小麥耕層土壤微生物分布情況的研究

姚 昆 ，張洪立 ，孫臨泉 ，劉 冰 ，劉麗麗

（1.天津師范大學(xué)生命科學(xué)院，天津 300387；2.靜?？h農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，天津 靜海 301600；3.天津農(nóng)學(xué)院，天津 300384）

土壤肥力與微生物數(shù)量、種類和組成等有關(guān)，土壤微生物可以從以下幾個(gè)方面改善土壤質(zhì)量以提高土壤肥力。①土壤微生物的代謝結(jié)果可以使土壤中許多不溶性的無機(jī)鹽形成可溶性的無機(jī)鹽，以便植物吸收利用；②土壤微生物可以合成氨基酸、植物生長(zhǎng)素和赤霉素（可以刺激植物生長(zhǎng)），可以加快種子萌發(fā)速率和根毛的發(fā)育，從而有利于植物的生長(zhǎng)；③節(jié)桿菌、假單胞菌和農(nóng)桿菌能產(chǎn)生一些有機(jī)物，刺激植物生長(zhǎng)。麥田的耕層土壤中含有相當(dāng)比例的細(xì)菌能產(chǎn)生吲哚乙酸（一種植物生長(zhǎng)激素），可以加快植物根系的生長(zhǎng)；④土壤微生物可以通過競(jìng)爭(zhēng)和拮抗作用來抑制或殺死植物病原微生物；⑤土壤微生物中的某些真菌可以轉(zhuǎn)移植物中的放射物質(zhì)和重金屬等有害物質(zhì)，這種現(xiàn)象不僅有利于保護(hù)營(yíng)養(yǎng)物，而且又可以把植物中殘留的農(nóng)藥或重金屬污染物轉(zhuǎn)移帶走，并積累在菌絲體中；⑥土壤微生物的自生固氮菌可以固定大氣中的氮?dú)猓瑸橹参锾峁┯袡C(jī)和無機(jī)氮源。因此，可以用微生物數(shù)量、種類和組成來檢驗(yàn)土壤質(zhì)量的好壞。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 土樣

1號(hào)土樣采集地點(diǎn)：天津市武清區(qū)大堿廠鎮(zhèn);土壤類型為輕壤質(zhì)鹽化潮土；品種為津麥一號(hào)，冬小麥;輪作情況：玉米與小麥輪作;667 m2產(chǎn)350～400 kg；土壤理化性質(zhì)：土樣PH值為7.97,有機(jī)質(zhì)含量15.14%,全氮1.09 g/kg,有效磷7.12 mg/kg,速效鉀51 mg/kg。

2號(hào)土樣采集地點(diǎn)：山西省朔州市懷仁縣;土壤類型為褐土;品種為晉27，春小麥;輪作情況：一直種小麥;667 m2產(chǎn)750～1 000 kg;土壤理化性質(zhì)：土樣pH值為7.73,有機(jī)質(zhì)含量30.22%,全氮1.29g/kg,有效磷14.64mg/kg,速效鉀91mg/kg。

3號(hào)土樣采集地點(diǎn)：河南省南陽(yáng)市臥龍區(qū)謝莊鄉(xiāng)大廟村郭油坊;土壤類型為黃褐土;品種為衡觀35，冬小麥;輪作情況：小麥與玉米輪作;667 m2產(chǎn)250～300 kg;土壤理化性質(zhì)：土樣pH值為7.98,有機(jī)質(zhì)含量5.49%,全氮0.67 g/kg,有效磷4.42 mg/kg,速效鉀110 mg/kg。

