土壤酶学研究进展论文
用生物化学技术能快速地检测土壤酶活性，使土壤酶学研究在60年代后期至80年代比较热门，其中尿酶、磷酸酶、脱氢酶在土壤中的含量和变化规律研究较多。但土壤酶测定方法用于土壤微生物研究的一个致命弱点是不能直接的反映土壤实际微生物状况。Visser等对酶检测用于土壤微生物群落和土壤质量评价提出了怀疑。Skujins(1978)认为脱氢酶本身的生物化学特征决定了它不可能以胞外酶状态存在于土壤中。为了解决土壤酶测定中的评判问题，Beck（1984）提出了土壤微生物如微生物量（microbialbiomass）、还原酶（reductase）、水解酶（hydrolase）的适宜指标，然而，这些指标从来没有被广泛采用。Beck（1984）和Trasar-Cepedaetal.（1998）认为把酶用于土壤质量评价指标是值得怀疑的，而且缺乏常规可行的酶测定手段，存在药品昂贵等问题[7，8]。Community-levelphysiologicalprofiling(CLPP)是由GarlandandMills（1991）提出的另一种酶分析方法，微生物群落降解95种不同单一碳源的能力可一次分析，其中BIOLOGGN微平板较多应用于研究土壤和环境微生物区系。作者采用BIOLOGGN微平板培养分析施用生态有机肥对土壤微生物多样性和番茄青枯病的影响，结果表明，连作地施用生态有机肥后，番茄青枯病显著降低，土壤微生物多样性显著提高。由于真菌、放线菌的代谢反应不能分解四氮叠茂，此方法只能检测微生物群落细菌（主要是革兰氏阴性菌）中快速生长的那部分微生物信息。不同的微生物对同一碳源的利用能力是有差异的，微生物对不同单一碳源的代谢指纹差异并不能简单地归纳为微生物群落数量和结构的差异，而且土壤微生物在BIOLOG系统中生长时，由于温育环境的改变引起微生物对碳底物实际利用能力的改变，同时在温育过程中存在适应性问题如代谢补偿、代谢适应等。但CLPP方法因快速、简便而受到人们的欢迎，因而有专用于土壤和环境微生物生态研究的生态微平板（EcoPlates）（Insam，1997）。土壤酶测定方法至今没有一个标准的参数和测定标准，不能对土壤微生物生态功能一个准确的答案，若要充分分析土壤特征，了解不同土壤之间的差异，一定要与其他的方法相配合。 土壤微生物是土壤生态系统中库（pool）和流的一个巨大的原动力。土壤酶测定一般要在适宜的条件下测定，不能作为土壤物流的原位评价。库和流的计算对土壤微生物学家来说很重要，测定土壤微生物呼吸（CO2的释放量），是较好的微生物群落总代谢活性指标。N、NO3输入引起土壤酸化，甚至引起地下水的N污染。氮的分配（N2O、NO等）对气候变化和臭氧层破坏有极大影响，生物固氮对缓解矛盾有重要的意义，同时也提高农作物产量和减少人类饥饿。从1970年以来，共生和非共生固氮研究很热烈。土壤微生物学家应用分子生物学技术在转基因作物和转基因工程菌方面研究，大大提高了生物固氮效果。许多传统方法，如N矿化测定，硝化潜力或用于反硝化测定的乙炔抑制方法仍然广泛使用。应用15N放射性标记方法可详细地了解土壤中或土壤微生物群落中的N分配和去向。土壤具有复杂的空间异质性，大多数养分流测定方法不适于田间测定，局限于实验室模拟，目前有较好的地理信息系统软件来统计和分析这些数据。Bruckner等（1999）测定土壤理化和生物指标，研究了温带松果类森林土壤的的空间差异，发现土壤中某些养分转化过程需要在一定的生态点进行，如仅在一定团粒粒级范围内进行。Rasiah等（1999）研究发现不同农业措施会引起土壤紧实度、质地和有机质特性变化。Stenberg等（1998）研究26种不同性质土壤的微生物状况，也证明土壤有巨大的异质性。
什么是土壤酶？ 土壤是一个活的生态系，这个体系的一切生化过程都是在酶的作用下进行的。土壤酶是指土壤微生物、植物根系和土壤中其他生物细胞产生的胞内酶和胞外酶的总称。 土壤酶从哪里来？ 1. 植物根系分泌 植物的根系本身是会分泌土壤酶的，以便更好的吸收营养。 2. 微生物释放分泌 一些微生物是可以分泌酶的，可以促进植物根系更好的发育。 3. 土壤动物区系释放 通过动物区系所释放的土壤酶较少，例如蚯蚓的粪便里就有土壤酶。 4. 动植物残体释放 残枝落叶，以及死亡的动物、微生物都可以释放土壤酶。土壤酶有哪些？ 总的来说土壤酶有6大类 1. 氧化还原酶类 2. 水解酶类 3. 转移酶类 4. 裂解酶类 5. 合成酶类 6. 异构酶类 一般目前研究最多的是前4种酶类，而土壤中的氧化还原酶类和水解酶类是存在最为广泛的两种酶类。 土壤酶有什么作用？ 1. 土壤酶参与各种代谢过程和能量转化 土壤酶是土壤的组成成分之一。土壤中土壤酶的活性反映了土壤中进行的各种生物化学过程的动向和强度，虽然数量少，但是作用非常强大。 2. 土壤酶是评判土壤肥力的重要指标 土壤质量核心是土壤生产力，其基础是土壤肥力，土壤酶的活力高低是评判土壤肥力的重要指标。它反映了土壤中养分的转化能力以及土壤中生物活性的大小，它参与土壤中各种代谢过程和能量转化，是土壤生物化学特征的重要组成部分，是评价土壤肥力的一项重要指标。 3. 加速土壤中有机质的转化 土壤酶可以促进土壤中腐殖质和有机无机胶体的形成，这样可以更多的形成团粒结构，并且还可以将大分子的物质形成植物可以吸收利用的最小单位。比如脲酶能促进土壤中的含氮有机化合物——脲素分子的酰胺肽键的水解，生成的氨是植物氮素营养来源之一；磷酸酶能促进有机磷化合物的分解，为植物提供有效的磷素；铁、锰还原酶能酶促土壤中铁、锰的转化以便利于植物吸收。 4. 解毒 我们都知道作物在连作过程中会积累一定的自毒物质，土壤酶可以分解这些对植物根系和土壤微生态环境有害的物质；另一方面，过氧化氢酶还可以分解在土壤中所有生物呼吸过程中所生成的过氧化氢，减轻过氧化氢对植物的危害。 5. 帮助作物更好的吸收养分 土壤酶可以将矿质元素从土壤胶体中争夺出来，变成可溶性的、具有移动性的养分供植物吸收利用。地驰素—为土壤添加动力！ 地驰素®是荷兰进口园艺级产品， 是以易普润IPE技术为基础研发，契合SOIL ENZYMOLIGY（土壤酶学），积极进行筛选和测试不同分子和物质的新一代有机液体水溶肥。 易普润IPE技术可以释放固化磷，预防磷固化，具有很好的兼容性和混配性。 地驰素中 含有的60种土壤酶，涵盖了土壤中最重要的氧化还原酶类和水解酶类 ，可以有效补充土壤酶，增强土壤酶的活性，保证土壤当中的各种生态平衡。 本品利用 核心技术有效抵御高盐值对根系的危害 ，长时期使用能够有效降低土壤中的钠离子和氯离子，从而降低土壤盐度值。 此外，地驰素®具有活化中微量元素的功效，能够促进中微量元素的吸收利用，可 改良土壤结构，长期使用可使土壤更疏松 。 地驰素®富含多种天然源生物刺激剂，能促进作物自身各种酶类物质合成，刺激根系生长，提高养分吸收效率和光合效率，增强作物抗逆能力，激发植物生长潜能。 地驰素——为作物更好的生长构建健康的土壤！
土壤养分研究进展论文
关于土地的研究评价工作，涉及土地资源评价和土壤质量研究两大方面。国外和国内在这方面的研究互有借鉴，也各具特点。
(一)土地资源评价方法研究进展
1.国外土地评价方法
土地评价的目的就是为合理利用土地、发展经济提供科学依据。根据评价过程和指标的不同，土地评价方法分为三大类。第一类是定性方法，第二类是定量方法，第三类是介于前二者之间的半定量土地评价方法。国际上典型的定性化土地评价方法有以美国为代表的土地潜力评价和联合国粮农组织的土地适宜性评价；定量化土地评价方法主要有模型方法和系统动力学方法；半定量土地评价有参数方法和生态带(区)方法。
1)土地潜力评价方法。1961年美国对土地潜力进行了评价分类。该土地潜力分类系统首先按土地的用途区分为野生、林业、牧用和农用四类，再根据土地潜力影响因子的限定性和障碍性程度将土地分为八级(表2-1、图2-1)。
2)土地适宜性评价方法。1976年，联合国粮农组织(FAO)发布了土地适宜性评价(《A Framework for Land Evaluation》)。FAO土地适宜性评价分类系统将土地分为适宜和不适宜两大类，又按适宜程度和限制性因子分为纲、级、亚级、单元四级(表2-2)。由表2-2可以看出，FAO土地适宜性评价分类系统仅仅是一个评价框架，评价结果的详略程度可以根据地区条件和评价要求的不同而定。
表2-1 美国的土地潜力分类系统Table 2-1 Land potential classification system of the USA
图2-1 美国的土地潜力分类示意图
图中Ⅰ—Ⅷ表示土地分级
Land potential classification sketch map of the USA
