大家好，我叫褚海燕，来自中国科学院南京土壤研究所，今天我给大家说一说“土壤生物：隐藏在我们脚下的世界”。
大家知道土壤是地球表面薄薄的一层，犹如地球的皮肤。土壤可以提供多种生态系统服务功能，因此是人类赖以生存的物质基础。土壤同时处于大气圈、水圈、生物圈和岩石圈交界处，是地球表面最活跃的组成部分。
过去我们把土壤当成惰性的化学介质，在土壤上修路、盖房子、种庄稼。实际上土壤是有生命的，土壤中的生物赋予了土壤的生命性。
土壤中有哪些生物呢？
土壤中的生物包括微生物，比如细菌、真菌、古菌和病毒；土壤中还有藻类、原生生物，例如草履虫；还有多种多样的土壤动物，如线虫、蚯蚓和昆虫等。
土壤中不同生物的相互作用，构成了多营养级的食物网。在这个食物网中，任何一种生物的改变会影响到其他生物，因此具有牵一发而动全身的功能。土壤中的食物网可以通过捕食和被捕食的关系，进行着物质和能量的传递。
土壤中的生物数量是非常巨大的，每克土壤中通常含有几亿到几十亿个微生物，一捧土壤中的微生物数量会超过银河系中的星星。
大家也知道陆地植物的生物量是非常巨大的，但是土壤中的微生物的生物量就相当于陆地植物的生物量。因此地球上至少有1/4的生物蕴藏在土壤中，它代表着巨大的物种和基因资源库。
土壤中的生物不仅数量巨大，而且具有重要的生态功能。
土壤中的生物可以进行碳、氮、硫、磷、氧等元素的循环，因此是养分循环的“转换器”；也能够进行有机污染物、无机污染物的降解和转化，因此是环境污染的“净化器”；土壤中的生物也能够产生和消纳温室气体，因此也是生态系统稳定的“调节器”。
因此，土壤生物与农业生产、环境保护、气候变化以及人类健康都具有紧密的关系。
下面给大家具体介绍一下土壤微生物。
土壤微生物通常是指个体小于100微米的微型生物，主要有古菌、细菌、真菌、原生动物、病毒。
土壤中分布着数量巨大的病毒，大约是其他所有微生物数量的10倍。除了病毒以外的其他微生物都具有细胞结构。细菌、古菌不具备成形的细胞核，属于原核生物。真菌具备成形的细胞核，属于真核生物。
而且，土壤微生物的重要生态功能。
清朝有一句诗“落红不是无情物，化作春泥更护花”，就体现了土壤中微生物对动植物残体、凋落物等的分解作用。
土壤中的微生物还能够转换碳、氮、硫、磷、微量元素等植物生长必需的营养元素，促进植物的生长。同时土壤中的微生物可以抵抗病原微生物，促进植物的健康。
土壤中的微生物也会进行养分循环。土壤中的产甲烷微生物可以产生甲烷，甲烷氧化微生物可以生成氧化甲烷。土壤中的硝化微生物、反硝化微生物可以产生氧化亚氮，因此土壤中的微生物跟全球变化、温室气体产生也紧密相关。
土壤中的微生物还可以降解土壤中农药、多环芳烃等有机污染物，也可以转化重金属等无机污染物。
下面介绍两种非常重要的土壤微生物，首先是固氮菌。
大家知道生物固氮微生物自生或与植物共生，通过体内固氮酶的作用，将大气中的氮还原为氨。根据联合国粮农组织的统计，每年全球微生物固定的氮素量可达2亿吨，约占全球作物需氮量的3/4。
固氮菌包括三类：自生固氮菌，它可以独立地进行固氮作用；共生固氮菌，它与植物共生进行固氮，比如常见的根瘤菌；还有联合固氮菌，它在根表定植进行独立固氮。
下一类重要的微生物是菌根真菌。
菌根是专化土壤真菌和宿主植物的共同体。在菌根共同体中，植物为菌根真菌提供碳源。作为回报，菌根真菌为植物提供氮、磷等矿质养分和水分。因此，菌根真菌跟植物生长以及生态系统稳定都紧密相关。
土壤动物的种类非常多，土壤动物是长期或一生中大部分时间生活在土壤或地表凋落物中的动物。主要有无脊椎动物，包括环节动物，比如蜈蚣、千足虫；节肢动物，如昆虫、跳虫；软体动物，如蜗牛、鼻涕虫；还有寡毛纲动物，如蚯蚓、线蚓；原生动物是阿米巴虫、草履虫和线虫等。
按照体宽大小可以分为：小型土壤动物，体宽一般小于100微米，例如轮虫；中型土壤动物，体宽在0.2~2毫米之间，例如螨虫、跳虫、线蚓；大型土壤动物，一般是在厘米级别，例如蚯蚓、甲虫和蜘蛛等。
下面给大家具体介绍几类土壤动物。
原生动物是属于原生生物界的低等真核生物，也可以把它叫做微生物，因为肉眼看不见。大多数是以单细胞个体形式存在，个别种类可以形成多细胞聚合体。体宽多在5~300微米之间，但体型大小不一，跨度可以达到6个数量级。全世界已知的原生动物超过6万种，主要有鞭毛虫、肉足虫和纤毛虫这三类。
