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，蘊含著豐富的微生物資源并表現出高度的多樣性，據估計每克土壤中含有4000-7000種近109個細菌細胞，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的微生物，而這種可培養的微生物還不到自然界微生物總量的1%，實際上絕大多數環境微生物都是不可或很難被培養的，利用傳統的培養方法研究土壤微生物多樣性，具有很強的偏好性。隨著發展起來的宏基因組學利用分子生物學的研究方法繞過培養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]。而宏基因組學技術在研究土壤微生物方面的關鍵第一步是提取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重要。然而，土壤是一個非常復雜的異質體系，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，將直接影響后續的PCR擴增、核酸雜交、內切酶消化等分子操作[2]。土壤微生物DNA的提取純化是一個耗時、繁瑣的過程，許多學者一直在探索更加快速、高效、低成本的土壤DNA提取方法。下面就近年來已發表的國內外DNA提取相關方面的文獻，對DNA提取作了些論述。

一、土壤DNA

土壤中的DNA主要存在于細胞核內，核內DNA占整個細胞DNA量的90%以上，核外DNA主要有線粒體DNA和質粒DNA，因此，土壤DNA提取主要獲得的是核內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：1）DNA與土壤環境基質的相互作用。DNA與粘土礦物、高含量有機質等之間的吸附會降低DNA提取產量。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，限制性內切酶活性在共提取的腐植酸濃度為0.8-51.71μg/mL時就受到抑制，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，會導致微生物細胞降解或DNA降解，如土壤樣品儲存在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對DNA分子會造成損傷。4）細胞不完全裂解。

三、土壤DNA提取方法

土壤樣品的DNA提取，通常包括細胞裂解、細胞碎片的去除和核酸的沉淀與純化三個步驟。根據微生物細胞是否需要從他們的環境基質中分離出來，可將DNA提取方法分為直接法和間接法，直接法耗時短且具有更好的DNA恢復率，可以獲得更好體現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用[6]。

已經出現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作了標準。其中，Zhou 等[7]于1996年提出了一種多元組成土壤DNA恢復方法，該研究為應對某一具體的土樣提供了指導便于選擇適當的DNA提取和純化方法。有人在此基礎上，改進了方案，來提取幾種性質不同的土壤樣品DNA，并得到了較好的結果[8]。而有些土壤樣品來自于極端環境或由于本身特性，提取出滿足用于分子分析的DNA比較困難。這時結合使用不同的細胞裂解方法就顯得特別重要（常見的細胞裂解方法見表1）。例如引進土壤預洗滌程序用于提取一般有機質（腐植酸）和金屬離子含量比較高的森林土樣DNA，DNA提取產量和質量可以得到改善[9]。風沙土壤本身微生物數量較低，需要采取特殊的土壤處理方法，以獲得足夠產量的DNA，張穎等人也報道了一種風沙土壤微生物總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，這都證明了結合使用不同提取處理的重要性。

DNA提取技術除了在土壤樣品上的應用外，還有很多其他的環境樣品如沉積物、堆肥、植物組織、動物標本、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提取技術的不斷發展與成熟也促進了市場上出現了許多各種各樣的商業化DNA提取試劑盒。S.M. Dineen等[12]比較了6種商業DNA提取試劑盒用于三種土樣細菌孢子的DNA提取，結果表明FastDNA？SPIN kit提取DNA產率最高，而E.Z.N.A.？Soil DNA和PowerSoil？DNA Isolation kits在去除壤土提取物中PCR抑制物方面表現出最高的效率。

以上所訴的大多屬于直接法，直接法雖然產量高，但是純度一般較低，有時需要進一步的純化，獲得的DN段也較小；相對而言，間接法雖然需要另外的特殊處理材料和足夠的土壤數量，耗時長，但獲得的DNA純度高、長片段多，且含有更少的真核基因序列，在進行深入的微生物群落測序和克隆構建福斯質粒文庫方面，間接法是一個有用的方法[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

已報道的從土壤中提取DNA的方法有很多種，但大多數只適用于有限的土壤類型，這些核酸提取方法也會有復雜的低效性，不可避免地會引進各自的偏差[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，發現方法對表觀豐度和群落結構有明顯的影響，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不同組的豐度，Tom O.Delmont等[16]人也設計并開展了實驗，他們的工作強調了提取的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，絕大多數土壤微生物基因組總DNA提取時采用的是一次裂解，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]在評估了一個常用土壤DNA提取試劑盒時，改變了細胞裂解方案，對粘土、砂土和有機質土壤子樣品進行多次連續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提取，DNA提取的偏差可以得到很大程度降低。同樣，郭等的實驗結果也證實了這點，土壤DNA的3次連續提取最低回收率占5次連續提取的76%以上，而且與新鮮土壤相比，風干過程顯著降低了土壤微生物豐度，但利用風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量變化規律具有一定的可行性，這也為使用風干土壤進行土壤微生物多樣性研究提供了一定的依據[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出方法特異性。DNA提取也會有復雜的低效性，土壤宏基因組DNA的不完全提取，土壤中的腐植酸、蛋白質等物質對PCR的抑制，這些都會對土壤微生物多樣性造成偏低的評估，提取的土壤DNA質量將直接影響到后續的分子生物學分析的真實性。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，可采取一些不同的提取方法。

土壤DNA提取是進行土壤分子生物學分析的關鍵步驟，也是一個限制步驟。隨著PCR芯片和高通量測序技術的不斷發展和應用，對大批量土壤樣品DNA的快速獲取也變得迫切需求。雖然市場上出現的商業DNA提取試劑盒已為土壤DNA的獲取提供了不少方便，但在應對較多的土壤樣品量，還是需要消耗較多時間來手工操作，缺乏自動高效性。 因此，必須尋求更加高效的DNA提取方法。■

參考文獻

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[15] Larry M. Feinstein， Woo Jun Sul and Christopher B. Blackwood. Appl. Environ. Microbiol， 2009，75（16）：5428.

第2篇：微生物多樣性分析范文

長期大量施用化肥、農藥,導致土壤板結,易缺氧,土壤酶活性及微生物多樣性降低。近年來,上海都市農業生產發展迅速,尤其是蔬菜生產,在實際生產中,大部分菜農為了片面追求高產而忽視品質,大量使用化肥,特別是氮肥的過量施用現象非常普遍。然而,近年來國家統計數據顯示,我國農業資源消耗,包括化肥、農藥等的用量增長速率與農業增產量不呈正比,并導致品質下降[14]。相關研究調查顯示,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境問題[58]。為了解決農作物高產與化肥過量施用而引起環境污染之間這一突出矛盾,農業部都市農業(南方)開放重點實驗室開展了長期的農田污染源頭控制與過程治理的研究工作,并且創新開發出了一種農用功能微生物菌劑。本試驗以該微生物菌劑為試驗材料,應用于葉菜類菠菜,探討化肥減量化技術對菠菜營養吸收利用的影響,研究微生物菌劑對菠菜的促生效應,并應用PCR-DGGE(變性凝膠梯度電泳)等現代分子生物學的手段[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業面源污染,保護水源地生態健康,減少化肥用量,推廣環保節能的農用混合微生物菌劑提供理論基礎和試驗參考。