表2-2 联合国FAO土地适宜性评价分类系统Table 2-2 Classification system of the FAO of the UN for estimating land applicability
3)农业生态区方法(AEZ)。1978年，联合国发布的农业生态区方法(AEZ)是把一个土地区域划分为具有相同性质的很小的土地单元，评价土地适宜性、土地潜力和环境影响的方法。农业生态区是依气候、地形、土壤、土地覆被来定义的土地资源单位，每个区内对土地利用来说具有特定的潜力和限制性范围；农业生态单元(AEC)是由地形、土壤、气候特征组成的最小单元，是农业生态区法的基本单元。其基本工作程序是：第一步，确定土地利用方式及其生态要求，即确定土地利用方式和土地利用方式的生态要求；第二步，从土壤和地形、气候、土地利用或土地覆被现状、行政区等方面开展土地资源调查工作，并结合农业生态区根据土地特性和质量划分农业生态单元；第三步，根据自然产量，划分土地等级。
4)持续土地利用管理评价。1993年，联合国FAO发布了《持续土地利用管理评价纲要(An International Framework for Evaluating Sustainable Land Management)》(FESLM)。该评价方法遵循生产性(productivity)、稳定性(security)、保护性(protection)、经济可行性(viability)和社会接受性(acceptability)等五个评价准则(pillars)。FESLM指标分为自然方面、生物方面、经济方面、社会方面的指标共四大类。各类指标详尽而复杂，例如《无灌溉农业土地评价指南》中自然方面的指标包括太阳辐射、温度、有效给水状况、根层有效给氧状况(排水)、有效给养状况、养分保持能力、扎根条件、影响发芽与成苗的条件、影响生长的空气湿度、成熟条件、洪水风险、气候风险、盐碱化、有毒物质、病虫害、土壤可使用性、机械化潜力、土地预备与清理要求(植被/杂草)、存储与加工条件、影响生产时间安排的条件、生产单元内的可达性、潜在管理单元大小、区位、侵蚀风险、土壤退化风险等等。
5)模型方法。1990年，根据1989年七国首脑会议的要求，经济合作与发展组织(OECD)启动了生态环境指标研究项目，创立了“压力-状态-响应”(PSR)模型的概念框架。有关指标见表2-3和表2-4。
表2-3 压力-状态-响应模型的部分指标Table 2-3 Part of the indexes of the pressure-condition-reaction model
表2-4 环境性状相关指标(EPI)Table 2-4 Relative environmental properties index
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2.国内土地评价方法
我国古代对土地分类定级的工作开始较早，如禹贡时代将土地分为9等，战国时代将土地分为3等18类共90种，宋朝、明朝、清朝分别将土地分为5等、13等和4等。我国现代土地分类定级工作主要涉及三个部门或单位，即农业部、国土资源部和中国科学院南京土壤研究所。
(1)耕地地力调查与质量评价
农业部开展全国耕地地力调查与质量评价的目的在于查清我国耕地土壤养分状况、土壤污染问题。该工作以县为单位，图件比例尺1：5万；耕地基础地力构成要素包括立地条件、土壤条件和农田基础设施条件。立地条件又包括地貌类型、地形坡度和坡向等、成土母质(残积物、坡积物、洪积物、冲积物、湖积物、海积物、黄土母质等)；土壤条件包括土壤剖面与土体构型、土层状况(耕层厚度、有效土层厚度、土体厚度、障碍层深度和厚度等)、耕层土壤理化性状(质地、容重、pH值、交换量、有机质、矿质养分、含盐量、盐分构成、地下水矿化度、碱化度和石灰含量等)、直接污染源的背景值、土壤侵蚀程度；农田基础设施条件包括农田水利工程、水土保持工程、田园化与植被生态建设、土壤培肥水平等。不同类型区的耕地基础地力评价因素应反映地区性特点(表2-5)。
通过全国耕地地力调查与质量评价，将全国耕地类型区系统划分为东北黑土型耕地类型区(水稻土)、北方平原潮土-砂姜黑土耕地类型区、北方山地丘陵棕壤-褐土型耕地类型区(含黄棕壤、黄褐土)、黄土高原黄土型耕地类型区、内陆灌漠(淤)土耕地类型区、南方稻田类型区、南方山地丘陵红黄壤(含紫色土、石灰岩土)旱耕地类型区等7个类型。1996年颁布了农业部行业标准《全国耕作类型区、耕地地力等级划分》，2002年全国农业技术推广服务中心会同有关单位又制定了《全国耕地地力调查与质量评价技术规程》(试行)。由上可知，该评价体系侧重于分类，在土地等级划分上仍然是以粮食产量为标准，没有将自然条件和人为投入体现出来。
表2-5 我国南方耕地基础地力评价因素Table 2-5 Factors for estimating the soil fertility of the farmland in south China
(2)农用地分等定级估价
国土资源部开展的农用地分等定级估价是“新一轮国土资源大调查——土地资源监测调查工程”的重要组成部分，是继土地详查摸清农用地数量和权属后，对农用地质量和价格的大调查，旨在摸清我国农用地质量等级与价格，建立起农用地的等、级、价体系。《农用地分等规程》、《农用地定级规程》、《农用地估价规程》三个行业标准从2003年8月1日起正式颁布实施。
农用地分等技术思路表明，土地等别揭示了生产能力及其分布，包括光温生产潜力(土地质量差异基准面)、自然质量(土地自然条件差异)、开发利用(生产者平均利用水平差异)和综合因素(平均投入产出水平差异)等，等别层次揭示了开发利用潜力。该农用地评价体系具有以下特点：①与土地详查、土壤普查成果相衔接；②综合运用土地自然评价、土地经济评价和土地利用评价的理论与方法；③在全国范围内可比，通过包括光温生产潜力指数、标准耕作制度、产量比系数、指定作物最大产量、最大“产量-成本”指数等国家级参数体系实现；④综合农用地利用现状评价、潜力评价和适宜性评价，将分等和定级结合起来。其不足之处在于没能够开展土壤样品的采样分析，部分数据陈旧。
(3)土壤质量演变规律与持续利用研究
中国科学院南京土壤研究所主持完成的国家重点基础研究计划项目(973项目)“土壤质量演变规律与持续利用”的总体目标是：建立土壤质量指标体系与评价系统，提出土壤质量国家标准的建议方案；评估我国主要类型耕地土壤质量，揭示其演变规律；揭示土壤圈层界面物质交换规律及其对土壤质量的影响机理；创建主要耕地土壤质量的保持与定向培育理论，建立典型耕地土壤质量数据库与咨询系统。主要关注的科学问题包括：①土壤质量的演变机理、分异规律及保持与定向培育理论，着重阐明影响我国土壤质量变化的主要过程、机理和调控理论，以提出均衡土壤养分和提高土壤肥力、调控盐碱和酸化障碍因子，修复污染土壤，减轻土壤侵蚀，有效提高土壤质量的理论依据，为发展土壤资源的持续利用理论奠定基础；②土壤圈层界面物质交换对土壤质量与动植物健康的影响机制，着重阐明土壤圈与水、气、生物及岩石圈层界面的主要物质交换过程、速率、通量及关键因子，揭示土壤圈层界面物质交换的规律，及与土壤质量形成和环境演变的关系，提出土壤质量培育的界面调控理论和途径；③土壤质量指标的表征理论与方法，运用先进的量化表达理论和方法，对遴选获得的表征土壤质量的指标进行赋值、标准化，依据系统研究建立的土壤质量指标体系和评价系统，对土壤质量状况进行评价。
通过重点研究，初步制定了我国主要土壤类型黑土、潮土、红壤、水稻土、菜园土的土壤肥力质量评价指标和土壤健康质量基准。
(二)土壤质量研究进展
1.国外土壤质量评价
土壤质量是土壤在一定的生态系统内，提供生命必须养分和生产生物物质的能力，容纳、降解、净化污染物质和维护生态平衡的能力，影响和促进植物、动物和人类生命安全和健康的能力之综合量度。
土壤质量包括三层内涵和功能：第一，土壤生产力，即土壤提高植物和生物生产力的能力；第二，环境质量，即土壤降低环境污染物和病菌损害的能力；第三，动物健康，即土壤质量影响动植物和人类健康的能力。这三项功能也被称为土壤肥力质量、土壤环境质量和土壤健康质量，有关指标见表2-6、表2-7和表2-8。
表2-6 土壤质量田间描述性指标Table 2-6 Descriptive index of the soil quality in the field
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表2-7 常用土壤质量分析性指标Table 2-7 Common analytic index for soil quality
