田路路++雋英華++孫文濤

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2016.10.127

摘要：土壤微生物種類眾多，分布廣泛，對(duì)土壤及周圍生物的影響很大。凍融作用在全球范圍內(nèi)普遍存在，通過改變土壤的理化性質(zhì)，影響土壤微生物的生命活動(dòng)。本文重點(diǎn)綜述了微生物在細(xì)胞、基因蛋白質(zhì)及生理代謝水平上對(duì)凍融作用的響應(yīng)行為，簡(jiǎn)要闡明因凍融改變的土壤環(huán)境因子對(duì)微生物的影響，進(jìn)一步分析凍融對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)和生物量的改變機(jī)制，并對(duì)將來可能的研究方向進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：土壤；凍融作用；微生物；生化特性；微生物量；群落結(jié)構(gòu)；細(xì)胞；生理代謝水平；全球氣候變暖

中圖分類號(hào)： S154.34文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2016）10-0438-05

收稿日期：2015-08-01

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金（編號(hào)：41301253）；遼寧省農(nóng)業(yè)領(lǐng)域青年科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)計(jì)劃（編號(hào)：2014018）。

作者簡(jiǎn)介：田路路 （1990—），女，河南魯山人，碩士研究生，從事凍融對(duì)土壤氮礦化影響方面的研究。E-mail： 760848132@qq.com。

通信作者：孫文濤。E-mail：wentaosw@163.com。土壤是一個(gè)固、液、氣三相組成的高度異質(zhì)環(huán)境，發(fā)育著豐富的微生物群落。微生物在土壤中分布廣、數(shù)量大，土壤中棲息著微生物約100億個(gè)/g[1]。土壤微生物參與礦化作用，分解有機(jī)質(zhì)，釋放C、N、P、S等礦質(zhì)元素，具有解毒土壤、凈化環(huán)境的作用[1]，影響土壤腐殖質(zhì)及土壤團(tuán)聚體的形成及其穩(wěn)定性[2-4]，可進(jìn)行生物固氮、增加土壤氮含量[1，5-6]，影響植物生長(zhǎng)及病蟲害的防治，在土壤生態(tài)系統(tǒng)及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中都具有重要的地位[1]。凍融作用是在全球中高緯度和高海拔地區(qū)普遍存在的一種自然現(xiàn)象，是一種由于晝夜性、季節(jié)性或氣候性的熱量變化而在土壤表土及以下一定深度發(fā)生的反復(fù)凍結(jié)-融化現(xiàn)象[7]。全球受凍融作用影響的土地面積占陸地總面積的70%，北半球陸地表面超過一半地區(qū)會(huì)經(jīng)歷土壤凍融作用[8]，而我國(guó)北方地區(qū)具有土壤季節(jié)性凍融的重要?dú)夂蛱卣?。凍融作用可以明顯改變土壤的物理、化學(xué)及生物學(xué)性質(zhì)，如破壞土壤結(jié)構(gòu)、影響團(tuán)聚體穩(wěn)定性、釋放一部分可供微生物直接利用的營(yíng)養(yǎng)元素、加強(qiáng)有機(jī)質(zhì)的礦化作用、增強(qiáng)酶的活化效應(yīng)等[9-11]。凍融對(duì)土壤理化性質(zhì)及生物學(xué)性質(zhì)的改變，不僅影響微生物自身的生存代謝活動(dòng)，而且還影響其參與土壤中各種生理生化活動(dòng)。

近年來，全球氣候日益變暖，高緯度地區(qū)土壤積雪和凍融環(huán)境都可能發(fā)生變化[12-13]。Mellender等對(duì)瑞典歐洲赤松林的研究發(fā)現(xiàn)，氣候變暖會(huì)使地表覆蓋積雪減少，地表10 cm處平均溫度上升，春季變暖時(shí)間提前，凍融循環(huán)次數(shù)增多[14]；Henry對(duì)加拿大31個(gè)氣象站40年的氣候和土壤溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析也發(fā)現(xiàn)了類似現(xiàn)象[15]。這種全球變暖的現(xiàn)象直接改變了凍融的時(shí)間、強(qiáng)度及其頻率，相應(yīng)的凍融對(duì)土壤微生物的影響也將發(fā)生一定的改變。凍融作用不僅可以直接從內(nèi)部影響土壤微生物，而且可以通過改變土壤的理化性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)來從外部影響微生物。本研究主要綜述凍融作用對(duì)土壤微生物自身內(nèi)部特性的影響，凍融導(dǎo)致的土壤環(huán)境因子變化對(duì)土壤微生物的影響，以及凍融作用對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)和生物量的影響，最后簡(jiǎn)要展望該領(lǐng)域研究在將來可能的發(fā)展方向。