1材料與方法

1.1供試材料與試驗設計

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院微生物研究所提供的硅酸鹽菌劑和上海交通大學農業部都市農業(南方)重點開放實驗室分離純化培養的自生固氮菌液,二者進行混合培養而形成的混合菌液。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,有效活菌數大于2×108cfu•mL1。選用直徑30cm、高30cm的花盆。試驗前每處理每盆等量施用30.55g有機肥,有機肥的有機質含量≥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。有機肥與土壤拌勻。本試驗共設6個不同處理,每處理設3個重復(見表1)。菠菜定植密度為7株•盆1。試驗所用氮肥為尿素,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農業與生物學院試驗田,土壤類型為褐壤土,試驗前土壤理化性質背景指標測定如下:土壤全氮、有效磷、速效鉀、有機質含量分別為1.117g•kg1、0.212mg•kg1、125.00mg•kg1、12.40g•kg1,電導率(Ec值)為1.84mS•cm1,pH為7.25。試驗期間人工澆水,根據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)和營養生長后期(2011年1月24日14:00),每盆隨機抽取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葉綠素熒光儀、經暗適應30min后,測定菠菜葉片葉綠素熒光參數,每處理9次重復。2011年1月24日,菠菜收割當天,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。電子天平計量菠菜收割產量,每盆單獨收割測產;菠菜N、P、K含量由上海交通大學分析測試中心測定,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,每個樣品3次重復。

1.3土壤樣品采集與處理

試驗期間,分別在菠菜六葉期(2010年12月20日)和營養生長后期(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區片段PCR擴增

每個樣品取0.5g土樣提取DNA,本試驗采用Omega公司生產的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行。將純化后的基因組DNA作為聚合酶鏈反應(PCR)的模板。采用微生物16SrDNA基因V3區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增。反應體系為50μL,PCR反應采用降落PCR策略,即:預變性條件為96℃5min,前20個循環為94℃1min,65~55℃1min和72℃3min(其中每個循環后復性溫度下降0.5℃),后10個循環為94℃1min,55℃1min和72℃3min,最后在72℃下延伸7min。PCR反應的產物用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(CBS)對16SrDNAV3區擴增產物進行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行了手動處理,條帶的密度由該軟件自動算出。

1.4.3指紋圖譜的處理與分析

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

1.5數據統計分析

采用Excel2003及SPSS13.0進行數據處理及統計分析,用單因素方差分析及鄧肯檢驗(DMRT)對數據進行顯著性差異分析。采用Bio-rad公司Quantityone軟件的UPGAMA程序進行微生物群落的聚類分析。

2結果與分析

2.1菌劑處理對菠菜生長特性和產量的影響

2.1.1對菠菜營養狀態的影響

通過對菠菜葉片葉綠素含量進行測定結果顯示(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,且常規化肥處理(T1)為最大;而在生長后期,隨著微生物菌劑在環境中的定植與適應,在土壤中繁殖量顯著提高,活性顯著增強,對菠菜的作用逐漸顯現,相反,化肥的作用卻呈下降趨勢,從而導致最終化肥減量20%和40%的處理比完全用化肥的葉綠素含量要高。可見,化肥作為速效性肥料對菠菜生長影響較快,作用時間較短,成本較高;而菌劑與化肥的混施,不但更能提高葉綠素含量,且作用時間長,成本也更低。Fv/Fm指標反映菠菜葉綠素熒光動力學參數,是葉片光合系統II原初光能轉換效率,即可變熒光產量與最大熒光產量之比。測定結果顯示,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生長中的光能轉化能力優于不施肥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等養分的吸收直接表現為各元素在植株體內的含量。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、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,有利于生產有機健康蔬菜。

2.1.3對菠菜產量的影響

根系是植物從土壤獲取養分的必要器官,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了菠菜根系的生長,而且提高了養分及光合產物的有機分配,從而提高了菠菜可食部分的生物量比重,提高了菠菜產量,有效提高了菠菜的經濟效益。本試驗包括兩季菠菜,產量計算為兩季的總產量。其中,第1季為2010年冬季菠菜,第2季為2011春季菠菜。試驗表明,菠菜產量受所施用肥料的影響較大,施肥對菠菜產量提高效果明顯。由表3可知,不同處理間每盆菠菜的平均產量差異顯著。與CK處理相比,T4處理的產量增加最大,每盆平均產量達到277.73g,產量增加170%;T3、T2、T5和T1處理的增產量依次減少,平均每盆產量分別為267.53g、264.38g、241.62g和220.13g。其中,化肥減量施用的T2、T3、T4和T5處理產量均比常規化肥用量T1處理產量高,達到了化肥減量而不減產甚至增產的效果。由此可見,菌劑可以替代部分化肥,減少農業化肥用量。

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可變區片斷進行DGGE指紋圖譜分析的結果(圖1a)表明,不同施肥處理下盆栽菠菜土壤的微生物基因區系條帶出現較小差別。與CK相比,各處理除T1外,條帶亮度略有增加,條帶數量無明顯差別。從圖1b16SrDNAV3區PCR擴增片段DGGE泳道圖譜可以看出,多數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1~2個條帶,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量。由于試驗在低溫的冬春季進行,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為DGGE條帶聚類分析的相似性系數,相似性系數越高,種群多樣性越趨于一致,如圖2所示。本試驗中,T4和T5處理間的土壤微生物種群相似性最高,達到0.80,被聚為一類,與T1處理的相似性系數為0.76,同時與CK都聚在一個大類;而T2和T3處理又被單獨聚在一類,相似性系數為0.70;兩個大類間最低相似性系數也達到0.65。一般認為相似值高于0.60的兩個群體具有較好的相似性,將6個樣品歸為一類的相似值達0.65,說明種植1茬菠菜后,不同施肥制度的土壤細菌群落結構相似性程度提高。

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條帶進行香農威爾多樣性指數(Shannon-Wiernerindex)分析,結果見表4。從表4可以看出,豐富度指數以T1處理最低,T3處理最高,與不施肥處理CK相比,常規化肥處理T1的土壤細菌豐富度指數有所降低,而添加微生物菌劑的則有所提高;而Shannon-Wierner指數在各處理間差異較為明顯,與不施肥處理CK相比,常規化肥處理T1的土壤細菌多樣性有所降低,而添加微生物菌劑的各處理卻有明顯提高。該結果表明,常規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構,提高微生物種群多樣性。

3討論與結論

第3篇：微生物多樣性分析范文

【關鍵詞】人工濕地；微生物；種群特征；人工調控

人工濕地是一種集環境效益、經濟效益及社會效益于一體的污水處理技術。該技術是通過人工建造、模擬自然濕地的綜合性生態體系，利用人造生態系統中的物理、化學和生物的協同作用來實現對污水的凈化。在濕地系統中，微生物群落是去除有機物和脫氮除磷的主要承擔者，越來越多的證據表明，微生物是人工濕地處理污水過程的重要指標。因此，探索和研究濕地系統中微生物的種群特性，對了解人工濕地的去污機理以及研究微生物群落的人工調控技術具有重要意義。