表2-8 土壤质量和健康状况参数及其与土壤质量的联系Table 2-8 Soil quality and health condition parameters and their relationship with soil quality
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2.国内土壤质量评价
国内关于土壤质量的研究主要集中在土壤背景值、土壤环境容量和土壤环境质量标准研究等三个方面。
(1)土壤背景值调查和研究
土壤环境背景值是指土壤在发育形成过程中，未受或很少受到人为活动的影响，特别是未受或很少受到污染、破坏的情况下，土壤本身固有的化学组成和含量。它基本反映土壤环境原有的物质组成、性质和结构特征。“七五”期间，由国家环境保护局主持、国家教育委员会和中国科学院参与主持的国家科技攻关项目“全国土壤环境背景值研究”，是迄今为止最为系统的土壤重金属背景值研究成果。与世界土壤相比，我国土壤的砷、锌、铜含量高于世界均值；汞、锰、钴在世界范围值之中；镉、铬、镍低于世界均值；铅的变异超出世界平均范围。历时16年的全国第二次土壤普查工作，重点对土壤中N、P、K、Fe、Mn、Cu、Zn、B、Mo等9 种营养元素进行了系统测试分析，建立了土壤肥力分级标准。
(2)土壤环境容量研究
环境容量这一概念，大约于20世纪70年代引入到环境科学领域。目前关于土壤环境容量的概念尚在探索之中。一种观点认为，土壤存在一个可承纳一定污染物而不致污染作物的量。一般将土壤所允许承纳污染物质的最大数量称为土壤环境容量。另一种观点认为，土壤环境容量是在不使土壤生态系统的结构和功能受到损害的条件下，土壤中所承纳污染物的最大数量。后者强调必须明确污染物对土壤生态系统的结构和功能的影响，以及系统结构和功能方面的要求。不少国家，如前联邦德国、日本、前苏联、澳大利亚等国家确定了某些污染物的土壤环境污染标准。我国对土壤环境容量研究已有一些报道。
土壤临界容量可用于表征土壤对各种污染物的容纳能力。在获得土壤对污染物的各种生态效应和环境效应，并获得各种单一体系的临界含量后，就可以采用各种效应的综合临界指标得出整个土壤生态系统的临界含量，并作为国家制定环境标准的依据和确定土壤环境容量的依据。表2-9为我国草甸褐土区各单体系的临界含量。
表2-9 我国草甸褐土区各单体系临界含量Table 2-9 Critical content of each system in meadow brown soil area of China
注：*地表径流、地下渗漏水不超标；**时，地表径流、地下渗漏水不超标。(据夏增禄，1986)
用数学模型定量表达土壤环境容量的方法尚在探索之中。目前，常采用的确定土壤环境容量的方法包括土壤静容量和土壤动容量。土壤静容量是根据土壤的环境背景值和环境标准的差值来推算容量的一种简易方法，可由Cs=M(Ci—CBi)表示(式中：M为每亩耕层土壤重量(kg)，Ci为i元素的土壤临界含量(mg/kg)，CBi为i元素的土壤背景值(mg/kg))。这时，现存容量Csp=M(Ci—CBi—CP)，CP是土壤中人为污染而增加的量。另外，土壤环境容量也可用Q=(CK-B)×150粗略估计(式中：Q为基本的土壤环境容量(g/亩)，CK为土壤环境标准值(mg/kg)，B为区域土壤背景值(mg/kg))。
土壤是一个开放的物质体系，污染物可进入土壤，也可以输出。土壤动容量是根据污染物的残留来计算土壤的环境容量。假定年输入量为Q，年输出量为Q′，若Q大于Q′，则残留量为Q-Q′。随着时间的推移，残留量也不断地增加，造成积累。累积率(K)为残留量(Q-Q′)与输入量Q之比，则n年内土壤污染物累积总量AT(含当年输入量)为AT=Q+QK+QK2+…+QKn，而n年内的污染物残留总量RT(不含当年输入量)则为RT=QK+QK2+…+QKn。当年限n足够长时，QKn趋于零，AT达到最大极限值。因此，污染物在土壤中的年累积量为AT′=K(B+Q)(式中：ATˊ为污染物在土壤中的年累积量(mg/kg)，K 为土壤污染物年残留率(%)，B 为污染物的区域土壤背景值(mg/kg)，Q为土壤污染物的年输入量(mg/kg))。假定每年残留率(K)相同、年输入量相同，则n年内土壤的总累积量为AT=BKn+QK 。从式中可以看出，年残留率K值的大小，对计算结果影响很大。不同地区的土壤，不同的污染物，其K 值也有差异，需通过试验求得。利用这种计算方法，可预测某污染物累积达到区域的环境标准所需要的年限。
(3)土壤环境质量标准研究
为贯彻《中华人民共和国环境保护法》，防止土壤污染，保护生态环境，保障农林生产，维护人体健康，我国于1995年制定颁布了土壤环境质量标准(GB15618—1995)(表2-10)。该标准按土壤应用功能、保护目标和土壤主要性质，规定了土壤中污染物的最高允许浓度指标值，用于农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场、林地、自然保护区等的土壤。该标准根据土壤应用功能和保护目标，将土壤划分为三类：Ⅰ类主要适用于国家规定的自然保护区(原有背景重金属含量高的除外)、集中式生活饮用水源地、茶园、牧场和其他保护地区的土壤，土壤质量基本保持自然背景水平；Ⅱ类主要适用于一般农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场等土壤，土壤质量基本上对植物和环境不造成危害和污染；Ⅲ类主要适用于林地土壤及污染物容量较大的高背景值土壤和矿产附近等地的农田土壤(蔬菜地除外)，土壤质量基本上对植物和环境不造成危害和污染。
表2-10 土壤环境质量标准值Table 2-10 Environmental quality standard for soils(mg/kg)
注：①重金属(铬主要是三价)和砷均按元素量计，适用于阳离子交换量＞5cmol(+)/kg的土壤，若≤5cmol(+)/kg，其标准值为表内数值的半数；②水旱轮作地的土壤环境质量标准，砷采用水田值，铬采用旱地值。
该标准规定，一级标准为保护区域自然生态、维持自然背景的土壤环境质量的限制值；二级标准为保障农业生产、维护人体健康的土壤限制值；三级标准为保障农林业生产和植物正常生长的土壤临界值。各类土壤环境质量执行标准的级别规定为：Ⅰ类土壤环境质量执行一级标准；Ⅱ类土壤环境质量执行二级标准；Ⅲ类土壤环境质量执行三级标准。
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土壤呼吸的研究进展论文
陆地生态系统碳循环、碳源汇格局及其驱动机制，以及陆地生态系统的固碳潜力及其可持续性是当前国际气候变化科学界广泛关注的前沿科学问题。目前，国际上关于生态系统碳固持潜力及其维持机制认识明显不足，尤其是对土壤系统的关键碳过程及其稳定性变化，导致陆地生态系统碳汇潜力的评估结果存在着极大的不确定性。因此，迫切需要深入开展陆地生态系统碳循环机制、关键过程和碳源汇格局及其驱动力机制的研究，藉以增强对全球气候变化和生态系统管理对陆地生态系统固碳潜力及其不确定性的科学认识。过去几十年，生态学家们在全球范围内针对气候变化、土地利用对碳循环时空动态的影响开展了大量的研究，认为陆地生态系统在调节全球碳平衡和减缓全球气候变化中起着重要作用。20世纪80—90年代，全球陆地生态系统每年净吸收1—4Pg (1Pg =1015g)的碳，这抵消掉了约10%—60%的化石燃料燃烧释放的碳。但仍不能确切解释碳排放与碳吸收的收支不平衡的现象，这中间存在一个巨大的未知汇。陆地生态系统碳汇的时空分布及其不确定性，主要缘于陆地生态系统类型的多样性、结构复杂性、时空分布的异质性，以及陆地生态系统和气候变化之间相互作用的关系复杂性和人类活动对陆地生态系统的干扰，还有碳储量、碳汇的监测与评估的方法学等等，造成了陆地生态系统碳汇及其变化的不确定性。关于陆地生态系统最大碳汇的阈值尚未科学定论。经典生态学理论认为与非成熟森林相比，成熟森林作为碳汇的功能较弱，甚至接近于零，“成熟森林碳循环趋于平衡”是现今大量生态学模型的基础。而我国中科院华南植物园周国逸博士研究团队通过25年持续观测, 发表在2006年《科学》杂志的研究成果，揭示我国南亚热带成熟的老林龄在1979－2003年SOM浓度平均每年增加，SOM储量增加吨/年/公顷，即成熟森林土壤可持续积累有机碳。国际著名期刊《科学》和《自然》认为该研究奠定了成熟森林作为新的碳汇的理论基础，有力地冲击了成熟森林土壤有机碳平衡理论的传统观念，将从根本上改变学术界对现有生态系统碳循环过程的看法。这一发现有可能将从根本上颠覆学术界对现有生态系统碳循环过程的理论，对全球碳循环研究产生深远影响。