1凍融對(duì)土壤微生物自身內(nèi)部特性的影響

1.1凍融對(duì)微生物細(xì)胞的影響

首先，在凍融開始時(shí)，土壤溫度下降至凍結(jié)，會(huì)將其中的微生物細(xì)胞凍傷，凍結(jié)產(chǎn)生的胞內(nèi)冰晶體的增長(zhǎng)造成細(xì)胞膜和細(xì)胞器的機(jī)械性損傷，從而引起細(xì)胞的形態(tài)發(fā)生變化[16]，這與一些學(xué)者的研究結(jié)論[17-18]相似。其次，凍結(jié)使未凍水中的溶質(zhì)濃縮，改變土水勢(shì)，細(xì)胞內(nèi)外滲透壓失去平衡，使細(xì)胞失水，細(xì)胞膜流動(dòng)性降低，細(xì)胞壁受損[16，19]。朱琳等對(duì)乳酸菌細(xì)胞膜凍干損失的研究結(jié)果表明，凍結(jié)形成的冰晶會(huì)直接破壞膜結(jié)構(gòu)，造成機(jī)械損傷，一般冰晶越大，細(xì)胞膜越易損傷破裂，造成細(xì)胞死亡[20]。另一方面，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)水分逸出，縮水達(dá)到最小臨界值時(shí)，細(xì)胞膜的滲透率產(chǎn)生不可逆的增加，導(dǎo)致原先不能透過膜的溶液也變成可滲透的，進(jìn)而致使細(xì)胞死亡。此外，融化復(fù)水時(shí)可能發(fā)生的重結(jié)晶作用，也足以破壞細(xì)胞質(zhì)膜或具膜的細(xì)胞器官[16]。

一般細(xì)胞內(nèi)部高于-10 ℃不會(huì)凍結(jié)，但當(dāng)細(xì)胞含水量小于10%時(shí)，即使溫度降低到-40 ℃，細(xì)胞質(zhì)也不會(huì)凍結(jié)[19]。這一現(xiàn)象說明細(xì)胞含水量對(duì)凍融作用中微生物細(xì)胞的凍結(jié)過程具有一定的影響，對(duì)于研究如何冷凍保存生物但又不破壞其細(xì)胞完整度及活性身份具有借鑒意義。

1.2凍融對(duì)微生物生理生物學(xué)的影響

1.2.1凍融對(duì)微生物生理學(xué)的影響凍融作用對(duì)微生物生理學(xué)方面的影響主要體現(xiàn)在2個(gè)方面，一是生理代謝活動(dòng)，二是能量供應(yīng)[21]。一般認(rèn)為，多年凍土層中幸存下來的微生物大部分時(shí)間都處于休眠狀態(tài)，僅在局部區(qū)域或時(shí)段具有一定的代謝活動(dòng)能力[22]。Brinton等利用天冬氨酸外消旋作用的研究結(jié)果表明，微生物在-10 ℃下可生長(zhǎng)繁殖4萬多年，即微生物在凍結(jié)環(huán)境中仍可以從周圍的凍土中得到可利用的養(yǎng)分來維持生存[23]。Gilichinsky等研究發(fā)現(xiàn)，雖然西伯利亞多年凍土微生物在-12～5 ℃的凍結(jié)過程中仍可以合成脂類，但在-1.5 ℃時(shí)其合成速度驟然降低，即受極端環(huán)境限制，微生物代謝活動(dòng)微弱，僅能維持基本的生命活動(dòng)[24]?？偟膩碚f，凍結(jié)時(shí)期能夠存活下來的微生物的代謝水平分為3種情況：（1）代謝足以維持細(xì)胞生長(zhǎng)；（2）代謝僅能維持細(xì)胞存活，不能支持細(xì)胞生長(zhǎng)；（3）細(xì)胞進(jìn)入休眠期，僅能在條件好轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行代謝，以修復(fù)凍結(jié)期積累下來的受損物質(zhì)[25]。

融化后的土壤微生物天冬氨酸利用率提高，丙氨酸利用率下降，而乳酸攝取能力基本不變[20，24]。在相同的培養(yǎng)條件下，經(jīng)過凍融作用后蘇醒的微生物與無經(jīng)歷凍融的微生物相比，前者的細(xì)胞增殖和菌落形成速率明顯高于后者，雖然前者菌落總數(shù)較少，但其生存能力卻強(qiáng)于后者或普通微生物[14，26]。