1.濕地微生物種群研究現狀

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、鑒定來進行的。在人工濕地系統中，以細菌數量為最多，其次為放線菌，真菌數量最少。細菌又包括好氧菌、厭氧菌、兼性厭氧菌、硝化細菌、反硝化細菌及磷細菌等。夏宏生等研究發現，氨化細菌是除氮的優勢菌群，隨著人工濕地的運行，其數量逐漸增加；硝化細菌屬于好氧細菌，隨著人工濕地的連續運行數量有所下降；反硝化細菌受外界氣溫影響較大，隨著氣溫的逐漸升高，其細菌數量逐漸上升。魏成等認為，混合種植植物模式的人工濕地系統可獲得較高的根際微生物功能多樣性，從而提高濕地系統凈化效率及其穩定性。蔣玲燕等研究表明，植物對微生物多樣性的作用要優于填料；而多種植物系統與多種填料系統在有機物降解和營養物去除方面均比單一植物與單一填料系統有優勢，從而表現出更高的去污效率。

1.2濕地微生物群落分布特征

微生物群落結構，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。吳振斌認為，濕地基質中好氧原核微生物為優勢類群，其次為革蘭氏陽性細菌及其他厭氧細菌，真核微生物所占比例最低。Zhou等人的研究發現，濕地基質表層的細菌與真菌的數量顯著高于其下層的數量，隨著系統的垂直高度不斷加深，真菌的數量逐漸減少。張政等人采用潛流水平濕地系統進行研究時發現，沿水流方向細菌、亞硝酸菌總數的總體趨勢是遞減的，即前部多于中后部；在垂直方向上，上層的微生物數量多于下層。

1.3濕地微生物酶及其活性研究

濕地系統中酶的活性是微生物功能的一種體現，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，發現人工濕地基質中酶活性下行池大于上行池，基質上層磷酸酶、脲酶和蛋白酶的活性顯著大于中下層基質；不同時間的基質酶活性不同。何起利等研究發現，濕地中的氧化酶活性表現為表層高于中下層；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，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，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相關關系。吳振斌等認為，不同月份、不同深度濕地基質酶活性不相同；不同濕地類型其酶活性也不相同；脲酶活性與濕地系統凱氏氮的去除率之間存在顯著相關性。綜上所述，人工濕地中各種酶活性會受到空間、污染負荷、污染物類型等因素的影響，因此可通過改變人工濕地的外部條件來調控胞外酶使其達到最佳的處理污水的狀態。

2.濕地微生物調控技術研究進展

濕地微生物調控是指在研究濕地微生物的種群特征及酶活性的基礎上，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），以達到提高人工濕地處理污水效率的一種技術。通過人工調控強化濕地微生物對污染物的降解能力對人工濕地的高效運行十分重要。

2.1水溫

溫度變化不僅影響濕地系統中微生物的代謝速率，而且還影響到其他重要環境因子，這些因子往往會影響到微生物群落的結構和功能。有報道稱，當溫度在10℃左右時，硝化速率比較穩定；但低于10℃，人工濕地系統處理效果會明顯降低；當溫度在5℃以下時，反硝化過程就很難發生；而若溫度過高，在30℃以上時，硝化與反硝化過程均會受到抑制。濕地系統中微生物的種類和數量會隨季節的改變而變化，一般情況下，夏秋季數量最高，冬季最少。雒維國等對濕地植物采用多層PVC透氣薄膜進行保溫，可增加濕地系統溫度，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鍵因素。對于低碳氮比污水，則需要在濕地系統中補充碳源，為反硝化過程提供充分的電子供體，強化濕地脫氮功能。趙聯芳等在用葡萄糖調節進水C/N達到8時，TN去除率由未補充碳源之前（C/N=2）的55%升高到89%。佘麗華等指出，向人工濕地系統中投加葡萄糖作為外加碳源提高系統的反硝化能力要優于羧甲基纖維素；對于處理量為60L?d1的復合垂直流人工濕地最佳的葡萄糖投加量為1.5g；在進水前4h投加碳源要優于進水時加入碳源。魏星等認為，補充植物秸稈后，可以解除由于有機碳源不足產生的硝態氮、亞硝態氮積累，提高總氮的去除效率。

2.3 pH值

一般認為，當pH值在7.0～8.0時，有利于好氧和厭氧微生物對含氮有機物的氨化作用的發生，此時亞硝化細菌和硝化細菌活動增強，硝化作用占主導地位；pH>8.0時，氨氮的揮發作用占主導地位；pH

2.4溶解氧

有研究表明，當水中DO0.2mg/L時，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，而好氧條件與濕地中磷濃度的降低有關。陶敏等的研究表明，氧調控下微生物群落向基質縱深發展，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.結語與展望

微生物群落是人工濕地污水凈化的主要承擔者，在污染物的去除過程中發揮著重要作用。然而目前對濕地微生物種群特性及其調控技術方面的研究仍相對較少，因此，根據目前的人工濕地微生物種群研究現狀，筆者認為今后可重點開展如下研究：（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、養殖廢水等特殊污水中功能微生物的開發與利用以強化體系的凈化能力。（2）通過液態、固態培養基交替培養純化，馴化出在低溫條件下仍能保持較強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行，從而提高濕地在低溫條件下的脫氮效果。總之，加強濕地微生物群落特征和調控技術研究，既能為濕地生態技術奠定微生物學的理論基礎，同時有利于指導人工濕地的設計、運行和管理，這對于今后濕地污水凈化技術的發展和創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

關鍵詞：濱海鹽堿地；起壟溝播；堆肥；綠肥；改良；微生物區系

中圖分類號：S154.37+S156.4+2文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2016）06-0062-04

土壤微生物是構成土壤微生態環境的重要組成部分。分析土壤微生物區系的目的在于了解不同地區的土壤微生物生態系的特點及土壤內部生態環境的變化對土壤微生物的生長活動規律的影響，為采取合理的農業措施提供土壤微生物學方面的理論依據[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特征等方面，國內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，客土法在短期內能改善土壤微生物各項指標，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狀況的速度相對較慢，但因其克服了客土法、排水法的缺點，因而有更好的應用前景[3]。受鹽分和pH值的脅迫，鹽堿地微生物區系和肥沃的糧田菜田土壤微生物區系有很大不同，其微生物總量一般在10-5～10-7cfu.g-1，比正常土壤的數量級低很多[4，5]，而且研究表明，高鹽度會降低微生物數量，尤其是放線菌數量。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[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率，壟臺土壤EC升高，土壤表面出現積鹽現象，壟溝、壟臺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，本試驗在起壟溝播小麥、玉米兩個輪作季的基礎上，研究了微生物數量區系與土壤其他理化性狀的相關性，為起壟改良鹽堿地提供科學依據。

1材料與方法

1.1試驗地概況

實驗基地位于東營渤海農場，地理坐標為東經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]。試驗前土壤pH值8.4，全鹽3.8 g/kg，有機質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。土壤質地砂質中壤，前茬種植棉花。

1.2試驗設計與布局

試驗設計：①CK（平作）；②QL（起壟）；③DF（起壟+堆肥）；④LF（起壟+綠肥）；⑤DL（起壟+堆肥+綠肥）。

起壟工程標準：壟溝寬60 cm，壟背為梯形，底寬40 cm，頂寬10 cm，高20 cm。

小區設計標準：每個試驗小區30 m2，東西寬5 m（5壟），南北長6 m。重復3次，每個重復單元設置1.5 m的保護行路。

在試驗布設前，進行一次深翻、平整土地。堆肥選擇牛糞充分露天發酵，綠肥選擇鼠茅草、三葉草。

1.3測定指標及方法

分離計數培養基：牛肉膏蛋白胨培養基、馬丁氏孟加拉紅瓊脂培養基和高氏一號培養基，分別用于細菌、真菌和放線菌的分離與計數。

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，進行梯度稀釋，取合適的稀釋度涂平板，一般稀釋度好氧異養細菌采用 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℃培養一定時間（細菌1～5 d，放線菌5～14 d，真菌3～6 d），進行 CFU（Colony Forming Unit）計數。