北京大学城市与环境学院朴世龙与方精云研究小组及合作者在2009年《自然》杂志上发表的研究成果，采用土地利用和资源清查数据、大气CO2浓度观测数据、遥感数据以及气象数据，并结合大气反演模型和基于过程的生态系统碳循环模型，综合研究了中国陆地碳汇/源的时空格局及其机制，得出中国陆地生态系统是个碳汇。但是，我国中高纬度的北方地区并不是陆地碳汇，而陆地碳汇却发现主要分布在南部，主要缘于大规模造林和灌丛植被的恢复重建形成的碳汇。这一结论与国际社会普遍认为北半球中高纬度地区是陆地生态系统的碳汇的结论并不一致，再次表明了陆地生态系统碳汇的时空变异性及不确定性。上述两项标志性的研究成果，显示出我国生态学研究对全球变化科学的贡献，科学阐述了中国陆地生态系统在中国乃至全球碳平衡中的巨大作用，也得到了国际社会的普遍赞誉。中国还将继续推进生态建设和加强陆地生态系统的有效管理，以扩大和增强陆地生态系统的碳汇潜力。在中国应对气候变化的国家方案中，确定了继续实施林业生态建设工程，扩大森林面积，力争实现森林碳汇数量比2005年增加约亿吨二氧化碳的目标。胡锦涛主席代表中国政府在2009年联合国大会上庄严承诺，中国将在2020年前，再净增森林面积4000万公顷，增加林木蓄积13亿立方米，藉以实现中国对增加全球碳汇的贡献(初步估计可增加碳吸收亿吨亿吨，折合二氧化碳亿吨亿吨)。然而，大规模植被建设需要相应匹配的水资源支持，水资源的有效性与时空变化的异质性必然影响陆地生态系统的固碳潜力，以及产生固碳能力的不确定性。因此，区域植被建设的水、碳平衡及其调控将成为关注的核心问题。包括IPCC报告在内的相关研究显示，陆地生态系统碳收支的最大不确定性在于土壤碳储量和变率的科学估算。Johnston et al. (2004) 发表在《生态环境前沿》的文章将土壤系统的研究面临的挑战概述为两个主要方面：1）土壤系统的结构和过程我们无法直接观察到，地上系统的研究方法（遥感方法等）无法直接应用到土壤系统；2）土壤是一个动态系统，随地下环境的改变而变化。土壤系统是由植物、微生物和动物的残体和代谢产物共同构成的一个复杂的混合体，并且土壤系统包含了固体、液体和气体三种基质。对土壤系统这个复杂的“黑箱”的各个组分分解研究的同时，它的功能也会发生变化。土壤碳储量和动态变化的科学估算的准确性受限于研究者对关键的土壤过程理解程度和土壤系统和全球变化之间相互作用的复杂性。因此，研究者需要清楚掌握控制土壤有机碳化学性质、形成过程和稳定固持的关键机制，并且包括增加土壤固碳潜力和持续固碳能力的技术和方法。Johnston et al. (2004) 总结了当前土壤碳研究需要重视的几大关键问题：1）目前受土壤容重测定方法的限制，土壤容重测定的准确度较低，导致目前对土壤碳储量的计算误差；2）准确计算源于根系的土壤碳库需要深入了解根系生命周期的动态过程，而目前的方法尚需改进和提高；3）考虑根系、土壤微生物和土壤动物在历史过程中的协同进化效应，有助于理解当前的土壤碳循环过程；4）土壤动物是调控土壤碳动态的关键因子。需加强在全球变化背景下，土壤动物入侵对土壤碳动态影响的研究；5）随城镇化的加快和湿地面积的减少，土地利用方式的改变对土壤碳过程的影响需要考虑；6）需要获取更全面的有关全球变化造成的极端气候，如干旱、火灾和土壤侵蚀等，对土壤碳储量和碳动态产生影响的数据和信息。基于上述陆地生态系统土壤碳关键过程和机制研究面对的挑战和问题，未来的研究需要改进现有的测定技术，如采用地面穿透雷达、激光分解波谱、13C核磁共振和热解质谱测量等土壤原位和非破坏性分析的技术和手段。综合人工调查数据、网络长期监测数据和建模等研究方法，并且整合生态学、地球化学和化学等领域的技术和资源，以减少对陆地生态系统土壤碳储量和变率的科学估算的不确定性，建立与人类经济社会发展相协调的土壤持续固碳的管理体系。人类活动已经明显的改变了全球碳循环。森林作为陆地上最大的生态系统，在调节全球碳循环的过程中具有重要的作用。如何通过森林经营管理增强森林减缓和适应气候变化的能力是当前国际上关注的焦点。土壤是陆地生态系统最大的碳库，土壤碳储存与释放的平衡发生微小变化即会对温室气体产生很大影响。森林保护、恢复、造林再造林等经营管理措施可以直接影响森林生物量碳库，并且能够通过改变凋落物数量和化学性质及土壤有机质分解影响土壤碳库。综合已有的研究结果，维持森林的高生产力带来的碳输入，并且避免由于土壤干扰等造成的碳释放是提高土壤碳储量和土壤持续固碳能力的有效森林经营管理方式。但是，土壤有机碳是由不同有机组分构成的高异质性混合体，结构的差异决定了性质的不同，并且碳稳定地固持在土壤中是一个漫长而又复杂的过程，关于森林经营管理对土壤固碳潜力和持续固碳能力的影响仍有很多不确定性。目前的研究较多的关注了森林生态系统管理对土壤有机碳储量的影响，而对土壤碳是否能稳定并持续的固持及其维持机制的研究较少。综合研究森林经营管理对土壤有机碳储量、化学组成及其稳定性的影响有助于更全面地评价森林生态系统的可持续固碳潜力。我国人工林发展十分迅速，人工林面积居世界第一，已经逐渐成为世界森林资源的重要组成部分。提高人工林的碳汇功能和持续固持能力是林业减缓气候变化的重要途径之一，并在京都议定书中予以肯定。目前，国内外人工林均存在树种单一，特别是人工针叶纯林所占比例较大，生态稳定性较差和生态服务功能低等亟待解决的问题。欧洲国家近年来主要通过增加阔叶树比例和采用近自然林经营模式改造人工林藉以提高人工林的多样性和生态稳定性。世界范围内热带地区也正通过造林再造林及可持续森林管理恢复退化的土地。因而，如何通过合理的森林经营模式，包括造林树种的选择、林分抚育和采伐措施等，提高人工林的经济、社会效益并且获得最大化的固碳潜力成为国内外关注的焦点。在中国广西，我们选择了树龄25a的马尾松、红锥、火力楠和米老排4类主要的亚热带人工林类型，研究了不同造林树种对土壤碳储量，碳库稳定性和温室气体排放的影响。预期从森林土壤固碳潜力和持续固持能力考虑，为在亚热带地区筛选造林树种提供科学依据。研究结果表明：（1）不同树种对土壤碳储量的影响仅表现在土壤表层（0-10 cm）；（2）马尾松林土壤碳储量比红锥、火力楠和米老排林分别低11%、19%和18%；（3）13C核磁共振波谱显示马尾松林土壤碳的稳定性高的组分比例明显高于红锥、火力楠和米老排林；（4）马尾松林比其他三种阔叶林具有较低的土壤CO2和N2O排放速率，并且具有较高的土壤CH4吸收速率。以上结果说明红锥、火力楠和米老排3种阔叶林虽然比马尾松林有较高的土壤碳储量，但土壤碳的稳定性较低并且土壤温室气体排放较高。因此，在我国亚热带地区，从森林土壤的固碳潜力和持续固持能力考虑，马尾松等人工针叶林应该与人工阔叶林均衡发展，空间上合理配置森林类型，维持适宜的森林景观多样性，森林的经营管理需要综合考虑树种对土壤碳储量及其稳定性的影响。很多研究表明随林龄升高，土壤表面碳通量随之改变。事实上，在研究林龄与土壤呼吸的关系时，大多数研究只测定了总的土壤呼吸通量，而较少研究区分了自氧和异氧呼吸对土壤总呼吸的贡献。然而，根呼吸占土壤呼吸的比例是不可忽视的，占到了土壤呼吸总量的10-90%。另外，目前大多数的土壤呼吸模拟模型并未分别估计土壤呼吸中的自氧和异氧组分，而近来有研究表明，土壤呼吸中自氧和异氧呼吸具有不同的温度敏感性，也就是两个组分对气候变化的响应是有差异的，因而有必要对两种组分进行区分研究。通过区分土壤呼吸不同组分，不仅可以阐明土壤呼吸随林龄的变化规律，还可以进一步阐明土壤呼吸随林龄的变化规律是由土壤呼吸中哪个组分的贡献起到了更关键的作用。因此，了解不同林龄土壤呼吸的控制因素对于估计中国森林碳收支具有重要意义。通过暖温带地区典型群落锐齿栎年龄序列（幼林，中龄林，成熟林，过熟林）土壤自氧和异氧呼吸研究发现：1) 各林龄根系呼吸的时间变异同异氧呼吸一样，可以很好的被土壤温度所解释。但不同林龄根系呼吸的季节格局存在差异，即不同林龄间物候特征可能存在差异；2) 不同林龄土壤自氧，异氧呼吸存在显著差异。土壤总呼吸随林龄增加而增加。土壤异氧呼吸也随林龄增加而增加；3）土壤表层的轻组有机碳库很大程度上解释了土壤异氧呼吸的空间变异。我们没有发现细根生物量与根系呼吸很好的相关性，但土壤基础呼吸很大程度上依赖于细根生物量，表明根际对土壤呼吸的影响；4）异氧呼吸表面温度敏感性高于自氧呼吸，表明该地区土壤微生物呼吸对未来气候变化将更加敏感；5）林龄增加造成了成熟林和过熟林土壤毛管空隙度的降低，一定程度上解释了这两种林龄较高的土壤呼吸通量，尤其在土壤水分含量较高时解释程度更高。以上结果表明，组分分离在评价林龄对土壤呼吸影响时的重要性；该区土壤异氧呼吸对未来全球变暖响应较自氧呼吸更加敏感。通过以上研究，了解了部分典型的森林管理模式下土壤固碳潜力和持续固碳能力的变化规律，增强了对我国陆地生态系统固碳潜力评估的不确定性的理解。但是，对我国陆地生态系统管理影响土壤碳截获的关键科学问题仍需进一步地深入探讨专家简介：中国林业科学研究院副院长、研究员，森林生态学首席专家，博士生导师，长期从事森林生态系统与森林景观生态学研究，涉及生产力生态学、养分循环、恢复生态学、生态水文学和全球变化对森林影响机制等方面研究。国家级垮世纪学术技术带头人,国家杰出青年基金获得者。曾取得过国家科技进步二等奖二项、省部级科技进步三等奖三项，获第四届中国林业青年科技奖，主编或参编的学术专著有10部，在国内外发表学术论文120余篇。
