、全類型綜合治理。本文來自于《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》雜志。環(huán)境科學(xué)與技術(shù)雜志簡介詳見