計算結果以每克烘干土中的微生物數量表示，計算公式為：每克干土中菌數=菌落平均數×稀釋倍數/干土質量。

2結果與分析

2.1不同改良措施對鹽堿地土壤微生物區系的影響

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

與對照（平作）相比，起壟能夠顯著增加土壤細菌數量，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%。可見，不同改良措施對土壤細菌數量的影響：起壟+堆肥+綠肥>起壟+堆肥>起壟+綠肥>起壟>平作。

2.2不同處理微生物區系差異

由表1可知，各處理對細菌、放線菌和總菌數的影響效果基本相似，對真菌的影響有所不同。各處理細菌、放線菌數量和總菌數為起壟+堆肥+綠肥>起壟+堆肥>起壟+綠肥>起壟>平作，4個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土壤微生物區系與微生物多樣性、土壤理化性質之間的相關關系

由表2可知，土壤細菌、真菌、放線菌的數量及總菌數與土壤鹽分含量之間呈負相關關系，與有機質、水分之間呈顯著或極顯著相關關系，與pH值無顯著關系[15]。這表明鹽堿地鹽分、有機質、水分是土壤微生物區系最直接的影響因子，而且其中有機質影響作用比較顯著。

3討論與結論

鹽堿地微生物數量一般要少于普通農用土壤，一般認為是鹽度導致的微生物生存適宜環境改變的結果[16]。土壤微生物群落是一個組成復雜的群體，不同微生物種類所要求的營養元素不盡相同[17，18]。施用有機肥能夠顯著增加土壤細菌、放線菌和真菌數量，說明施用有機肥為土壤微生物提供了較多的能源與養分，特別是有機碳源為微生物生命活動提供所需能量，且有機肥本身也含有大量活的微生物，促進了土壤微生物大量繁殖，使土壤微生物的新陳代謝加快，施有機肥更有利于提高土壤微生物活性以及維持土壤營養元素的良好循環，這與陳梅生等研究的長期施有機肥與缺素施肥對潮土微生物活性的影響結果一致[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）可提高鹽漬土細菌、放線菌、真菌數量，改善鹽堿地土壤質量狀況。

本研究結果表明：起壟和堆肥、綠肥相結合的各種處理對提高鹽堿地細菌、真菌、放線菌數量有良好的影響效果，5種處理對細菌、真菌、放線菌影響效果基本相似，均表現為：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（堆肥、綠肥）相結合具有良好的鹽堿地土壤改良作用，可以減緩由于鹽堿導致的土壤肥力損失，增加土壤微生物多樣性。

同時各種土壤理化性質與微生物區系也存在相關關系。鹽堿地土壤鹽分含量及水含量限制了土壤微生物活動[10]，尤其對細菌的生長活動有重要影響[11]。有研究表明，土壤含水率的變化對土壤細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菌多樣性不顯著，對真菌多樣性的影響顯著。而有機質也是微生物最主要的影響因子，已有研究結果表明，土壤有機質含量是影響土壤微生物量的一個重要因素[12，13]。土壤有機碳對土壤微生物量起關鍵作用，有機碳控制著土壤中能量和營養物的循環，是微生物群落穩定的能量和營養物的來源，有機碳越高，土壤微生物量就越大[14]。本試驗結果表明，微生物量與土壤鹽分含量之間呈顯著負相關關系，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系的影響結果一致[21]，與有機質、水分之間呈極顯著或顯著相關關系，與pH值沒有顯著關系。

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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，是建立在PCR基礎之上研究微生物多樣性的一種新興分子生物學研究方法，不依賴于培養即可對微生物進行群落結構分析，具有非常廣闊的應用前景。T-RFLP技術具有快速、高度的可重復性、良好的可操作性和產生大量的可操作單元（OTUs），能夠與數據庫建立直接聯系，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菌T-RFLP分析過程中，PCR擴增體系的相關影響因素進行優化和篩選，建立適于濕地沉積物的簡單、高效和穩定的PCR反應體系，為進一步開展沉積物細菌群落結構研究奠定基礎。

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驗室，-20℃冷藏。

PCR試劑所用試劑Taq酶、Mg2+、dNTPs和標準相對分子質量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任公司合成。

1.2試驗方法

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

PCR擴增程序與正交試驗設計：采用細菌16S rRNA基因通用引物8F（5'-AGAGTTTGATC-CTTGGCTCAG-3'）和1492R（5'-GGTTACCTTGT-TACGACTT-3'）進行PCR擴增，正向引物8F用6-FAM（羧基熒光素）標記在5'的末端。

PCR擴增程序如下：95℃預變性5min， 95℃變性30s，56℃復性30s，72℃延伸1min，循環34次。最后72℃延伸7min，4℃保存。PCR擴增產物用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測，電泳緩沖液為lxTAE，205V穩壓電泳8min，在紫外光成像系統下照相并記錄分析。

在進行單因子試驗分析影響因素之后，為快速準確地確定PCR最優反應體系，采用L16（45）正交設計，對PCR 5個因素（模板DNA、Mg2+、Taq酶、dNTPs、引物）在4個水平上進行試驗，20μL擴增反應體系（見表1）。

2結果與分析

2.1單因子試驗與分析

2.1.1模板DNA含量

模板DNA的濃度與純度是PCR是否成功的關鍵因素之一，DNA含量過高，會結合Mg2+，降低Taq酶的活性，產生非特異性擴增；DNA含量過少，PCR產物少且不穩定甚至無擴增。由圖1電泳結果可知，DNA含量在l0～40ng之間均可擴增出條帶，DNA含量在10ng時條帶弱且不清晰，增加到20～40ng時條帶均亮，所以選擇20～40ngDNA含量為最佳。

2.1.2Mg2+濃度

Mg2+對PCR擴增的產量和特異性有顯著的影響，還能與反應液中的dNTPs、模板DNA及引物相結合，影響引物與模板的結合效率、模板與PCR產物的解鏈溫度和產物的特異性及引物二聚體的形成。Mg2+濃度過高會降低PCR反應的特異性，出現非特異性產物；濃度過低會抑制Taq酶活性，降低PCR擴增產量。由圖2電泳結果可知，Mg2+濃度在2.5mmol/L時條帶顏色淺；2.0mmol/L時條帶較亮；當降低到1.5、1.0mmol/L時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擴增反應的原料，其濃度過高時，會導致聚合酶錯誤的摻入，并引起堿基錯配，降低PCR擴增的忠實性；濃度過低時，又會影響合成效率。由圖3電泳結果可知，dNTPs在2.5mmol/L時條帶模糊小清晰，在2.0～1.0mmol/L之間時，隨濃度降低條帶逐漸變亮，所以dNTPs濃度選在2.0mmol/L時效果為最佳。