牛书丽, 韩兴国, 马克平, 万师强. 2007. 全球变暖与陆地生态系统研究中的野外增温装置. 植物生态学报.孙双峰，黄建辉，林光辉，韩兴国. 2006. 三峡库区岸边共存松栎树种水分利用策略比较. 植物生态学报.熊小刚，韩兴国. 2006. 内蒙古退化草原中与小叶锦鸡儿相关的小尺度土壤碳、氮资源异质性动态. 生态学报.熊小刚，韩兴国. 2006. 资源岛在草原灌丛化和灌丛化草原中的作用. 草业学报.熊小刚，韩兴国. 2006. 运用状态与过渡模式讨论锡林河流域典型草原的灌丛化. 草业学报.何念鹏, 韩兴国, 潘庆民. 2005. 植物源VOCs及其对陆地生态系统碳循环的贡献. 生态学报.黄建辉, 林光辉, 韩兴国. 2005. 不同生境间红树科植物水分利用效率的比较研究. 植物生态学报潘庆民，白永飞，韩兴国，杨景成. 2005. 氮素对内蒙古典型草原羊草种群的影响. 植物生态学报.孙双峰, 黄建辉, 林光辉, 赵威, 韩兴国. 2005. 稳定同位素技术在植物水分利用研究中的应用. 生态学报熊小刚, 韩兴国, 鲍雅静. 2005. 试论我国内蒙古半干旱草原灌丛沙漠化的研究. 草业学报.熊小刚, 韩兴国. 2005. 内蒙古半干旱草原灌丛化过程中小叶锦鸡儿引起的土壤碳、氮资源的空间异质性分布. 生态学报熊小刚，韩兴国，周才平. 2005. 平衡与非平衡生态学下的放牧系统管理. 草业学报.杨景成，黄建辉，唐建维，潘庆民，韩兴国. 2005. 西双版纳农田弃耕后橡胶园的建立对碳的固存作用. 植物生态学报.张剑，李贵才，刘先华，韩兴国. 2005. 利用草场健康指数监测典型草原的植被退化. 生态学杂志.鲍雅静，李政海，韩兴国，张颖，仲延凯. 2004. 刈割对羊草叶面积指数的影响. 草地学报.陈全胜, 李凌浩, 韩兴国等. 2004. 典型温带草原群落土壤呼吸温度敏感性与土壤水分的关系. 生态学报.陈全胜, 李凌浩, 韩兴国, 董云社，王智平，熊小刚，阎志丹. 2004. 土壤呼吸对温度的响应. 生态学报.陈世苹，白永飞，韩兴国，安吉林，郭富存. 2004. 沿土壤水分梯度黄囊苔草碳同位素组成及其适应策略的变化. 植物生态学报.高英志，韩兴国，汪诗平. 2004. 放牧对草原土壤的影响. 生态学报.高英志，汪诗平，韩兴国，陈全胜，王艳芬，周志勇，张淑敏，杨晶. 2004. 退化草地恢复过程中土壤氮素状况以及与植被地上绿色生物量形成关系的研究. 植物生态学报.潘庆民，白永飞，韩兴国，杨景成. 2004. 内蒙古典型草原羊草群落氮素去向的示踪研究. 植物生态学报.潘庆民，白永飞，韩兴国，张丽霞. 2004. 羊草根茎的贮藏碳水化合物及对氮素添加的响应. 植物生态学报.王常慧，邢雪荣，韩兴国. 2004. 草地生态系统中土壤氮素矿化影响因素的研究进展. 应用生态学报.王常慧，邢雪荣，韩兴国. 2004. 温度和湿度对我国内蒙古羊草草原土壤净碳矿化的影响. 生态学报.王建柱，林光辉, 黄建辉, 韩兴国. 2004. 稳定同位素在陆地生态系统动-植物相互关系研究中的应用. 科学通报.熊小刚，韩兴国，陈全胜，米湘成. 2004. 平衡与非平衡生态学在锡林河流域典型草原放牧系统中的应用. 生态学报.杨景成，黄建辉，潘庆民，韩兴国. 2004. 西双版纳不同热带生态系统土壤有机质的光谱学特性. 植物生态学报.袁志友，李凌浩, 韩兴国. 2004. 藜个体在高密度种群中的氮素利用效率. 植物生态学报.陈全胜, 李凌浩, 韩兴国, 熊小刚. 2003. 土壤呼吸的温度敏感度.《植物科学进展》. 第五卷.陈全胜, 李凌浩, 韩兴国, 阎志丹. 2003. 水分对土壤呼吸的影响及机理.生态学报.陈全胜, 李凌浩, 韩兴国, 阎志丹, 董云社. 2003. 土壤呼吸对全球温暖化的响应. 地学前缘.陈全胜, 李凌浩, 韩兴国, 阎志丹，王艳芬，袁志友. 2003. 水热条件对锡林河流域典型草原退化群落土壤呼吸的影响. 植物生态学报陈全胜, 李凌浩, 韩兴国, 阎志丹, 王艳芬, 张焱, 袁志友, 唐芳. 2003. 温带草原11个植物群落夏秋土壤呼吸对气温变化的响应.植物生态学报.韩兴国, 王智平. 2003. 土壤生物多样性与微量气体(CO2,CH4,N2O)代谢. 生物多样性.黄建辉, 韩兴国, 杨亲二, 白永飞. 2003. 外来种入侵的生物学与生态学基础的若干问题. 生物多样性.王智平，段毅，杨居荣，陈全胜，韩兴国. 2003. 青藏高原若尔盖沼泽潜在CH4氧化与生成的分布特征. 植物生态学报.熊小刚, 韩兴国, 白永飞, 潘庆民. 2003. 锡林河流域草原小叶锦鸡儿分布增加的趋势, 原因和结局. 草业学报.熊小刚, 韩兴国, 陈全胜, 潘庆民. 2003. 木本植物多度在草原和稀树干草原中增加的研究进展. 生态学报.熊小刚, 韩兴国, 陈全胜. 2003. 干旱和半干旱生态系统中的沃岛效应. 《植物科学进展》. 第五卷.熊小刚, 韩兴国. 2003. 生态学中的新领域－沃岛效应与草原的灌丛化. 植物杂志.杨景成, 韩兴国, 黄建辉, 潘庆民. 2003. 土地利用变化对陆地生态系统碳贮量的影响. 应用生态学报.杨景成, 韩兴国, 黄建辉, 潘庆民. 2003. 土壤有机质对农田管理措施的动态响应. 生态学报.陈世苹, 白永飞, 韩兴国. 2002. 稳定性碳同位素技术在生态学中的应用. 植物生态学报.李凌浩, 韩兴国, 王其兵, 等. 2002. 锡林河流域一个放牧草原群落中根系呼吸占土壤总呼吸比例的初步估计. 植物生态学报李宪利, 袁志友, 李凌浩, 韩兴国.2002. 葡萄的成花过程及其影响因素. 果树学报.潘庆民, 韩兴国, 白永飞. 2002. 植物非结构性贮藏碳水化合物的生理生态学研究进展. 植物学通报.苏波, 韩兴国, 渠春梅, 李贵才. 2002. 森林土壤氮素可利用性的影响因素研究综述. 生态学杂志.严昌荣, 韩兴国, 陈灵芝, 沈做奎. 2002. 中国暖温带落叶阔叶林中某些树种的13C自然丰度: δ13C值及其生态学意义. 生态学报.张化永, 邬建国, 韩兴国. 2002. 植被的组织有序度及其全球格局. 植物生态学报.韩兴国,崔金钟.2001. 植物科学的回顾与展望.中国科学院院刊黄建辉, 白永飞, 韩兴国. 2001.物种多样性与生态系统功能：影响机制及有关假说. 生物多样性.黄建辉, 韩兴国. 2001.关键种,关键在哪里? 植物生态学报.李贵才, 韩兴国, 黄建辉. 2001.哀牢山木果柯林及其退化植被下土壤无机氮库的干季动态特征.植物生态学报.李贵才, 韩兴国, 黄建辉. 2001. 森林生态系统土壤氮矿化影响因素研究进展. 生态学报. 21(7): 1187-1195.渠春梅, 韩兴国, 苏波, 黄建辉, 蒋高明. 2001. 西双版纳片断化热带雨林常绿乔木幼树水分利用效率的边缘效应研究. 植物生态学报.渠春梅, 韩兴国, 苏波, 黄建辉, 蒋高明. 2001. 云南西双版纳片段化热带雨林植物叶片13C值的特点及其对水分利用效率的指示. 植物学报.苏波, 韩兴国, 渠春梅, 黄建辉. 2001. 东灵山油松纯林和油松-辽东栎针阔混交林土壤氮素矿化消化作用研究. 植物生态学报严昌荣, 韩兴国, 陈灵芝. 2001. 六种木本植物水分利用效率和其小生境关系研究. 生态学报.韩兴国, 严昌荣, 陈灵芝, 梅旭荣. 2000. 暖温带地区几种木本植物碳稳定同位素的特点. 应用生态学报.黄建辉, 陈灵芝, 韩兴国. 2000. 几种常微量元素在辽东栎枝条分解过程中的变化特征. 生态学报黄建辉, 李海涛, 韩兴国, 陈灵芝. 2000. 暖温带两种针叶林生态系统中茎流和穿透雨的养分特征研究. 植物生态学报.渠春梅, 韩兴国, 苏波. 2000. 片段化森林的边缘效应与自然保护区的设计管理. 生态学报.苏波, 韩兴国, 黄建辉, 渠春梅. 2000. 植物的养分利用效率(NUE)及植物对养分胁迫环境的适应策略. 生态学报.苏波, 韩兴国, 李凌浩, 黄建辉, 白永飞, 渠春梅. 2000. 中国东北样带草原区植物δ13C 值及水分利用效率对环境梯度的响应. 植物生态学报.