凍結(jié)會(huì)破壞細(xì)胞的膜結(jié)構(gòu)，包括細(xì)胞中的具膜細(xì)胞器，如線粒體、葉綠體等。這就會(huì)直接導(dǎo)致依賴于膜或具膜細(xì)胞器而進(jìn)行的生理代謝活動(dòng)遭受影響或破壞，擾亂細(xì)胞內(nèi)能量的產(chǎn)生、釋放和利用[16]。眾所周知，能量的供應(yīng)水平與微生物的代謝水平密切相關(guān)，能量供應(yīng)充足時(shí)，微生物代謝生長(zhǎng)正常；能量供應(yīng)缺乏時(shí)，微生物的代謝活動(dòng)微弱，甚至?xí)M(jìn)入休眠狀態(tài)或死亡[27]。

1.2.2凍融對(duì)微生物生物學(xué)的影響凍融對(duì)微生物生物學(xué)方面的影響主要體現(xiàn)在DNA和蛋白質(zhì)合成表達(dá)方面。Price等研究發(fā)現(xiàn)，基因組為3 Mbp、蛋白質(zhì)平均分子量為36 ku的微生物細(xì)胞，在凍結(jié)條件下，僅有不到1%的基因被復(fù)制，合成不到100個(gè)蛋白質(zhì)分子[27]?？梢姡瑑鼋Y(jié)顯著削弱了細(xì)胞中DNA和蛋白質(zhì)的合成活動(dòng)。在低溫脅迫條件下，某些細(xì)菌可合成DnaK和GroEL等冷休克蛋白，二者可與mRNA結(jié)合并促進(jìn)翻譯，從而保證自身生物活動(dòng)的進(jìn)行[28]。Brinton等對(duì)西伯利亞凍土微生物進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，微生物可以修復(fù)蛋白質(zhì)，穩(wěn)定其氨基酸構(gòu)象[23]。

總的來說，凍融作用會(huì)抑制微生物細(xì)胞中DNA和蛋白質(zhì)的合成表達(dá)，但為了克服這一現(xiàn)象所帶來的危害，某些細(xì)胞會(huì)啟動(dòng)其他的基因表達(dá)方式，促進(jìn)基因的合成表達(dá)，或發(fā)揮其蛋白質(zhì)的穩(wěn)定修復(fù)作用，以克服生存困境。這體現(xiàn)了生物學(xué)水平上的進(jìn)化性，對(duì)于生物困境進(jìn)化的研究具有重要意義。

1.3凍融速率對(duì)微生物的影響

關(guān)于凍融速率對(duì)微生物的影響作用，不同學(xué)者觀點(diǎn)不同。孫輝等在對(duì)凍融試驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，許多室內(nèi)模擬試驗(yàn)利用冰箱控制凍結(jié)過程，使土壤溫度快速降低到較低溫度，這對(duì)絕大多數(shù)土壤微生物來說是致命的，因?yàn)樵谧匀粭l件下，凍融過程中土壤凍結(jié)溫度是逐步下降的，在土地表面積雪和植被等的覆蓋下，土壤溫度下降極其平穩(wěn)和緩慢，使得微生物有一段適應(yīng)低溫的緩沖時(shí)間[7]。但也有學(xué)者認(rèn)為，土壤的快速凍結(jié)和融化對(duì)微生物的影響較小，而緩慢凍結(jié)和融化則對(duì)微生物細(xì)胞損傷較大[16]。凍結(jié)時(shí)細(xì)胞外部形成冰晶顆粒，冰晶顆粒越大，對(duì)細(xì)胞器破壞力越強(qiáng)，如果凍結(jié)速率很慢，微生物細(xì)胞會(huì)充分進(jìn)行脫水，以致細(xì)胞內(nèi)外滲透壓失去平衡，破壞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，最后導(dǎo)致細(xì)胞破碎死亡[16]。當(dāng)凍融速率大于1 000 ℃/min時(shí)，細(xì)胞內(nèi)水分可在跨膜運(yùn)輸前迅速凍結(jié)，避免細(xì)胞內(nèi)外滲透壓失去平衡所造成的危害[16]；在融化過程中，如果融化速率足夠高，胞內(nèi)重結(jié)晶現(xiàn)象就可以避免，有利于微生物細(xì)胞的存活[29]。