4號(hào)土樣采集地點(diǎn)：寧夏回族自治區(qū)同心縣預(yù)旺鎮(zhèn);土壤類型為灰鈣土;品種為紅芒，春小麥;輪作情況：小麥?zhǔn)崭詈?，第二年可種豌豆、扁豆（夏季）、糜子、谷子、蕎麥及土豆（秋季），第三年就可繼續(xù)種植小麥;因常年干旱，667 m2產(chǎn)量只有50～70 kg;土壤理化性質(zhì)：土樣pH值為8.2,有機(jī)質(zhì)含量6.68%,全氮0.46 g/kg,有效磷3.02 mg/kg,速效鉀52 mg/kg。

5號(hào)土樣采集地點(diǎn)：天津市西青區(qū)津靜路22號(hào)天津農(nóng)學(xué)院小麥試驗(yàn)田;土壤類型為輕壤質(zhì)鹽化潮土;667 m2產(chǎn)450 kg;品種：津麥2號(hào)，冬小麥;輪作情況為小麥與玉米輪作;土壤理化性質(zhì)：土樣pH值為7.6,有機(jī)質(zhì)含量18.22%,全氮0.94 g/kg,有效磷5.30 mg/kg,速效鉀106 mg/kg。

6號(hào)土樣采集地點(diǎn)：黑龍江省齊齊哈爾市龍安橋鎮(zhèn)802農(nóng)場(chǎng);土壤類型為黑土;667 m2產(chǎn)量為 400 kg;品種：冬麥1號(hào)，冬小麥;輪作情況：小麥與玉米輪作;土壤理化性質(zhì)：土樣pH值為7.79,有機(jī)質(zhì)含量18.73%,全氮1.45 g/kg,有效磷14.76 mg/kg,速效鉀55 mg/kg。

1.1.2 培養(yǎng)基

牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、馬鈴薯培養(yǎng)基、高氏Ⅰ號(hào)培養(yǎng)基、無氮培養(yǎng)基、解磷培養(yǎng)基。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 野外土樣采集

麥田土樣的采集方法采用五點(diǎn)法，每個(gè)取樣點(diǎn)每縱深5 cm取樣一次，分10層取樣：0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm、15～20 cm、20～25 cm、25～30 cm、30～35 cm、35～40 cm、40～45 cm、45～50 cm，每層分別編號(hào)為1～10層 （由于河南土壤過硬所以只能取到30 cm處），將每個(gè)采樣地區(qū)相同土層土樣混合后一起裝入滅菌的土壤盒中待測(cè)。

1.2.2 土樣處理方法

土壤樣品保存于4℃冰箱中備用。

1.2.3 土樣中微生物數(shù)量的測(cè)定

采用稀釋涂布法。準(zhǔn)確稱取待測(cè)樣品10 g，放入裝有90 ml無菌水并放有小玻璃珠的250 ml三角瓶中，用手或置搖床上振蕩20 min，使微生物細(xì)胞分散，靜置20～30 s，即成10-1稀釋液；再用1 ml無菌吸管，吸取 10-1稀釋液0.5 ml，移入裝有4.5 ml無菌水的試管中，吹吸3次，讓菌液混合均勻，即成10-2稀釋液；再換一支無菌吸管吸取10-2稀釋液0.5 ml，移入裝有4.5 ml無菌水的試管中，也吹吸3次，即成10-3稀釋液；以此類推，連續(xù)稀釋，制成 10-4、10-5、10-6等一系列稀釋菌液。分別取0.2 ml 10-4～10-6的懸液涂布在牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基上，倒置在37℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h；取0.2 ml 10-4～10-6的懸液分別涂布在高氏I號(hào)培養(yǎng)基、馬鈴薯培養(yǎng)基、無機(jī)磷培養(yǎng)基、無氮培養(yǎng)基上，倒置在28℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)84h，然后計(jì)算每克土壤所含微生物數(shù)量：

圖1 菌落分布狀況圖

總菌數(shù)＝N1×n×5 000

式中，N1為同一稀釋濃度3次重復(fù)的菌落平均數(shù)，n為稀釋倍數(shù)。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS 14軟件統(tǒng)計(jì)分析，再將用SPSS軟件分析過的數(shù)據(jù)取lg值后作圖，見圖1。