土壤微生物研究进展论文引言
①土壤微生物的形态、 分类、 生理类群、以及土壤微生物资源的开发和利用；②土壤因素对土壤微生物类群的分布、发育状况以及各类群之间的关系（互利促进或拮抗抑制）；③微生物对土壤中各种物质的转化，包括有机物质的分解、营养元素的转化、土壤中新的有机质的合成以及土壤理化性质的改变；④植物根系对微生物发育和活动的影响、微生物活动对植物营养、生长的利弊（见根际微生物）；⑤土壤微生物和其他生物分泌的各种外酶和这些生物死亡自溶后释放的内酶，对土壤中各种物质转化的活性以及对土壤性质的影响；⑥土壤微生物对污物、污水的净化，对有机农药残毒的降解以及土壤保健的作用；⑦土壤微生物在厌气性分解有机物质中产生沼气的过程。
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二、微生物与人类可持续发展 人类的生存繁衍和可持续发展依赖于良好的生活环境、安全的食品和水源。然而，由于各种各样的原因，人类生存的环境包括土壤、水域、大气受到污染，甚至是严重污染，进而通过植物、动物各级生物链污染人类食物和饮用水。许多环境污染物是人类体内激素的替代物和干扰物，具有类似人类体内激素的生理特性、能干扰内分泌系统的正常生理活动，称之为环境激素。这些环境激素可以严重损伤和破坏男性的生殖能力，明显引发女性乳腺癌等女性疾病，诱发少年儿童的性早熟，引发人类不正常心理情绪与行为。在人类进入 21 世纪之初之际，不得不痛苦地面对自身造成的污染环境，因为环境污染危机已经直接威胁到人类本身的生存繁衍和可持续发展。 1 、微生物与生态环境 保护环境、维护生态平衡以提高土壤、水域和大气的环境质量，创造一个适宜人类生存繁衍、并能生产安全食品的良好环境，是人类生存所面临的重大任务。随着工农业生产的发展和人民对生活环境质量要求的提高，对于进入环境的日益增多的有机废水污物和人工合成有毒化合物等所引起的污染问题，越来越受到关注。而微生物是这些有机废水污物和合成有毒化合物的强有力的分解者和转化者，起着环境 “ 清道夫 ” 的作用。而且由于微生物本身所具有繁衍迅速、代谢基质范围宽、分布广泛等特点，它们在清除环境 ( 土壤、水体 ) 污染物中的作用和优势是任何其他理化方法所不能比拟的。因此正广泛应用微生物来处理有机废水和污物，进行污染土壤的微生物修复。某些微生物也以其本身作为病原或其代谢毒物污染各类环境或食品，危害着人类健康。 利用微生物生产可生物降解塑料替代目前正在大规模使用的非生物降解塑料。 2 、微生物学与农业 农业是人类赖以的最重要的客观基础。微生物学不仅与农业生产密切相关，而且与食品安全和品质改善密切相关。 土壤的形成及其形成其肥力的提高有赖于微生物的作用。土壤中含氮物质的最初来源是微生物的固氮作用。土壤中含氮物质的积累、转化和损失，土壤中有机质尤其是腐植质的形成和转化、土壤团聚结构的形成、土壤中岩石矿物变为可溶性的植物可吸收态无机化合物等等过程都与微生物的生命活动相关：由于微生物的话动，使得土壤具有生物活性性能，推动着自然界中最重要的物质循环，并改善着土壤的持水、透气、供肥、保肥和冷热的调节能力，有助于农业生产。 随着人类对环境和食品安全质量的要求愈来愈高，易造成环境和食品污染的化学农药、化学化肥愈来愈不受欢迎，绿色农业或有机农业、绿色食品的呼声愈来愈高。而绿色农业或有机农业、绿色食品离不开微生物的作用。在农业生产过程中，农作物的防病、防虫害也与微生物密切相关。植物的许多病其病原就是各类微生物，而反过来也可以利用某些微生物来防治农作物的某些病虫危害。有机肥的积制过程实际上就是通过微生物的生命活动，把有机物质改造为腐殖质肥料的过程。有机和无机肥料施人土壤后，只有一部分可被植物直接吸收，其余部分都要经过微生物的分解、转化、吸收、固化，然后才能逐渐并较长时间地供给植物吸收利用。许多微生物能固定大气中的氮素，为植物提供氮素营养。 农产品的加工、贮藏，实际上很多是利用有益的微生物作用或是抑制有害微生物的危害的技术。 微生物学是农业科学的重要基础理论的 — 部分。随着科学技术的发展，微生物学与农业科学之间的关系必将越来越密切，微生物学对现代农业科学的影响也必将越来越大。 3、利用微生物生产可持续的清洁能源 化学燃料不仅是一次性能源，而且燃烧过程中对于环境的污染是一个众所周知的严重问题。由于微生物可以转化农业和某些工业有机废弃物为氢气和乙醇等，不仅消除了环境的有机污染物又可生产如氢气、乙醇、甲烷等无污染的清洁能源，对于人类的可持续发展具有巨大的推动作用。 4、丰富的微生物资源及其产物为人类的可持续发展提供新的支持与发展点 由于微生物本身的特点和代谢产物的多样性，利用微生物生产人类战胜疾病所需的医药制品正受到广泛重视。当今人类正面临着空前的健康安全威胁，不仅许多给人类造成巨大灾难的疾病在卷土重来，如肺结核、霍乱等，而且很多不明原因、尚无有效控制办法的疾病正不断出现，如艾滋病、疯牛病、埃博拉病毒病、非典型肺炎即严重急性呼吸系统综合症，等等。然而这些疾病的传染控制与治疗，将在很大程度上需要应用已有的和正在发展的微生物学理论与技术，并依赖于新的微生物医药资源的开发与利用。利用微生物生产多糖制作人类保健品；等等。微生物是各无穷无尽的资源宝库，利用和开发微生物必将为人类的生存和可持续发展作出巨大贡献。
淀粉酶的研究进展论文
Study on Cryptophane-A and its Dichloromethane Inclusion Complex Colloquium,Spectroscopicum Internationale XXXV,2007:23-27,2007-9,国际会议论文集(二A),排名: on the interaction of neutral red with p-sulfonatocalix[4]arene and carboxymethyl-?-cyclodextrin by spectroscopy.,Abstract Book of Colloquium Spectroscopicum Internationale ,国际会议论文集(二A),排名: on Determination of Human Serum Albumin Based on Ratiometric Fluorescence of 4-(N, N-dibutylamino) Benzoic Acid Assembly on β-Cyclodextrin,4th Asian Cyclodextrin Conference (ACC2007),,P4, May 18-20, 2007,2007-5,国际会议论文集(二A),排名: fluorescence determination of human serum albumin with methyl blue as a fluorescence probe.,Spectrochim Acta A Mol Biomol Spectrosc.,2007 , 66(3):552-6.,2007-3,sci核心B区(一A),排名: on the effects of cefotaxime on intracellar Ca2+ in human peripheral lymphocytes by fluoremetry.,Chinese Chem. 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药学毕业论文开题报告篇3 题 目 名 称： 番泻叶对小鼠尿量的影响 研究现状： 一、普鲁兰酶 普鲁兰酶(Pullulanase，. 2. 1. 41)是一种能够专一性切开支链淀粉分支点中的α糖苷键，从而剪下整个侧枝，形成直链淀粉的脱支酶。普鲁兰酶还可以分解普鲁兰多糖，普鲁兰酶来源于微生物，R-酶则来源于植物。普鲁兰酶最初是由Bender和Wallenfels于1961年通过产气气杆菌Aerobacter. aerogenes}(典型菌为肺炎克雷伯氏杆)发酵获得，他们报道了该酶良好的酶学性能。之后，各国的科研人员经过广泛深入研究，从不同的地区、微生物中获得该酶，掀起了开发普鲁兰酶的高潮。 在淀粉加工工业中，α淀粉酶最为常用，它的功能是水解淀粉的α-1,4糖苷键，单独用它时，产物中含有大量分支结构的糊精，其中就含有大量的α-1,6糖苷键。假如不把淀粉的α-1,6糖苷键彻底分解的话，势必会造成很大的浪费。自然界中，存在有能分解淀粉的α-1,6糖苷键的酶，通称为解支酶。