土壤生物地球化学循环是气候、植被、地形、地貌、水文及土壤因素等自然条件的综合反映，研究不同类型生态系统中土壤生物地球化学循环的变化特征，可促进生态系统稳态转换和可持续发展。

周丛生物

周丛生物是指生长在淹水基质上的微生物聚集体及与其交织的非生物物质（如铁锰氧化物）的聚合体，又名自然生物膜，广泛分布于水生生态系统，尤其是浅水生态系统（Wu，2016）。典型的浅水区域如稻田、沟道、河道、湖泊和湿地等，可以为周丛生物的形成和生长提供光照、水分、养分和温度等适宜的环境（Kasai，1999）。而进入工业社会以来，大部分浅水区域不同程度地受到人为活动的影响，如稻田中会大量使用化肥、秸秆和生物炭；湖泊、河道和湿地等都会受到工业废水、生活污水的污染，最终浅水区域受到人类活动影响后不可避免地影响各自的周丛生物的群落组成、生长和功能，从而影响周丛生物对外界环境的响应，进一步影响对氮、磷、有机碳和金属矿物的调控以及有机污染物的去除效率（Lu et al.，2017）。

▲ 稻田周丛生物照片

周丛生物作为生态系统中经常被忽略的一大体系，能够同时连接水体、气体和土壤之间的元素转化，然而目前并没有系统的周丛生物研究方法。因此，我们总结了多年的周丛生物研究经验，撰写了《周丛生物研究方法》（吴永红等著. 北京：科学出版社，2024.1）一书，希望能尽此绵薄之力让更多研究者了解周丛生物及其研究方法。

第一章详细介绍了周丛生物的功能特征。规范了周丛生物的定义，深入剖析了周丛生物的结构组成，阐述了周丛生物的形成过程。着重介绍了周丛生物对环境元素的调控作用，突出了其生态优势和强大功能，不仅能对碳、氮、磷起到调控作用，更能进一步利用自身优势富集金属化合物，从而实现对各类污染物的去除，奠定了周丛生物在生态修复中作用的基础。
第二章总结归纳了目前国内外周丛生物研究方法进展。介绍了目前周丛生物的野外采集和室内培养一体化技术，归纳了周丛生物一系列理化性质的检测技术。高通量测序等组学技术可有效表征周丛生物群落特征，监测周丛生物群落的动态变化，从微生物内部互作的角度解释周丛生物的生态功能多样性。最后总结了各种成像表征技术，可探索周丛生物基质的可视化过程，有助于从宏观到微观完整地认识周丛生物。
第三章介绍了周丛生物调查点位的布设方法，详细阐述了调查点位的选择依据、采样频率等，确保采样科学，样品可靠。除了常见的农田生态系统采样，还列举了森林生态系统、草原生态系统、淡水生态系统，给刚进入周丛生物领域的初学者尽可能地提供理论上的指导。
第四章承接第三章的内容，具体介绍了周丛生物的采样方法，包括采样所需要的材料和器具、采样要点、采样记录等，适用于稻田、沟渠、河流、水库、湖泊等多类生态系统。同时阐述了周丛生物的培养和富集的方法，包括野外富集方法、室内静态和动态扩大化培养方法及人工快速驯化具有特定功能周丛生物的方法。
第五章介绍了周丛生物物理指标测试方法，包括覆盖度、厚度、粗糙度和三维图像构建等。读者可依据周丛生物形态、测试要求选择合适的表征测试技术。这些物理特征的揭示可从不同层面、不同角度展现周丛生物的物理结构和内部微观过程。
第六章列举了周丛生物化学指标的测试方法，所涉及的指标包括碳、氮、磷、钾、钠、钙、镁、硫、铁、锰、铜、锌、钼、硅、氯、硼这16 种元素，由于周丛生物的特殊性质，其既不属于土壤也不属于植物，这些检测方法都是我们多年反复实验的结果，希望能对读者有一定的指导作用。
第七章总结了周丛生物生物指标测试方法。研究周丛生物生物量，并对周丛生物群落结构的变化进行动态监测，有利于进一步研究周丛生物在不同气候带的分布，保护土壤和水体健康，促进农业生态系统的可持续发展，以及探究周丛生物对海洋设施的危害及防治措施。

随着新技术和新方法的应用，周丛生物研究方法还需进一步跟上时代，我们本着抛砖引玉的理念，希望本书的出版能够吸引更多的学者来研究周丛生物，推动和加强周丛生物研究领域的发展。

自2014 年起，中国科学院南京土壤研究所吴永红研究员带领他的团队经过顽强努力，在全国多处水体、稻田生态系统中设立采样点，对周丛生物的物理、化学、生物特性进行了全面、深入、系统的研究，查明了周丛生物对碳氮磷循环的影响，阐明了周丛生物削减污染物的机制，构建了周丛生物调控生态环境的技术体系。基于长期对周丛生物的研究攻坚，该团队从野外调查采样到室内模型、田间小区试验都具备丰富的研究经验，建立了较为完整的研究体系。

《周丛生物研究方法》一书覆盖了周丛生物综合调查布点设置，采样方法，样品保存，以及周丛生物样品常见物理、化学和生物指标的分析测试方法等方面。首先，该书介绍了周丛生物的特征及其效应，剖析了国内外周丛生物研究方法进展；再对周丛生物调查点位的布设方法、样品采集、保存与培养方法等进行了详尽的介绍；最后，结合团队的研究经验，归纳和总结了周丛生物物理、化学和生物指标的分析测试方法。希望该书能够对周丛生物领域和其他相关领域的科研工作者起到借鉴及启发作用，更希望周丛生物研究领域能出现越来越多的后起之秀。

朱永官

中国科学院院士

2023 年11 月

本文摘编自《周丛生物研究方法》（吴永红等著. 北京：科学出版社，2024.1）一书“前言”“序”，有删减修改，标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-076542-0

责任编辑：李迪高璐佳

周丛生物直接影响水-土（或液-固）界面的物质循环、能量流动和信息交换，是生态系统的重要组分和界面过程的关键带、热区。本书是作者研究团队近二十年的方法总结，主要包括周丛生物的特征及其效应、周丛生物综合调查的采样点布设方法、样品采集与保存、室内扩大化培养技术，以及周丛生物样品常见物理、化学和生物指标的分析测试技术等内容。

本书有助于读者学习周丛生物野外调查、样品处理、常见理化生指标分析测试的方法。本书内容涉及水生生物学、土壤学、环境科学、农学、微生物生态学等领域，可作为相关领域的研究生指导用书，还适用于农学、生态学、环境科学、海洋学等领域的研究与技术推广人员，以及相关管理人员阅读与参考。

（本文编辑：刘四旦）

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南土所吴永红研究团队多年经验结晶：《周丛生物研究方法》