1.4凍融強(qiáng)度和頻數(shù)對(duì)微生物的影響

凍融頻數(shù)對(duì)微生物影響明顯。1次凍融循環(huán)能殺死50%的土壤微生物[30]，并明顯減少約33%的土壤DNA含量[25]。多次凍融循環(huán)顯著降低土壤中可培養(yǎng)微生物數(shù)量，減少可培養(yǎng)微生物的多樣性[31]。但是，這些經(jīng)過多次凍融后存活下來的微生物，具有極強(qiáng)的抗凍融能力和生存能力[21]。范志平等對(duì)河岸緩沖帶土壤的研究結(jié)果表明，凍融頻數(shù)對(duì)土壤微生物氮含量有極顯著影響（P<0.01） ，凍融溫差對(duì)土壤微生物氮含量有顯著影響[32]。而徐俊俊等關(guān)于凍融交替對(duì)高寒草地土壤影響的研究結(jié)果表明，凍融溫度未顯著改變土壤微生物氮含量，影響土壤微生物氮含量的主要是凍融頻數(shù)[33]。熊雪晶對(duì)高寒森林土壤微生物的研究結(jié)果說明，較溫和的凍融會(huì)降低土壤真菌數(shù)量，而對(duì)放線菌數(shù)量影響不大；強(qiáng)烈的凍融循環(huán)會(huì)增加土壤真菌數(shù)量，卻顯著降低土壤放線菌數(shù)量[34]。

2土壤環(huán)境因子對(duì)微生物的間接影響

微生物在土壤中的生存需要適宜的溫度、水分、通氣條件及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，以此來維持其正常的生命代謝活動(dòng)。土壤凍融通過影響土壤溫度、水分、通氣性以及水分物質(zhì)遷移間接影響微生物的生物量和活性[35]，另外，土壤中死亡微生物也會(huì)對(duì)殘余幸存微生物產(chǎn)生影響[36]。

2.1土壤溫度和水分

土壤中大部分營(yíng)養(yǎng)元素轉(zhuǎn)化過程，尤其是氮素轉(zhuǎn)化都是微生物參與的生物化學(xué)過程[37]。凍融作用通過改變土壤環(huán)境因子進(jìn)而影響土壤微生物的數(shù)量及活性，其中溫度和水分是影響土壤氮素轉(zhuǎn)化的最主要因素[38-40]。溫度直接影響氮素生物化學(xué)過程，間接影響微生物的耗氧量和土壤好氣環(huán)境；水分的可利用性直接影響微生物活性，同時(shí)通過控制土壤中氧氣的擴(kuò)散間接影響氮素礦化和好氧微生物活性[41]。

2.2通氣性

微生物中既有好氧微生物，也有厭氧微生物，所以它們降解轉(zhuǎn)化土壤有機(jī)物質(zhì)的過程可能是好氧的，也可能是厭氧的，這時(shí)土壤通氣性就顯得十分重要[42]。王恩姮等對(duì)東北典型黑土的研究結(jié)果表明，季節(jié)性凍融后，黑土總孔隙度和毛管孔隙度均有不同程度的降低[3]。而鄧西民等對(duì)壤質(zhì)黏土犁底層原狀土的研究發(fā)現(xiàn)，凍融后土壤孔隙度增加6.1%～163%[43]。劉虹等研究認(rèn)為，在凍融過程中，土壤孔隙度呈現(xiàn)先減小后增大的變化趨勢(shì)[44]?？梢?，凍融作用對(duì)土壤孔隙度的影響受多因素決定，其結(jié)果各不相同。

2.3水分物質(zhì)的遷移

微生物不僅自身的生命活動(dòng)離不開水，而且在與外界環(huán)境交流反應(yīng)時(shí)更離不開水，微生物只能生活在水溶性的環(huán)境中[42]。其中，土壤有效性水分是維持微生物活性的重要資源，它影響著土壤微生物群落生理結(jié)構(gòu)和功能[45]。