如寡α-1,6葡萄糖苷酶( , Oligo-l,6-glucosidase )，普鲁兰酶( )，异淀粉酶( , Isoamylose )，支链淀粉一6-葡聚糖酶( )，其中普鲁兰酶要求的底物分子结构最小，故而可以将最小单位的支链分解，导致可以最大限度的利用淀粉，所以在淀粉加工工业中有着重要的用途和良好的市场前景。故而许多国家都争相开发，但是到现在为止，只有丹麦的NOVO公司具有普鲁兰酶的生产能力。我国只有向其进口，但是其价格昂贵，限制了普鲁兰酶在我国的应用。其实，我国早在七十年代就开发普鲁兰酶的产生菌，但是该菌的酶学性质不适合生产，至今我国在普鲁兰酶的国产化方面还没有报道。 在淀粉的加工行业上，对普鲁兰酶的酶学性质的要求是耐酸耐热，其原因是因为通常使用外加酶化法，由于所用酶类的限制，普鲁兰酶的添加可以在两步反应的任何一步，但必须满足上述的反应的条件。因此所开发的普鲁兰酶的酶学性质必须满足现有的酶法水解制糖的条件，也就是耐酸耐热。 二、普鲁兰酶的研究现状 1.产普鲁兰酶的微生物 普鲁兰酶最初是由Bender和Wallenfels于1961年通过产气杆菌(Aerobacter aerogenes)发酵获得。他们报道了该酶的良好性能之后，各国的科研人员经过广泛深入的研究，从不同的地区的微生物中获得该酶，掀起了开发普鲁兰酶的高潮。但是迄今为止，尽管发现许多微生物能够产普鲁兰酶，但是由于当今工业生产条件(酸性，温度)，大多数微生物所产的普鲁兰酶并无商业价值。以下便介绍一下普鲁兰酶的生产菌种。 蜡状芽抱杆菌覃状变种(Bacillus cereus ) 由日本的ToshiyukiTakasaki于1975年发现。该菌同时产生两种淀粉酶:β-淀粉酶和普鲁兰酶。最佳作用条件为pH6～，温度50℃，最大转化率(淀粉水解产生麦芽糖)大约为95%.酶学研究中发现，此酶在pH5，温度60℃依然保持大部分活性，该菌的营养细胞呈棒杆状，聚集成长短不等紊乱链状，无运动性，格兰氏阳性，产芽抱时细胞无明显膨胀。该菌最适生长温度30℃～37℃ ,最高生长温度在41℃～45℃，可以利用葡萄糖，甘露糖，麦芽糖，海藻糖，淀粉和糖原。 嗜酸性分解普鲁兰多糖芽抱杆菌() 上世纪八十年代初，丹麦Novo公司获得此菌，此菌所生产的普鲁兰酶耐热 (60℃)，耐酸()。该公司经过投入巨资开发研究，1983年Nov。公司在日本和欧洲市场同时商业化销售，商品名Prornozyme。如今，它是应用最广，产量最大的普鲁兰酶。呈棒状，深层发酵几小时后，可观察到类原生质体的膨胀细胞，较稳定，饱子呈圆柱体或椭圆体。格兰氏反应阳性，37℃生长良好，45℃以上和pI-1高于以上不长，在以普鲁兰糖为碳源的培养基(( ～)上生长良好。 枯草芽饱杆菌(Bacillus subtilis) 1986年，日本的Yushiyuki Takasaki报道了一株能产生耐热耐酸普鲁兰酶的菌种，被命名为Bacillus subtilis TU。此菌种所产生的酶为普鲁兰酶和淀粉酶的混合物，可水解淀粉为麦芽三糖和麦芽搪.水解普鲁兰糖为麦芽三糖，其中普鲁兰酶最佳作用pH为～，但在时亦有约50%的酶活，此普鲁兰酶最佳作用温度60℃。 耐热产硫梭菌(Clostridum Themosulfurogenes) 1987年.德国的等报道了一株能同时产a淀粉酶、普鲁兰酶和葡萄糖淀粉酶的菌种:耐热产硫梭菌。该菌种所产普鲁兰酶有较广的温度适应范围(40℃～85℃)，在～有较高的活性，在如此广的范围内都有较强活力无疑将扩大该普鲁兰酶的应用领域. Bacillusnaganoensis,Bacillus deramificans, 上世纪九十年代，Deweer发现了普鲁兰酶产生菌Bacillus naganoensis;Tomimura筛选出Bacillus deramifrcans。这两株菌所产的普鲁兰酶的酶学性质与Bacillus. Acidopullulyticus的酶学性质相似。这两株菌都是中度嗜酸菌，在以上就不生长，温度超过45℃以上同样也不生长。这两株普鲁兰酶产生菌的发现，进一步拓宽了普鲁兰酶的应用。 产普鲁兰酶的高温菌菌种 自上世纪八十年代以来，人们逐渐意识到在通常的自然条件下，很难筛选得到极端耐热的普鲁兰酶生产菌种，于是各国的科学家便把目光转移到温泉嗜高温细菌的筛选，而且现在已经取得较多的成果。Bacillus如vorcaldarius所产普鲁兰酶的最适温度和pH分别是75～85℃, , Thermotoga maritime的最适温度和pH分别是90℃, , Thermurs caldopHilus的最适温度和pH分别是75℃,, Fenidobacterion pernnavoran最适温度和pH分别是80～85℃, 2.普鲁兰酶的分子结构 至今为止，许多普鲁兰酶的基因己经被克隆，但是还没有见到任何有关普鲁兰酶结构的报道，但是在根据序列相似性对糖普键水解酶的分类，普鲁兰酶属于第13家族，α淀粉酶家族，这个家族中包含了30多种酶，可以分为水解酶，转移酶。异构酶三大类。这些酶能够水解和合成α～,α～,α～,α～,α～,α～糖苷键。其中很多酶的结构已经被报道，它们都采取了(β/α)8的结构，通过生物信息学的研究，这个家族的蛋白都有一个共同的结构，酶的活性中心都是(β/α)8折叠筒的结构，命名为结构域A。第13家族的大多数酶还具有结构域B，它是位于(β/α)8折叠筒中，第三个β片层与第三个α螺旋之间的一段序列，其特点是结构和长度差异较大，推测其功能是与底物的结合有关。在紧接着(β/α)8折叠筒后，还有C结构域，紧接C结构域，部分家族成员还有结构域D。 3.普鲁兰酶的应用 普鲁兰酶，在食品工业中是一种用途广泛的酶制剂和加工助剂。它能专一性分解淀粉中的支链淀粉和糖原分子及其衍生的低聚糖分支中的α～l, 6糖苷键，使分支结构断裂，形成长短不一的直链淀粉。因此，将该酶与 其它 淀粉酶配合使用时，可使淀粉糖化完全。近年来，普鲁兰酶己作为淀粉酶类中的一个新酶种，应用于淀粉为原料的食品等工业部门，在食品工业中有如下几方面的作用: 单独使用普鲁兰酶，使支链淀粉变为直链淀粉 直链淀粉具有凝结成块，易形成结构稳定的凝胶的特性，因此，可作为强韧的食品包装薄膜。这种薄膜对氧和油脂有良好的隔绝性，又因涂布开展性好，故适合于作为食品的保护层。它还适合于淀粉软糖制造，也可用作果酱增稠剂，用于装油脂含量高的食品，以防止油的渗出以及肉食品加工。近年来在食品工业中提倡使用可被生物降解的薄膜，直链淀粉在这些方面具有较大的发展前途。豆类直链淀粉含量较高，因此绿豆淀粉制成的粉丝韧性比其它淀粉好，如果用普鲁兰酶处理谷物淀粉，再制成直链淀粉后，可以制成高质量的粉丝。一般谷物淀粉中，直链淀粉含量仅占20%，支链淀粉含量约为80%。工业上每生产1吨直链淀粉就有4吨副产品的支链淀粉。美国虽然通过遗传育种的方法.得到含直链淀粉60%玉米新品种，但不大适于大量生产。国外已采用普鲁兰酶改变淀粉结构，可使支链淀粉变为直链淀粉。据报道，采用此法收率可达100%.制造直链淀粉的方法为，先采用普鲁兰酶分解经液化的分支部分，使其转变为直链淀粉，并以丁醇或缓慢冷却法沉淀淀粉。再回收含少量水分的晶型沉淀物，最后通过低温喷雾干燥法制成粉状的直链淀粉。 普鲁兰酶与β～淀粉酶配合使用生产麦芽搪 饴糖是我国传统的淀粉糖产品，其中所含部分麦芽糖，广泛用于糖果、糕点等食品工业。目前生产方法是以α～淀粉酶进行液化，再用β～淀粉酶水解支链淀粉，这样只能水解侧链部分。接近交叉地位的α～糖苷键时，水解反应停止。但如果使用普鲁兰酶共同水解，便能使分支断裂，提高淀粉酶水解程度，降低了β极限糊精的含量，大大提高了麦芽糖的产率，有利于生产麦芽搪浆。目前对加普鲁兰酶进行糖化己作了较大规模的试验。 试验条件为。每批投料量约为900公斤碎米，粉浆浓度为15～16Be°数皮用量(对碎米计)，β～淀粉酶活性2,000单位/克以上，;普鲁兰酶活性45,000～55,0 00单位/克，系由产气气杆菌生产，每批用量为1公斤。试验结果表明，加入普鲁兰酶糖化的试验糖与对照糖品相比，还原糖平均增加，麦芽糖含量平均增加了，糊精含量平均减少了高浓度麦芽糖浆较之高浓度葡萄搪浆，具有不易结晶，吸湿性小的特点，所以高浓度麦芽糖浆在食品工业中有着广泛的用途。采用普鲁兰酶与p一淀粉酶配合使用，成本低廉，麦芽糖收率达到70%左右，其至更高。 用于啤酒外加酶法糖化 啤酒生产中麦芽，既是酿造啤酒的主要原料，也为酿造过程提供了丰富的酶源。在啤酒酿造的糖化过程中，麦芽中分解淀粉的主要酶是α～淀粉酶、β～淀粉酶和分解淀粉α～1. 