2.1.4引物濃度

引物是PCR特異性反應的關鍵因素之一，PCR擴增產物的特異性取決于引物與模板DNA結合的程度。引物濃度偏低會減少與模板DNA的結合率，使擴增效果降低；引物濃度偏高會引起錯配和非特異性擴增，容易增加形成引物二聚體的機會。由圖4電泳結果可知，當引物濃度在0.2-0.15μmol/L之間時條帶均亮，尤以0.2μmol/L最佳，擴增效果較好，引物濃度降低到0.1μmol/L時條帶淺且彌散嚴重。

2.1.5Taq酶濃度

Taq酶用量偏低會使合成的效率降低，導致擴增產物減少；用量過高不儀造成浪費，而且會導致非特異性片段產物的積累，不易形成良好的擴增效果。從圖5電泳結果可知，Taq酶含量在2.0、1.5、1.0、0.5U時條帶均亮且明顯，但從擴增效果和經濟性兩方面考慮，Taq酶濃度在0.5U時為最佳選擇。

2.2正交試驗結果與分析

按表l設計的16個PCR反應組合進行正交試驗，擴增結果如圖6所示。根據電泳檢測結果，將16個處理按擴增條帶強弱、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組合的分數依次是：1、2、8、9、1、l、10、1、2、14、16、15、4、6、13、13。

通過分數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，其中正交試驗的最佳反應組合是11號：DNA模板30ng，Mg2+ 2.0mmol/L，dNTPs 0.2mmol/L，引物0.2μmol/L，Taq酶0.5U。

3討論

松江濕地沉積物細菌結構的組成、分布、變化不僅是其自身生物特征的反映，也是其對周圍環境因素的一種響應。由于近年來旅游資源的開發，人為干涉因素增多，松江濕地的環境因素變化較大，其沉積物中的微生物結構也會發生相應改變。T-RELP分析技術是建立在PCR基礎之上研究微生物多樣性的一種新興分子生物學研究方法，不依賴于原始培養可較快地對微生物群落結構進行分析。利用T-RELP分析技術對松江濕地沉積物細菌結構進行分析，能更好地反映松江濕地生態系統的現狀，而建立一個良好的PCR體系是后續研究的必要基礎。

由于T-RELP是建立在PCR基礎之上的分子技術，如果對其在DNA提取、PCR擴增等過程中的技術細節不注意，則有可能對T-RFLP分析結果產生誤差。DNA提取是PCR擴增反應的前提，其純度和質量是整個試驗的基礎和關鍵，由于試驗樣品的差異，會使每次提取的DNA純度有所不同，從而影響PCR反應體系的建立。另外，由于基因組DNA相對分子質量較大，在DNA提取過程中會因動作劇烈、槍頭空間小等原因使基因片段發生斷裂，因此，為獲得完整的DN段，在試驗過程中應盡量避免劇烈震蕩。

第6篇：微生物多樣性分析范文

關鍵詞：生物多樣性；多樣性功能評價；濕地保護；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、養魚池等。各種類型濕地關系十分密切，它們相互依存，共同構成衡水湖濕地生態系統。任一類型濕地的退化都將對衡水湖濕地的生態與環境功能產生巨大的影響［2-4］。

1.1 生物多樣性保護層次

衡水湖具有非常重要的濕地生態服務功能，是北溫帶野生動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。

保護生物多樣性和生態系統功能的完整性與保護珍稀動植物有著同等重要的意義。許多物種雖然未被列入國內外各種動植物保護名錄，但其或為重點保護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，共同構成適宜的鳥類生境。所以保護這些物種，保護生物多樣性對于珍稀鳥類的保護也是至關重要的。同時，保護生物多樣性也就是保護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利用，對人類生存和生活也都具有重要的現實和潛在的意義［5］。

1.2 濕地保護類型

濕地是位于陸生生態系統和水生生態系統之間的過渡性地帶，在土壤浸泡在水中的特定環境下，生長著很多濕地的特征植物。濕地廣泛分布于世界各地，擁有眾多野生動植物資源，是重要的生態系統。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”。濕地強大的生態凈化作用，因而又有“地球之腎”的美名。根據《自然保護區類型與級別劃分原則》(gb/t 14529-93)，衡水湖國家級自然保護區屬于自然生態系統類的濕地類型自然保護區［6］。從生態系統特征上看屬于以華北內陸淡水濕地生態系統為主的平原復合濕地生態系統。

2 濕地生物多樣性功能評價方法

生物多樣性的3個主要層次是物種多樣性、基因多樣性和生態系統多樣性。這是組建生物多樣性的3個基本層次。基因多樣性代表生物種群之內和種群之間的遺傳結構的變異。每一個物種包括由若干個體組成的若干種群。各個種群由于突變、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，或者在一個種群中很稀少的等位基因可能在另一個種群中出現很多。在同一個種群之內也有基因多樣性，在一個種群中某些個體常常具有基因突變。生態系統多樣性既存在于生態系統之間，也存在于一個生態系統之內。總之，物種多樣性是生物多樣性最直觀的體現，是生物多樣性概念的中心。基因多樣性是生物多樣性的內在形式，一個物種就是一個獨特的基因庫，可以說每一個物種就是基因多樣性的載體；生態系統的多樣性是生物多樣性的外在形式，保護生物的多樣性，最有效的形式是保護生態系統的多樣性［7-9］。

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

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

在濕地生態系統評價方法的基礎上，結合生物多樣性的理論和實踐，將物種多樣性和生物多樣性作為一級指標，下設二級、三級亞指標，建立可操作性較強的濕地生物多樣性評價指標體系［13］，見表1。

人類威脅程度分值

對資源保護部構成威脅5保護區與未開發生境毗鄰5

資源的有效保護受到一定的威脅3保護區周邊尚有未開發生境3

資源的有效保護受到較大的威脅1保護區被已開發的區域環繞1

根據濕地生物多樣性現狀調查結果，對照以上賦值逐項打分，將所得分數累加即得到該濕地生物多樣性評價總分值。計算公式為：

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-物種多樣性評價項目數；b-生態系統多樣性分值；j-生物多樣性評價項目。

根據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

衡水湖是華北平原上第一個內陸淡水湖國家級自然保護區，同時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系統的自然保護區［14］。豐富的生物資源是衡水湖的支柱。這里有綠藻、藍綠藻和硅藻等在內的201種浮游植物、平均密度達到了4 000個/l，浮游動物174種、平均密度達到了4 000個/l；這里有蘆葦等挺水植物，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、哺乳綱野生動物共30多種。所以，衡水湖被稱作“物種基因庫”。

根據調查結果，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的42.2%和57.2%。維管束植物有國家三級重點保護植物野大豆；鳥類有國家一級重點保護的7種，有黑鸛、東方白鶴、丹頂鶴、白鶴、金雕、白肩雕、大鴇。生物多樣性評價結果為：

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

衡水湖濕地大多數植物屬于世界廣布種；在調查的鳥類中，廣布種占總數的23.1%，古北種占種數的68.9%，東洋種占8.0%。衡水湖為沼澤蘆葦香蒲生態系統，在華北屬常見生境類型；生態系統的組成結構簡單、類型單一。衡水湖受人類影響因素較多，對濕地內水體、生物等資源影響較大；濕地周圍為村鎮和農田，沒有未被開發的區域。生態系統多樣性評價結果如下。