2 結(jié)果

經(jīng)培養(yǎng)后對(duì)菌落進(jìn)行計(jì)數(shù)，運(yùn)用公式計(jì)算土樣中微生物的數(shù)量，下面分別對(duì)6個(gè)地點(diǎn)的5種培養(yǎng)基中微生物數(shù)量作圖后進(jìn)行比較,試驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS軟件處理后取lg值作圖，以土層數(shù)為橫坐標(biāo)以經(jīng)SPSS軟件處理后再取lg值的數(shù)據(jù)為縱坐標(biāo)進(jìn)行作圖。

2.1 細(xì)菌 解磷菌 固氮菌 放線菌分布狀況

按照1.2.1方法取土后經(jīng)牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、高氏Ⅰ號(hào)培養(yǎng)基、無氮培養(yǎng)基、解磷培養(yǎng)基培養(yǎng)后計(jì)數(shù)，如圖1.A.B.C.E四圖所示6個(gè)地區(qū)土樣的菌數(shù)隨著土層的加深先增加后減少，在土層5達(dá)到最大菌數(shù)，隨后菌數(shù)逐漸下降，由圖可見東北（土樣6）和山西（土樣2）細(xì)菌數(shù)最多；天津武清（土樣1）和天津西青（土樣5）次之；河南（土樣3）和寧夏（土樣4）細(xì)菌數(shù)最少。同時(shí)發(fā)現(xiàn)土樣菌數(shù)和土樣的理化性質(zhì)與小麥的產(chǎn)量密切相關(guān)，東北（土樣6）與山西（土樣2）的菌數(shù)和全氮、有效磷、速效鉀及有機(jī)質(zhì)含量均明顯高于其它地區(qū)，其產(chǎn)量在這6個(gè)地方中也是最高的，相對(duì)應(yīng)的寧夏（土樣4）和河南（土樣3）兩地菌數(shù)和全氮、有效磷、速效鉀及有機(jī)質(zhì)含量均明顯低于其它地區(qū)，其兩地小麥產(chǎn)量在這6個(gè)地方中也是最低的。天津市西青區(qū)（土樣5）與天津市武清區(qū)（土樣1）兩地的菌數(shù)與全氮、有效磷、速效鉀及有機(jī)質(zhì)含量均介于6個(gè)地區(qū)之間，其小麥產(chǎn)量也位于中間。

2.2 真菌分布狀況

按照1.2.1方法取土后經(jīng)土豆培養(yǎng)基培養(yǎng)后計(jì)數(shù)，如圖1.D所示6個(gè)地區(qū)土樣的真菌數(shù)隨著耕層的加深菌落數(shù)量先增加后減少，在土層2達(dá)到最大真菌數(shù)，隨后真菌數(shù)逐漸下降，由圖可見寧夏（土樣4）和河南（土樣3）真菌數(shù)最多；天津武清（土樣1）和天津西青（土樣5）次之；東北（土樣6）和山西（土樣2）真菌數(shù)最少，同時(shí)發(fā)現(xiàn)土樣真菌的數(shù)量和土樣的理化性質(zhì)與小麥的產(chǎn)量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，東北與山西的真菌數(shù)明顯低于其他4個(gè)地區(qū)，但其小麥產(chǎn)量與全氮、有效磷、速效鉀及有機(jī)質(zhì)含量均明顯高于其它地區(qū)，相對(duì)應(yīng)的寧夏（土樣4）和河南（土樣3）兩地的小麥產(chǎn)量和全氮、有效磷、速效鉀及有機(jī)質(zhì)含量均明顯低于其它地區(qū)，而這兩地的真菌數(shù)量確是最高的，天津西青與天津武清兩地的真菌數(shù)與全氮、有效磷、速效鉀及有機(jī)質(zhì)含量均介于6個(gè)地區(qū)之間，其小麥產(chǎn)量也位于中間。