6糖瞥键的R一酶(植物普鲁兰酶或植物茁霉多糖酶)。β～淀粉酶与另两种淀粉酶协同作用，可使淀粉分解成麦芽糖(也包括少量的麦芽三糖和极少量的葡萄糖)和低分子糊精。使麦芽汁有比较理想的糖类组成。在工业生产中为了节约麦芽用量，采用所谓外加酶法糖化，即在减少麦芽用量的前提下，增加淀粉质辅助原料的比率，并加入适当种类的酶制剂进行搪化。要使大麦及其它辅助原料糖化完全，需要外加a一淀粉酶和分解α～糖苷键的普鲁兰酶制剂等。单独使用a一淀粉酶时产生麦芽糖和麦芽三搪是很不完全的。假如分解淀粉α～糖苷键的酶活性不足，淀粉分解就不完全，其结果是可发酵性糖含量低，制成的啤酒发酵度达不到要求。若采用能分解α～和α～糖苷键的糖化型淀粉酶，则其反应产物为葡萄糖，容易使酒味淡薄。采用普鲁兰酶与α～淀粉酶协同，效果良好，其分解产物主要是麦芽糖和少量的麦芽多糖。采用外加酶法糖化时，加入酶制剂的用量为:淀粉酶6～7单位/克大麦及大米:蛋白酶，60-80单位/克，并配合以菠萝蛋白酶10ppm，普鲁兰酶50单位/克大麦。以上三种酶制剂均添加于糖化或酒化开始。 总之，普鲁兰酶无论作为酶制剂和食品工业的加工助剂均有广阔的发展前途。 研究目的和意义： 酶制剂工业是上世纪七十年代就己经形成的一个重要的产业，目前世界酶制剂总产值达100亿美元，我国的产值约为100亿人民币，并且随着其应用领域的不断扩大以及新酶种的开发，这一市场正在迅猛发展。但是全球酶制剂产业几乎被几家外国公司所垄断，其中丹麦的NOVO公司几乎占全球总销售额的一半。本研究对普鲁兰酶的开发，对酶制剂产业的发展有重要的意义。 其次我国自从七十年代开始便对普鲁兰酶进行研究开发，但是所开发得到的普鲁兰酶，既不耐热也不耐酸，这就使其在工业化应用中受到了局限。为了改变我国对进口产品的依赖，填补我国这一领域的空白，寻找一条国产化的道路，本研究的目的是利用自然微生物资源，普鲁兰酶，提高我国淀粉原料的利用率，从而提高整个淀粉加工行业的生产率，这对我国淀粉加工产业的意义是不言而喻的。 研究内容(内容、结构框架以及重点、难点)： 一.普鲁兰酶产生菌的筛选 (1)样品的采集; (2)菌种初筛; (3)菌种复筛; (4)菌种保藏方法; (5)酶活力测定方法的建立。 二.产普鲁兰酶菌株的产酶条件的研究 (1)碳源，氮源对发酵产酶的影响; (2)初始PH对发酵产酶的影响; (3)接种量对发酵产酶的影响; (4)发酵温度对产酶的影响; (5)金属离子对产酶的影响。 重点或关键技术： (1)纯菌株的分离; (2)菌株的鉴定方法的选择。 研究方法、手段： 一.普鲁兰酶产生菌的筛选 (1)样品的采集：选择适合产生的地点(面粉厂.菜地.果园等)采集土样 (2)菌种初筛：在采集的土样用无菌水稀释后，在含有淀粉类的培养基中做平板涂步， 37℃培养48h后，用碘液进行显色反应，将有淀粉酶产生的菌落接于斜面中保存。 (3)菌种复筛：将前期分离的能产生淀粉酶的菌株涂步于普鲁兰糖平板上，37℃培养48h后用95%乙醇进行透明圈实验。有透明圈产生说明菌株产生普鲁兰酶，将产生透明圈的菌落挑于斜面培养基培养。 (4)菌种保藏方法： 采用4℃低温保藏。 (5)酶活力测定方法的建立：采用发酵培养液经过离心后利用DNS显色法 520nm测定吸光值，测定标准葡萄糖标准曲线，利用标准曲线计算普鲁兰酶酶活大小。 二.产普鲁兰酶菌株的产酶条件的研究 (1)碳源，氮源对发酵产酶的影响：采用不同碳源，氮源培养基培养一段时间，测定酶活力。(其他条件相同：接种量，装瓶量，初始PH值，转速，培养时间。) (2)初始PH对发酵产酶的影响：采用相同发酵培养基，在不同初始PH下接种等量种子液。在相同条件下培养，测定发酵液的酶活。(其他条件相同：接种量，装瓶量，转速，最佳培养温度，最佳培养时间。) (3)接种量对发酵产酶的影响：在发酵培养基中分别接入2%，4%，6%，8%， 10%，14%，18%的种子培养液于最佳碳源，氮源，最佳初始PH的培养基中，在相同条件下培养，分别检测酶活。(采用以上确定的最佳碳源，氮源，最佳初始PH。) (4)发酵温度对产酶的影响：采用相同培养基，在不同温度下(25℃，30℃，35℃，40℃，45℃)培养一定时间，测定酶活力。 (5)金属离子对产酶的影响：在基础培养基中加入少量不同金属离子，发酵后测酶活。(金属离子有： 锰离子，钙离子，锌离子，镁离子，铁离子，铜离子。) 研究进度 ：完成项目总体进度30%，样品土样的采集及前期的准备工作,菌株的初筛，包括(样品土样原液的涂步培养及摇床培养，产支链淀粉酶菌株的挑选及斜面培养)。 ：完成项目总体进度50%,菌株的复筛，包括(产普鲁兰酶菌株的筛选及斜面培养),葡萄糖标准曲线的测定,酶活测定方法的建立,并以酶活大小对菌株进行再次筛选。 ：完成项目总体进度80%,产酶条件的研究。包括：碳源，氮源，初始PH值，接种量，发酵温度，金属离子。并通过各中单因素试验确定发酵培养基的最佳碳源，氮源，初始PH值，接种量，发酵温度，金属离子。 2009、4—2009、5 ：完成项目总体进度100%,课题总结，撰写论文。 文献综述(包括：国内外研究理论、研究方法、进展情况、存在问题、参考依据等) 自从1961年Bender H.等人在研究一株产气气杆菌Aerobacter aerogenes(典型菌为肺炎克雷伯氏杆菌)时首次发现普鲁兰酶后，国际上对产生这种酶的微生物进行了广泛研究，发现许多微生物可以产生此酶，并筛选出一些适用于工业化生产的优良菌株。随着该酶的应用发展，对耐热性普鲁兰酶的研究也逐渐增多，已成功克隆并表达了该酶的基因。国内1976年开始对一株产气气杆菌(Aerobacteraerogenes 10016)的普鲁兰酶进行研究，对该菌株的产酶条件、酶的分离提取及酶学性质作了报道，并研究了该酶的食品级提取技术。此外，陈朝银、刘涛等人从云南温泉水样中筛选到一株产普鲁兰酶高温栖热菌菌株，通过诱导等实验将该酶的酶活从提高到170u/mL，酶产量提高了近2500倍左右，酶的最适作用温度及pH分别是75℃和，具有一定的耐热和耐酸特性。 陈金全等从温泉水样中筛选到一株产耐热耐酸普鲁兰酶的野生菌株，并根据形态、生理生化特征、细胞化学组分分析及16SrDNA序列比对、基因组DNA的G+C摩尔百分含量、同源性比对等实验，鉴定其为脂环酸芽抱杆菌属(Alicyclobacillus)的一个新种，所产酶最适作用温度为60℃，最适pH值，具有较好的耐热耐酸特性。杨云娟等利用毕赤酵母成功构建了普鲁兰酶表达量较高的基因工程菌，摇瓶发酵酶活可达，最佳发酵条件下产量可达 .酶的最适作用温度为600C，最适pH值，具有较好的耐热耐酸性。目前我国仍没有具备独立生产普鲁兰酶能力的厂商，要实现低成本、国产化的生产，还有很长的路要走。 技术应用于耐热脱支酶的研究，使耐热异淀粉酶的研究有了很大发展。Coleman等人将嗜热厌氧菌T. brockii普鲁兰酶基因克隆到中得到的克隆子分泌的普鲁兰酶数量高于出发菌株，Okada等人将Bacillus Steanther, onhiu:中编码热稳定异淀粉酶的基因克隆到:中，得到的转化菌株其异淀粉酶能在60 ℃稳定15分钟。Burchadf将。ostridium thermosulf urogenes DSM38%的嗜热异淀粉酶基因克隆并在中表达，所得酶的最适pH和最适温度与出发菌相同，而且在高温下仍能保持活性.Antranikiam等人将Pyrococcus舟riousous的异淀粉酶基因克隆到中并分离得到了酶蛋白。尽管如此，目前尚未有已将转基因的耐热性异淀粉酶工程菌应用到工业生产中的报道。众所周知，利用物理和化学诱变剂单独或复合处理微生物细胞是选育高产变种菌株行之有效的经典方法，它在为培育多种抗生素、氨基酸、核苷酸激酶(尤其是蛋白酶和淀粉酶)的高产变种菌株方面曾经起过极为重要的作用，至今仍然是方便易行和行之有效的方法之一。 主要参考文献： [1][美]惠斯特勒等编王雏文等译.淀粉的化学与工艺学[M].北京：中国食品出版社，1988 [2]张树政.酶制剂工业[M]. 北京: 科学出版社，1998 [3]邬显章.酶的工业生产技术[M]. 吉林: 吉林科学技术出版社，1988 [4]Taniguchi H, Sakano Y, Ohnishi M, Okada G(1985) Pullulanase[J].TanpakushitsuKakusan Koso. 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