生態系統多樣性地區分布：

b1=b11+b12=4+4=8

生態系統多樣性生境類型：

b2=b21+b22=2+6=8

生態系統多樣性人類威脅評分：

b3=b31+b32=1+1=2

則生態系統多樣性為：

b=∑3i=1bi=8+8+2=18

濕地生物多樣性評價總分為：

r=∑3i=1ai+∑3j=1bj=41+18=59

按照濕地生物多樣性評分標準，衡水湖濕地生物多樣性功能進行評價，評價結果為：物種多樣性為41分，生物系統多樣性為18分，衡水湖濕地生物多樣性處于一般水平［15］。從分析結果可以看出，衡水湖濕地物種多樣性占優勢，而生態系統多樣性占劣勢，生態環境受人類活動影響因素較大。

4 結論

利用衡水湖生物多樣性資料，對衡水湖生物多樣性功能進行評價。分別對物種多度、物種豐度和物種稀有性進行分析，計算出物種多樣性；對生態系統多樣性地區分布、生態系統多樣性生境類型和生態系統多樣性人類威脅等指標分析，計算出生態系統多樣性指標。按照濕地生物多樣性評分標準，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系統生產和生態服務的基礎和源泉。生物多樣性可提供多方位的服務。人類歷史上大約有3 000種植物被用作食物，估計有75 000種植物可作食用。人類就是依賴這些植物得以繁衍。生物技術是以現有生物多樣性為物質基礎的工作，在解決糧食短缺、人類健康、維護生物物種和環境等諸多社會經濟重大問題中將發揮重要作用，將成為21世紀國民經濟的支柱產業。

參考文獻：

［1］ 于貴瑞.全球變化與陸地生態系統碳循環和碳蓄積［m］.北京：氣象出版社，2003.（yu gui-rui．global change and terrestrial ecosystems carbon cycle and carbon deposition ［m］.beijing:china meteorological press,2003.(in chinese)）

［2］ 歐陽志云，王如松，趙景柱.生態系統服務功能及其生態經濟價值評價［j］.應用生態學報，1999，10(5)：635-640．(ouyang zhi-yun,wang ru-song,zhao jing-zhu.the function of ecosystem services and ecological economic value evaluation ［j］.1999,10 (5):635-640.(in chinese)）

［3］ 張學知.衡水湖濕地生態系統恢復原理與方法［j］.南水北調與水利科技，2010，8(1)：122-125.（zhang xue-zhi.the hengshui lake wetland ecosystem restoration principle and method ［j］.south-to-north water transfers and water scinenes & technoiogy,2010,8(1):122-125.(in chinese)）

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［5］ 黃富祥，王躍思.試論生物多樣性保護理論與實踐面臨的困難及現實出路［j］.生物多樣性，2001，9(4)：399-406.（huang fu-xiang,wang yue-si.try to biodiversity conservation in theory and practice,and the practical way to face the difficulties ［j］.journal of biodiversity,2001,9(4):399-406.(in chinese)）

［6］ gb/t 14529-93，自然保護區類型與級別劃分原則［s］.（gb/t 14529-93,the types and levels principle of nature reserve ［s］.(in chinese)）

［7］ 鞠美婷，王艷霞，孟偉慶，等．濕地生態系統的保護與評估［m］．北京：化學工業出版社，2009．（ju mei-ting,wang yan-xia,meng wei-qing,et al.protect and evaluation on wetland ecosystem ［m］.beijing:chemical industry press,2009.(in chinese)）

第7篇：微生物多樣性分析范文

關鍵詞：關中地區 景觀生態學 斑塊 廊道 基質

0 引言

陜西省關中地區西起寶雞，東至潼關，約占全省土地總面積的19%，關中地區地勢平坦，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的深化以及關中—天水經濟帶的建設，關中中小城市借此機遇，經濟發展不斷提高，城市化進程穩中趨快[ 1 ]。據有關數據顯示，截止2009年底，關中地區城鎮化水平42%。然而在加快經濟發展、大力建設城市新區的同時，由于規劃理念的滯后，缺少對城市綠地系統的生態功能與空間布局的相關性的考慮，導致城市綠地綜合功能不能夠得到充分發揮，進而引發了一系列生態環境問題。

1 關中地區中小城市綠地系統規劃存在的問題

（1）在綠地系統規劃中缺乏生態性評價

關中地區許多中小城市在城市建設過程中，盲目追求經濟效益，而忽視西北地區氣候干旱、缺水、生態環境脆弱等特點。在綠地系統規劃過程中沒有對綠地資源、社會環境、土地承載力進行綜合分析和評價，以及對生態環境進行生態適宜性和生態敏感性分析。

（2）對綠地系統規劃中對生物多樣性缺乏考慮

為了維持城市綠地系統結構穩定，達到城市生態平衡的目的，需要增加城市綠地系統的生物多樣性。然而如今許多關中地區中小城市在新區建設中，由于規劃原則的單一性，忽略了生物多樣性的考慮。

（3） 城市舊區與新區在景觀生態格局上的動態聯系性缺乏考慮

關中地區許多中小城市在空間層面上，舊城區與新區的綠地系統之間缺乏聯系。在時間層面上，城市在新區的分期建設過程中未與舊城區的景觀格局進行有效的銜接。

2景觀生態學理論

景觀生態學是以整個景觀為對象，通過物質流、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化，運用生態系統原理研究景觀結構和功能、以及最優景觀格局的一門學科。景觀生態學主要包括以下理論[ 3 ]。

2.1斑塊—廊道—基質理論

景觀生態學中理解的景觀是指由不同生態系統組成的空間單元,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(matrix) ,這三種類型要素就構成了一個完整的景觀空間格局[ 4 ] 。

在景觀生態學理論中,景觀規模上每個生態系統都可看作是一個具有相當寬度的斑塊體、狹長的廊道或基質,斑塊—廊道—基質模式是景觀組成的基本模式[ 5 ] 。城市綠地系統中的斑塊一般指各級公園綠地、小游園、各企業事業單位、居住區的附屬綠地等;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,同時又能將景觀中不同部分連接起來構成一個綠色通道;在城市綠地系統中,工業區、商業區、居住區等面狀空間相當于景觀生態學理論中的基質。

2.2景觀異質性理論

不同大小和內容的斑塊、廊道、基質、網絡共同構成了異質景觀，即景觀異質性。在城市綠地系統規劃中注重構建景觀異質性有利于生態系統的抗干擾能力和自身恢復能力的提升，從而最大限度的維持生態的穩定性[ 6 ]。

2.3生態多樣性理論

生物多樣性是指地球上所有生物、動物、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、生態系統多樣性和景觀多樣性四個層次[ 7 ] 。作為人類聚集的城市,對生物多樣性的保護不僅是城市中人們生存與發展的需要,也是維護城市生態系統平衡的基礎。

3 基于景觀生態學理論的蒲城蒲南新區綠地系統規劃實踐

3.1蒲城蒲南新區概況

隨著我國經濟社會快速發展，西部大開發戰略的實施，蒲城的城市建設在近幾年來已經發生了巨大的變化，十二五、十三五期間是蒲城抓住機遇、加速發展的關鍵時期。因此蒲南新區應運而生，成為承載蒲城跨越式發展的活力之土。

蒲城南新區位于蒲城縣迎賓路以東，長樂路以南，西延鐵路北側，總用地面積482.34 hm2。目前，已開發的建設用地主要分布于迎賓大道與長樂路兩側。現狀用地北部有高壓走廊，留有一定規模的防護綠地，西北側以及中部有水渠。從環境質量來看，現狀多為農田和果園，生態環境質量較好。本次規劃根據景觀生態學原理，利用地理信息系統軟件（Arcgis），采用因子加權評價法，分別對場地進行生態適宜性評價和生態敏感性評價。