土壤凍融過程中常伴隨水分的遷移和再分布，溫度是導(dǎo)致土壤水分遷移的驅(qū)動(dòng)力[46]。在土壤自上而下的凍結(jié)過程中，水分自下而上遷移[46]。土壤的凍結(jié)過程會(huì)固定大量的水分和底物，降低可利用氧氣的含量，形成相對(duì)厭氧的環(huán)境[47]，促進(jìn)微生物的異養(yǎng)生長(zhǎng)[48-49]。在凍結(jié)土壤融化時(shí)，由于上層冰雪融化和下層冰凍阻礙水的排放等原因，造成融化后土壤含水量明顯提高[50]。此時(shí)，土壤孔隙度和氧氣減少，有利于微生物獲得充足的水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，也有利于微生物進(jìn)行反硝化作用，促進(jìn)微生物的異養(yǎng)生長(zhǎng)[51]。另一方面，凍融作用使土壤水分含量顯著提高，養(yǎng)分更容易溶出，或通過各種途徑包裹在礦物顆?；蛭接谕寥滥z體的表面隨水分遷移而流失[36]。

2.4死亡微生物

凍融作用通過低溫或干濕交替殺死土壤中的一部分微生物，死亡微生物會(huì)釋放出營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而殘余幸存下來的微生物將死亡微生物作為基質(zhì)而使自身活性在某種程度上增強(qiáng)[36]，特別在土壤融化時(shí)，受凍結(jié)作用死亡的微生物細(xì)胞及破碎的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、植物殘?bào)w，會(huì)釋放出碳、氮等物質(zhì)，為殘余微生物提供大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[52-56]。同時(shí)，溫度的升高，可利用水分和通氣程度的增加也為微生物修復(fù)受損細(xì)胞及大量生長(zhǎng)提供了必要條件[57]。Mecleod等研究發(fā)現(xiàn)，土壤凍結(jié)能夠破壞微生物細(xì)胞膜，使胞內(nèi)物質(zhì)被釋放到土壤中[58]。Goodroad等研究發(fā)現(xiàn)，土壤殘余微生物有選擇性地利用死亡微生物產(chǎn)生基質(zhì)，這些微生物在冬季仍然很活躍[59-60]。

3凍融對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

土壤微生物群落以細(xì)菌數(shù)量最多，占土壤微生物數(shù)量的70%～90%，放線菌、真菌次之。微生物在土壤中的分布狀況與生物化學(xué)活性，一方面反映了土壤因子對(duì)微生物的影響和作用；同時(shí)顯著影響土壤肥力、植物生長(zhǎng)發(fā)育與土壤改良狀況，揭示著土壤發(fā)育的演變規(guī)律[61]。

凍融作用可以強(qiáng)烈影響微生物活性和微生物群落組成[52，62-65]。以細(xì)菌種群為例，劉利對(duì)川西亞高山/高山森林群落土壤的研究結(jié)果表明，在季節(jié)性土壤凍結(jié)過程中，細(xì)菌類群數(shù)量明顯降低，細(xì)菌類群的豐富度及多樣性也顯著降低，溫度的急劇下降改變了土壤細(xì)菌群落的結(jié)構(gòu)[66]。主要原因是：一方面不耐低溫的細(xì)菌類群可能在凍結(jié)過程中死亡，另一方面耐受低溫型的細(xì)菌類群得以存活，并保持一定的活性[59-60，67]。而在整個(gè)微生物群落中，凍融循環(huán)能夠改變微生物的代謝群落，夏季以細(xì)菌為主，冬季則轉(zhuǎn)以真菌為主[56，68]。王懷玉等對(duì)亞高山冷杉林土壤微生物的研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過1個(gè)季節(jié)性凍融后，土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量顯著減少，真菌數(shù)量明顯增加，同時(shí)，土壤真菌/細(xì)菌比值有所增加[69]。這是因?yàn)檎婢^細(xì)菌對(duì)低溫的抗性更強(qiáng)[70]，一方面真菌可以依靠其發(fā)達(dá)的菌絲系統(tǒng)利用更廣范圍的資源以調(diào)節(jié)胞內(nèi)環(huán)境，從而更能適應(yīng)土壤水熱狀態(tài)的改變，另一方面凍融循環(huán)可能通過其機(jī)械作用促使菌絲體分化，增加真菌數(shù)量，相關(guān)研究還需要進(jìn)一步深入[71]。但也有一些研究持不同觀點(diǎn)，例如，Staricka等對(duì)極地苔原微生物的研究發(fā)現(xiàn)，在多次單日尺度（白天2 ℃，9 h；晚上-4 ℃，15 h，18個(gè)循環(huán)）凍融循環(huán)后，微生物C/N的值降低，表明微生物群落優(yōu)勢(shì)種從真菌逐漸轉(zhuǎn)向細(xì)菌[72]；Schimel等根據(jù)TGGE分析方法，得出凍融循環(huán)對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)沒有影響[73]；Beare也認(rèn)為，凍融變化有時(shí)并不會(huì)引起土壤細(xì)菌和真菌豐富度的變化[74]。