鞭毛虫是因为体表着生的推进器鞭毛而得名，主要以细菌为食物来源，靠蛹动取食土壤中的细菌。
肉足虫是因为身体可塑性强，体表有无定形的突起，也叫做伪足而著称。主要以细菌为食，可以取食真菌、微藻和细小的有机物质。
还有纤毛虫，体表有许多短小的原生质的毛状物，称为纤毛。纤毛既是运动器官，又可以帮助摄取食物。既有食细菌和食真菌的纤毛虫，也有肉食的纤毛虫和杂食者。
中型土壤动物中代表性的动物是线虫。
外形一般呈为纺锤形，成虫长度多在40微米到1毫米之间。从前端至尾部依次为口、食道及食道球、肠、直肠和肛门，这五个部分呈简单的管状通道。
线虫分为5类，有食细菌的线虫、食真菌的线虫，还有捕食性线虫、杂食性线虫和植食性线虫。
中型土壤动物还有一类叫做跳虫。跳虫又称弹尾虫，隶属于节肢动物门弹尾纲。因多数种类具有跳跃器官弹器，能够快速跳跃而得名。
跳虫体型较小，体长一般为0.5~2毫米，形似昆虫但没有翅膀，可以弹跳15公分。换做成人身高，相当于弹跳高达10层楼。
多数跳虫为腐食性、菌食性和杂食性。跳虫多为机会主义者，一旦食物等条件适宜就会快速生长。因此跳虫是环境中少见的舞蹈家，它与植物、微生物亦友亦敌。
下面给大家介绍一下最常见的我们肉眼可见的土壤动物——蚯蚓。
蚯蚓属于环节动物门寡毛纲，全球已记录的蚯蚓有4000种，中国已记录的蚯蚓有600多种。蚯蚓通过取食、消化、排泄、分泌和挖掘等活动，对土壤物质循环和能量传递作出重要贡献，对土壤质量产生重要影响，被称为“生态系统工程师”。
这篇《Science》文章介绍了蚯蚓在全球的分布，蚯蚓多样性及其分布在高纬度地区是最高的，生物量一般在热带地区是最高。
2020年12月15日，世界土壤日的主题是“保持土壤生命力和保护土壤生物多样性”，就强调了土壤生物及其生物多样性的重要作用。
然而随着环境变化和人类干扰的作用，土壤生物多样性在面临着重要的威胁。比如人类土地利用方式的改变，还有生物入侵，还有人类不可持续的经营活动以及环境污染、城镇化，都会导致土壤生物多样性的丢失。
那么我们如何保护土壤生物多样性呢？
第一，可以通过改善土壤的生境，比如农业土壤可以种植绿肥，同时减少对土壤的干扰；
第二，另外是原位地进行土壤生物多样性的监测；
第三，合理开发利用土壤的生物资源；
第四，进行全社会的科普教育。
下面给大家简单介绍一下我们课题组的几个案例。
这是我们课题组研究长白山土壤微生物和植物多样性随海拔分布的不同模式。我们发现，土壤微生物多样性和植物多样性，在长白山随海拔有不同的分布模式；植物多样性随着海拔逐渐降低，而土壤微生物多样性随着海拔没有明显的趋势。这说明它们具有不同的分布模式。
此外我们也发现，真菌在稳定长白山高寒林线生态系统多界生物网络的重要作用。在群落水平，真菌架起了地上和地下生物区系的桥梁。在网络水平，真菌的存在加固了多界网络结构的稳定性和复杂性。
在农业土壤上，我们也发现土壤生物关键类群可以促进作物、农作物的产量。
此外，我们也利用种分布模型绘制了青藏高原土壤细菌的分布图，并预测了气候变化下土壤微生物多样性的动态变化。
我们发现，30~50年前的气候条件更能预测现在的土壤细菌分布，气候变化可能会导致青藏高原大多数地区土壤细菌多样性的升高。
我们与国际合作研究了全球城市绿地生态系统的土壤生物多样性，我们发现土壤生物多样性在驱动全球绿地生态系统功能中起重要的作用。
应《mSystems》杂志主编的邀请，我也撰写了土壤微生物生物地理学研究的综述，从土壤微生物的空间分布、土壤微生物的功能预测几个方面进行土壤微生物生物地理学的研究现状和展望。
同时在《中国土壤学报》上，我撰写了土壤生物学分支学科发展趋势，提出了保护利用土壤生物促进土壤和人类健康的这种观点。
最后给大家介绍一下我们7月份刚刚出版的《土壤生物学》教材。这本教材是由朱永官院士和我共同主编，从土壤生物学的概述、土壤生物多样性、土壤生物功能、土壤生物的应用、土壤生物学研究技术五个方面，系统地论述了土壤生物学的理论和应用。
全书总共22章，来自中国科学院、中国农业科学院等16家单位、65位作者参加了撰写，不仅系统地介绍了土壤生物学的基本知识和理论，同时总结展望了土壤生物学学科的发展方向和研究态势，希望对大家有所帮助。
我的演讲完毕，感谢大家聆听！