（1） 生態適宜性評價

根據場地特征，選取高程值、坡度、現狀土地利用類型、距水渠距離四個生態因子，對各因子進行具體的屬性分級，并且對其評價值和權重賦值（表1）(圖1)。

（表1）生態適宜性評價指標表

編號 生態因子 屬性分級 評價值 權重

1 高程值

480—500M 3

>500M 1

2 坡度

5-10% 3

>10% 1

3 現狀土地利用類型 建成區、農村居民點、工地 5 0.40

整理開發區 3

一般農田、荒山灌木草叢區、林地、基本農田、河流 1

圖1：生態適宜性評價圖 圖2：生態敏感性評價圖

（2） 生態敏感性評價

為對場地自然環境背景下潛在的環境問題進行明確的辨識，避免此次規劃建設破壞敏感性較高的生態系統，并合理保護場地自然環境，從而進行該項評價。根據該場地特點，選取植被覆蓋度、坡度、人口密度、聲環境這四個敏感性因子，對各因子進行具體的屬性分級，并且對其評價值和權重賦值

（表2）(圖2)：

（表2）生態敏感性評價指標表

編號 類型 敏感性因子 屬性分級 評價值 權重

1 生態環境問題 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 生態結構壓力 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 環境污染問題 聲環境——據污染源距離（M）

100-300 中度敏感 3

>300M 不敏感 5

通過對生態適宜性評價和生態敏感性評價的分析得出，規劃區北高南低，總體坡度小于3.0%，地勢相對平緩。生態適宜性較好，局部地區生態敏感性較高。

3.2蒲城南新區綠地系統規劃

在蒲城南新區規劃區北部和南部各有一片東西向帶狀高壓線走廊防護綠地，與中心一條南北向的高壓線走廊防護綠地相連，總體形態呈現楔形。城市規劃道路綠地由十字網狀防護綠地和街頭公共綠地組成，因此規劃區的綠地呈網狀+楔形結構。根據景觀生態學的斑塊—廊道—基質原理，這種結構有利于建立生態廊道從而滿足物種的流通和生態系統的循環繁衍 (圖3)。

圖3：蒲城南新區（東區）土地利用規劃圖

3.2.1 斑塊—廊道—基質

（1）斑塊 在規劃區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綠地森林化，利用森林的生態系統延伸食物鏈，同時借助城市森林斑塊踏腳石系統將城市內部的綠地與城郊的自然環境進行有機聯系。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，而且可以為野生動物提供保護和安全的路線，并保持自然群落的連續性。

（2）廊道 蒲城南新區的綠廊布局為“一環、一軸、三帶”的網狀綠地模式。一環即是貫穿生活服務區和市場物流區的步行綠廊。一軸即為開元街方向兩側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，沿五原路南側綠帶。

利用景觀廊道布局理論，將蒲城南新區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綠帶，以及春晴街以北、五原路以南的防護綠帶。這些綠色廊道主要由城區的自然山體，生態農田所形成的綠色空間構成。這種類型廊道能起到生態防護功能。②城市生態防護性廊道，如：倉儲用地和居住用地之間的衛生防護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：蒲城南新區內的開元街、富原路、五原路等城市林蔭道系統。這些綠色廊道不僅起到連接新區與舊區的綠地系統的作用，同時還具有休閑、景觀、文化等功能。

（3）基質 蒲城南新區在規劃中將城區邊緣大面積的鄉村農田融合為城市功能的一個部分，自然景觀滲透到城區中，使農田、自然景觀與城市綠地系統相結合，共同構成城市景觀的綠色基質。

3.2.2 景觀異質性

在蒲城蒲南新區（東區）規劃中根據景觀異質性要求，在規劃區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量。為更加突顯景觀異質性的特點，在本次規劃區的高壓線走廊內構建“綠色浮島”，即營造人工濱水濕地浮島景觀。其作為人造生態斑塊不僅能涵養水土、增加城市的景觀異質性，還能為一些物種提供遷徙和擴散的暫歇地，從而達到天地、人、自然和諧共生的生態愿景，并且符合景觀生態學中“集聚+離析”的景觀異質最優格局。

3.2.3 生物多樣性

在蒲城蒲南新區綠地系統生物多樣性規劃中，增加城市綠地系統中植物的多樣性是提高綠地綠化水平的重要環節。在規劃區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 小側柏 金銀花

櫻花 珍珠梅 白三葉 金葉蕕 葡萄

4 結語

以蒲城南新區為例,本文探討了景觀生態學在關中地區中小城市新區綠地系統規劃中的應用。從景觀生態學的角度出發,對現狀綠地系統進行研究分析,研究發現新區內外景觀生態格局缺乏持續性聯系，公共綠地斑塊的多樣性不足且分布不均勻。在此基礎上以景觀生態學原理為指導，研究得出城市新區綠地系統規劃應按在斑塊—廊道—基質的基本組織結構上疊合集聚+離析的多樣性異質格局，構建城市綠地系統生態網絡。

本研究針對綠地斑塊的尺度、形態的適宜性還有待深入，同時在規劃中反映綠地景觀多樣性、異質性的定量指標體系也有待于進一步探討。

參考文獻：

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[4]許慧,王家驥. 景觀生態學的理論與應用〔M〕北京:中國環境科學出版社, 1993.

第8篇：微生物多樣性分析范文

關鍵詞：旱田；水田；pH；電導率；酶活性

中圖分類號：S344.1+7；S153；S154.2 文獻標識碼：A 文章編號：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]，具有土質肥沃、質地疏松、有機質豐富等特征，非常適合植物生長。土壤酶參與土壤的一切生化反應過程，在土壤的物質和能量轉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強度，因而土壤酶活性常被作為土壤肥力高低、生態環境質量優劣的重要指標[2，3]。但是由于長期自然因素和人為因素的雙重影響，致使農田黑土質量日益下降[4]。調整農業種植結構，將旱田改為水田的種植方式已經成為增產增收的選擇之一，旱田改水田后勢必引起土壤酶活性發生變化。目前關于黑土酶活力方面的研究報道很多，但是關于黑土旱田改水田后土壤理化性質及酶活力變化的研究較少，本研究以此入手進行研究，以期為黑土的可持續利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

巴彥縣位于黑龍江省中南部，松嫩高平原典型黑土區域內[5]。該區屬中溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫2.6 ℃，年均降水量372.5～582.2 mm。研究區域位于巴彥縣西集鎮靠山屯（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 試驗材料

利用5點采樣法分別采取0～5、5～10和10～20 cm 3個深度土層的水田和旱田土壤，各土樣單獨裝袋記錄后帶回實驗室備用。土壤酶活性測定所需試劑均為分析純。

1.3 y定指標與方法

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

1.3.2 土壤酶活性的測定 將土樣自然風干，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比色法測定，以培養24 h后每克干土釋放的NH3-N的質量（mg）表示；土壤轉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24 h后每克干土生成葡萄糖的質量（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24 h后1 g干土中氫的體積（μL）表示[6，7]。每個樣品做3個重復。