4凍融對(duì)微生物量的影響

土壤微生物量是活體微生物的生物量，是活體微生物數(shù)量的直接體現(xiàn)[75]。在整個(gè)凍融循環(huán)期間，微生物量的變化可能經(jīng)過以下階段：（1）凍融初期，低溫直接殺死相當(dāng)部分土壤微生物，導(dǎo)致土壤微生物量下降[76-77]，Mikan等研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)土壤溫度降到-10 ℃以下時(shí)，微生物量迅速下降[78]。但微生物量不會(huì)隨著凍結(jié)持續(xù)下降，因?yàn)榇婊钕聛淼奈⑸锾貏e是低溫嗜冷微生物[79]，從土壤團(tuán)粒、植物根系和凋落物以及死亡微生物釋放的養(yǎng)分中得到有效基質(zhì)，以維持其生存[10]。（2）土壤融化初期，微生物量急劇增加，這是由于土壤融化時(shí)釋放出凍結(jié)期積累養(yǎng)分，增加土壤中的有效基質(zhì)，從而激發(fā)微生物的快速生長(zhǎng)繁殖[75-76]。（3）但是，這種微生物的增加不會(huì)持久。一方面，隨著融化過程中的淋溶流失和復(fù)蘇植物的吸收利用，土壤中的有效基質(zhì)被快速消耗，限制微生物量的持續(xù)增加[80-81]。另一方面，自然環(huán)境中雪被融化導(dǎo)致土壤含水量劇烈變化，微生物細(xì)胞內(nèi)水分和土壤自有水之間的水勢(shì)失衡可能導(dǎo)致微生物細(xì)胞死亡，又降低土壤中的微生物量[76]。

Schimel等研究認(rèn)為，凍融交替使微生物死亡，降低土壤中微生物數(shù)量[73]。Walker等認(rèn)為，在最初幾個(gè)凍融循環(huán)中，土壤微生物中氮含量顯著下降，隨后有所升高[31]。楊思忠等認(rèn)為，變溫幅度稍大的凍融循環(huán)可顯著降低微生物數(shù)量，但凍融循環(huán)過程釋放的養(yǎng)分也利于微生物生長(zhǎng)，使微生物數(shù)量增加[21]。而Grogan等研究發(fā)現(xiàn)，凍融對(duì)土壤微生物量沒有顯著影響或影響不大[55-56]，這與Koponen等的研究結(jié)果[79]一致?？梢?，凍融循環(huán)對(duì)土壤微生物量影響的研究結(jié)果還具有很多不確定性，亟待深入研究。

5展望

微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)中極其重要和最為活躍的部分，是地上和地下生態(tài)系統(tǒng)聯(lián)系的紐帶和橋梁，在土壤養(yǎng)分循環(huán)、系統(tǒng)穩(wěn)定性、抗干擾能力以及可持續(xù)利用中占主導(dǎo)地位，控制著土壤生態(tài)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵過程[82-83]。由于其生長(zhǎng)繁殖迅速，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)水熱條件和氣候等自然條件的變化反應(yīng)敏感，所以研究?jī)鋈谧饔脤?duì)微生物的影響可以反映出多方面的問題。從微觀方向來看，微生物在分子細(xì)胞、基因蛋白質(zhì)等水平上對(duì)低溫凍結(jié)或凍融作用的反映機(jī)理，一方面代表了生命對(duì)于環(huán)境的極限適應(yīng)能力，有助于深入探討生物在逆境中的進(jìn)化問題，另一方面也從內(nèi)部解釋了微生物在凍融條件下的死亡、休眠以及生理生化功能的改變。從宏觀方向來看，目前全球變暖已經(jīng)成為不爭(zhēng)的事實(shí)[84]，由此引起的季節(jié)性凍融變化必然直接或間接作用于生態(tài)系統(tǒng)地下/地上部分，而這些直接或間接的作用大多數(shù)都是通過微生物的活動(dòng)進(jìn)行的。盡管已有許多研究結(jié)果證明了凍融對(duì)土壤微生物的影響[52，62-65]，但也有研究持不同的觀點(diǎn)[56，65，85]。這可能是由于試驗(yàn)控制技術(shù)很難模擬自然環(huán)境，也可能由于地域環(huán)境條件不同，還有可能是微生物自身類群不同而導(dǎo)致的差異，其具體原因及反應(yīng)機(jī)理都有待進(jìn)一步研究。

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