长期定位施肥对土壤生理转化菌群的影响.doc

长期定位施肥对土壤生理转化菌群的影响王英1，王爽2，李伟群1，魏丹1,2，周宝库1，王玉峰11. 黑龙江省土壤环境与植物营养重点实验室/黑龙江省农业科学院土壤肥料与环境资源研究所，黑龙江 哈尔滨 150086；2. 哈尔滨工业大学生命科学与工程系，黑龙江 哈尔滨 150001摘要：针对哈尔滨黑土28 a长期定位施肥现状进行土壤生理转化菌群测试分析，采用稀释平板法和MPN法测定不同施肥处理土壤的微生物各生理群的数量。结果表明：施肥处理的土壤微生物多样性指数最高，微生物种类多，群落结构较复杂，同不施肥处理之间的土壤微生物群落结构组成存在显著差异。关键词：黑土；生理转化菌群；土壤肥力；长期定位中图分类号：S154.3 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2008）06-2418-03施用肥料对土壤微生物数量及其生理生化特性，微生物代谢功能和群落结构有较大的影响，土壤微生物的数量、生物量、活性和多样性与土壤生态系统的稳定密切相关。因此，适宜的施肥方式对维持土壤生态系统的稳定至关重要。本研究选用了28 a长期定位施肥的黑土作为供试土样，采用稀释平板法和最大或然值法（MPN法）测定不同施肥处理土壤的微生物各生理群的数量，分析了施用不同肥料的土壤微生物种类、数量、生物量、代谢能力和群落结构的差异，确定合理的施肥方法及最适的施肥量，寻求黑土肥力变化的敏感指标，对于黑土质量演变规律的研究提供理论基础。1 材料与方法研究施肥对微生物影响试验地设在黑龙江省农科院黑土肥力定位试验站，试验点位于东经126º35，北纬45º40，海拔151 m，属松花江二级阶地，地势平坦，成土母质为洪积黄土状粘土。气候属于中温带大陆性季风气候，年平均温度3.5 ，年降水量533 mm，无霜期135 d。1.1 微生物各生理群数量测定氨化细菌、好气纤维素分解菌、好气性固氮菌生理群微生物的测定采用稀释平板测数法；硝化细菌（亚硝酸细菌、硝酸细菌）、反硝化细菌、嫌气性纤维素分解菌、嫌气性固氮菌生理群微生物的测定采用最大或然数法（MPN）。氨化细菌总数：采用肉汁蛋白胨培养基（MA）（pH7.0）。硝化细菌总数：（包括亚硝酸细菌和硝酸细菌）亚硝酸细菌总数：采用改良斯蒂芬逊（Stephenson）氏培养基。硝酸细菌总数：采用硝酸细菌培养基。反硝化细菌总数：采用反硝化细菌培养基。固氮菌总数：（包括好气性固氮菌和嫌气性固氮菌）好气性固氮菌总数：采用改良瓦克斯曼（Waksman）77号培养基。嫌气性固氮菌总数：采用嫌气性固氮菌培养基。纤维素分解菌：好气性纤维素分解菌总数：采用赫奇逊（Hutchison)氏培养基。嫌气性纤维素分解菌：采用依姆歇涅茨基嫌气性纤维素分解菌培养基。1.2 试验设计CK，D1，N1，P1，K1，N1P1，N1P1K1，D1N1P1K1，D2，N2P2，D2N2P2在小麦和玉米上为N150 kg·hm-2，P2O575 kg·hm-2，K2O kg·hm-2；在大豆上为N75 kg·hm-2，P2O5150 kg·hm-2，K2O 75 kg·hm-2，记作N1、P1、K1；有机肥为纯马粪，每轮作周期施一次，施于玉米茬，按氮量75 kg·hm-2（约马粪18600 kg·hm-2），记作D1；二倍量组施肥量为常量组的二倍，记作N2、P2、D2。氮、磷、钾肥均秋施肥，氮肥为尿素，磷肥为三料过磷酸钙、磷酸二铵，钾肥为硫酸钾。本试验1979年设立，1980年开始按小麦-大豆-玉米顺序轮作，到2007年为第28个生长季，试验面积8060 m2，小区面积168 m2，每区8垄，30 m长，70 cm垄距，无重复。定位试验在2007年春季4月应用GPS采集土壤样本，进行微生物检测。2 结果与讨论2.1 氮素转化菌的数量变化氮素转化菌中氨化细菌数量最多，固氮菌和反硝化细菌次之，硝化细菌最少；其中氨化细菌、固氮菌和反硝化细菌均以D1N1P1K1处理的土壤中为最多，占细菌总数的54.79%、7.74%和4.25%；硝化细菌以N1P1K1处理中含量最高，占细菌总数的1.82%。从图1可见，能显著增加氮素转化微生物数量的处理为有机肥与无机肥配合施用（D1N1P1K1），其次为单施无机肥的处理（N1P1K1）。图1 氮素转化菌数量Fig. 1 Amount of Utilizing N microbe2.2 碳素转化菌的数量变化土壤中的碳素转化菌以纤维素分解菌为主1，本研究中经培养获得的纤维素分解菌多为真菌。