1.4 統計方法

全部數據均采用SPSS軟件和Excel進行統計分析與作圖。

2 結果與分析

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、多樣性及群落結構的主要影響因子之一，對微生物的調節過程有明顯的影響，并且在有機質的降解和氮循環中具有重要的作用[8]。由圖1可以看出，隨著土層深度的增加，旱田和水田pH都呈現明顯升高的趨勢，但二者的變化又有所不同。旱田的3個土層中變化明顯，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率的影響

土壤電導率是反映土壤電化學性質和肥力特性的基礎指標。通過土壤電導率的測定能及時有效地掌握土壤的鹽分濃度、水分狀況等多種性質，及時診斷農業生產問題。由圖2可以看出，隨著土層深度的增加，旱田土壤電導率逐漸增加，其中，10～20 cm土層的電導率極顯著高于0～5 cm和5～10 cm土層的電導率；水田變化趨勢有所不同，0～5 cm土層的電導率最高，5～10 cm土層的電導率顯著下降，但10～20 cm土層的電導率又有所提高。旱田改水田后，電導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循環中具有重要地位，是土壤功能的直接體現[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化酶活性在不同土層變化較大，0～5 cm土層的轉化酶活性顯著低于5～20 cm土層的酶活性，同時水田中轉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 相關性分析

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

3 小結與討論

土壤酶是表征土壤中物質、能量代謝旺盛程度和土壤質量水平的一個重要生物指標[10]。但它會受到環境的改變而發生改變，旱田改水田后，土壤從大的生態環境上發生了重大改變，則土壤的通氣性、pH、電導率、養分轉化都會發生變化，進而影響土壤環境中微生物類群、土壤酶活性等指標的變化，也會影響到植物根系的代謝活動及營養吸收，反過來變化了的根系代謝又會影響土壤環境。因為旱田改水田初期受水環境的巨大變化，土壤中相應變化會很大，因此本研究從旱田改水田2年的黑土入手進行研究，得出如下結論。

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，說明淹水會使土壤的酸堿性得到改善。長期旱田種植農作物，勢必會產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]，土壤有機質的改變也會影響土壤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物的可利用性[14，15]。

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

黑土旱田改水田后，水田土壤中脲酶和轉化酶的活性高于旱田土壤，但脫氫酶的活性表現相反，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生的過氧化氫對生物體的毒害作用。脫氫酶能酶促有機物質脫氫，起著氫的中間轉化傳遞作用，因此脫氫酶活性可作為微生物氧化還原系統的指標，很好地估計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，從而提高土壤肥力[19]。先前研究結果表明，旱田改水田后微生物類群會受到影響[20]，微生物類群的改變反過來也會影響土壤酶的活性[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，土壤酸堿性直接影響著土壤酶參與生化反應的速度，有些酶促反應對pH變化非常敏感，有些反在非常窄的pH范圍進行[23]。相關性分析說明土壤的理化性質的改變能影響酶的活性，同時土壤酶之間可以相互作用。這在生產實際中要全面考量，以確定土壤質量的變化，為黑土可持續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

多水塘系統是農村地區特有的一類控制措施，利用一些天然的溝渠、水塘、植被，系統建造成本低廉，能有效截留來自村莊、農田的氮、磷污染和降雨徑流，循環利用營養物質和水資源，不但增加了生物的多樣性同時也提高水資源利用率[27]。但是多水塘系統一般占地面積大，功能較單一，截流和去污效率也受入水和降雨的時空影響，且對系統中植物的種類有一定要求[13]。在實際應用中，往往結合各種措施（如濕地系統、生態溝渠系統等）一起，可以達到更好的去污效果。

2溝渠系統

近年來，溝渠作為一種重要的生態系統，被廣大研究者所重視，它在非點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，溝渠也具有人工濕地的特性，擔負著凈化水質和維持生物多樣性的功能。因此，溝渠同時具有河流和濕地的雙重特征。所以，溝渠應該是指以排水和灌溉為主要目的同時具有人工濕地凈化環境的人工水道，是一種人類活動影響下的半自然的人工濕地水文生態系統。溝渠系統不另占土地，其凈化機制與濕地相似，主要也是利用自身的物理、化學和生物三方面的協同作用，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，可以進行各種生化反應，對氮磷等元素的去除很有幫助。利用現有的一些農田溝渠和自然水渠建成具有生態攔截功能的生態溝渠系統，不僅可以帶來巨大的經濟和水文效益，同時還能維護生物多樣性，改善區域生態環境。其中，楊林章等在太湖流域研究生態攔截型溝渠系統對農田排水中非點源污染物的去除效果，研究發現生態溝渠系統對氮磷的平均去除率為48.36%和40.53%，效果令人滿意[28]。各項研究表明，溝渠內布設適當的水生植物能起到減緩稻田排水流速、脫氮除磷、提高水體溶解氧、穩定水體pH值的作用，不同的植被組合，去污效果會有明顯的不同。

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，溝渠與水塘多結合為人工塘渠系統，經常作為面源污染治理的第一道關卡，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，抗高污染負荷的效果較好[36]。而自然或人工濕地，經常作為最后一道攔截屏障，主要通過濕地中的植物、微生物及土壤基質對水中污染物做進一步的凈化作用。因此，多種措施的耦合系統將是以后的發展趨勢，并結合實際污染情況制定相應的結合方式，如改變耦合的措施種類和順序，將達高效的去污效果。從表2可以看出，耦合系統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-濕地系統去污效果非常好，總氮、總磷和COD的去除率高達95%以上。水塘和濕地耦合系統對總氮、總磷平均去除率在70%以上，而人工濕地對農田徑流中的總氮、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于對總氮的去除，表現出對不同形態的磷很好的去除效果。因此，我們在實際應用中，結合非點源污染的實際情況，采用不同措施組合的方式，將會是一種有效的控制手段。

4展望

我國非點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、區域研究；目前模型研究仍然采用國外現有的經驗、機理模型，由于地域差距大，造成研究結果不太理想，而且模型參數過多，又資料數據獲取困難，致使模擬結果與實際情況不符等。針對當前存在的各種問題，提出了以后非點源污染研究的發展趨勢。

4.1“3S”等新技術的應用

非點源污染發生具有隨機性、廣泛性，并不是所有區域都需要管理，管理措施的高效運行前提是關鍵源區識別。使用新技術，如“3S”技術，利用RS進行大范圍監測，GIS強大的空間分析能力和GPS的高精度定位，快速準確識別出關鍵污染源區，且遙感可為大尺度和區域研究提供所需的數據和可能。

4.2關注措施綜合效益

一些BMPs、生態工程措施非常關注運行效率問題，除此之外還應注重投入效益的問題，投入指的是經濟支出，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，但對其他污染物削減比較少。此外，非點源污染不僅僅是氮磷的問題，COD、農藥等問題也應在考察范圍。

4.3模型的改善和引進

模型模擬一直是非點源污染研究中一個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、模型基礎數據難獲取和模型參數過多等原因，使得一些模型模擬結果并不理想，雖然我國學者一直在開發自己的模型，但是自己開發的模型一般耗時久、消耗人力大且機理性和適用性不強，不能很好的大范圍推廣，很大程度上阻礙了我國非點源污染研究進程。因此，以后應更多地關注引進模型的改進、使參數本地化、加強參數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，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荷進行削減。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《環境科學與技術》雜志。環境科學與技術雜志簡介詳見