统计纤维素分解真菌菌落数发现，施用肥料增加了分解纤维素的微生物数量，CK、D1、N1P1K1和D1N1P1K1四个处理中纤维素分解真菌数量分别为每克土壤干样品：1.64×104个、2.76×104个、4.66×104个和1.91×104个。其中N1P1K1处理土壤中好气和嫌气微生物分解真菌含量均处于最高（图2）。2.3 不同施肥条件对各生理群微生物的影响氮素转化菌在环境的氮素循环中直接参与有机氮、无机氮的转化过程，与氮素循环密切相关2。其中氨化细菌参与土壤中有机态氮转化为NH3的过程，在土壤含氮有机物质分解中起着十分重要的作用，其数量直接反映了氨化作用的强度。硝化细菌数量少可导致土壤中铵态氮的积累，有助于保持土壤肥力3。固氮菌除能固氮之外，还能形成维生素和异生长素6。不仅能刺激农作物生长发育，提高产量，也能加强其他根际微生物的生命活动，促进土壤有机物质的矿化作用7，改良土壤结构，改善农作物品质8-9。每年由植物的残体带入土壤中大量的有机物质，其中约一半是纤维素。纤维素分解菌不仅可将这些物质分解成较简单的物质，亦可作为固氮菌的碳源，增加土壤中自生固氮菌和纤维素分解菌的数量，提高土壤的肥力和熟化程度10。本研究表明，氮素生理群中氨化细菌数量较多，固氮菌和反硝化细菌次之，硝化细菌较少。其中氨化细菌、固氮菌和反硝化细菌均以D1N1P1K1处理的土壤中为最多，占细菌总数的54.79%、7.74%和4.25%；硝化细菌以N1P1K1处理中含量最高，占细菌总数的1.82%。可见，能显著增加氮素生理群微生物数量的处理为有机肥与无机肥配合施用（D1N1P1K1），其次为单施无机肥的处理（N1P1K1）。土壤中的碳素转化菌以纤维素分解菌为主1，一般在酸性低温、潮湿的土中，分解纤维素以真菌为主力11，因测定时期为67月份，培养得到的纤维素分解菌主要为真菌，对于土壤中植物残体的分解至关重要。研究结果表明，CK、D1、N1P1K1和D1N1P1K1四个处理中纤维素分解真菌数量分别为每克土壤干样品：1.58×104个、2.73×104个、4.11×104个和1.83×104个。其中N1P1K1处理土壤中好气和嫌气微生物分解真菌含量均处于最高。3 小结图2 碳素转化菌数量Fig. 2 Amount of Utilizing C microbe在农用生态系统中，氮素是限制植物生长的主要因子。在不施氮肥或少量施用的情况下，植物生长中所吸收的氮素大部分来自于由微生物参与的土壤有机态氮的矿化产物。因此，许多反映土壤供氮能力的指标均直接或间接地与土壤微生物的数量和活性有关。土壤施用有机肥使各主要微生物类群的数量、活性都有明显的增加。氮素生理群中氨化细菌数量最多，占细菌总数的54.79%；固氮菌和反硝化细菌次之，占细菌总数的7.74%和4.25%；硝化细菌最少，占细菌总数的1.82%。CK、D1、N1P1K1和D1N1P1K1处理中能显著增加氮素生理群微生物数量的处理为有机肥与无机肥配合施用（D1N1P1K1）。土壤中的碳素转化菌为纤维素分解真菌，其数量以N1P1K1处理居多。参考文献：1 张崇邦, 金则新, 李均敏. 浙江天台山不同林型土壤环境的微生物区系和细菌生理群的多样性J. 生物多样性. 2001, 9(4):385-388.Zhang Chongbang, Jin Zexin, Li Junmin, et al. 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Using diluted plate and MPN method to mensurate different fertilization treatment of soil micro-organisms.The results showed that: the treatment of fertilization has the highest multiform soil microorganism in the experimentation and different kinds of microorganisms, and it has remarkable difference with the different treatments in the soil microorganism community configuration.Key words: blackland; soil physiology transformation bacterium; soil Fertility; long-term located.