3 結(jié)論

3.1 耕層微生物分布規(guī)律

隨著耕層的加深土壤微生物菌落數(shù)先增后減，細(xì)菌、解磷菌、固氮菌、放線菌都是在土層5出現(xiàn)最大菌量之后逐漸下降，這可能是因?yàn)橥寥辣韺颖┞对诖髿庵?，水分含量低，溫度偏高，紫外線強(qiáng)，不適于微生物大量生長(zhǎng)繁殖，所以在土壤表層隨著土層深度的加深菌落數(shù)逐漸增加，而在土層5溫度、濕度、營(yíng)養(yǎng)成分均適于這4類微生物生長(zhǎng)繁殖，故其能達(dá)到峰值。而真菌數(shù)卻是在土層2出現(xiàn)最大菌量而后逐漸下降，這是因?yàn)橥寥乐械恼婢蟛糠譃樾柩跣?，所以在土壤表層即出現(xiàn)最大菌量，隨著土層加深含氧量迅速下降，因此，真菌量直線下降。

3.2 土壤微生物含量與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系

細(xì)菌、解磷菌、固氮菌、放線菌的菌落數(shù)與麥田土壤的理化性質(zhì)呈正相關(guān)，這是因?yàn)楦鞣N細(xì)菌是土壤微生物生命活動(dòng)的主體，是土壤中物質(zhì)分解的主要參與者。盡管放線菌只占菌落總數(shù)的一小部分，但因其生物量較大，在土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化中仍起著不可忽視的作用。一般認(rèn)為放線菌的作用主要是分解植物和動(dòng)物的某些難分解的組分，形成腐殖質(zhì)，把植物殘?bào)w和枯落物轉(zhuǎn)化為土壤有機(jī)組分，土壤真菌數(shù)與土壤的理化性質(zhì)有負(fù)相關(guān)性，真菌數(shù)量增加會(huì)導(dǎo)致土壤中作物殘?bào)w腐解加快，礦化速度提高，但會(huì)引起土壤有機(jī)物質(zhì)快速耗竭,因此，會(huì)造成其土壤理化性質(zhì)的整體降低。

3.3 土壤微生物與小麥產(chǎn)量的關(guān)系

細(xì)菌、解磷菌、固氮菌、放線菌的菌數(shù)與小麥的產(chǎn)量呈正相關(guān)性，這是因?yàn)槲⑸锏拇x活動(dòng)可以產(chǎn)生大量有益于小麥生長(zhǎng)發(fā)育的物質(zhì)，并且解磷菌、固氮菌本身可以為植物的正常生長(zhǎng)提供天然的養(yǎng)料，土壤中固氮菌具有固定大氣中氮?dú)獾哪芰?可以直接為小麥提供氮元素。

試驗(yàn)結(jié)果表明，土壤真菌數(shù)與小麥產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)，這一規(guī)律與其他研究者的結(jié)果一致,不少學(xué)者研究認(rèn)為，真菌型土壤是地力衰竭的標(biāo)志。

綜上所述,小麥的產(chǎn)量與土壤微生物的含量以及土壤的理化性質(zhì)密切相關(guān)，土壤微生物是土壤中活的有機(jī)體，是最活躍的土壤肥力因子之一，是土壤生態(tài)系統(tǒng)中養(yǎng)分源和匯的一個(gè)巨大原動(dòng)力。土壤微生物是生活著的有機(jī)體和物質(zhì)轉(zhuǎn)化的作用者，參與土壤的碳、氮、磷、硫等元素的循環(huán)過程和土壤礦物的礦化過程。細(xì)菌、放線菌和真菌是土壤微生物的3大類群，構(gòu)成了土壤微生物的主要生物量，土壤微生物分解外界的物質(zhì)和有機(jī)體，吸收同化無機(jī)養(yǎng)料，合成自身物質(zhì)，同時(shí)又向外界不斷地釋放其代謝產(chǎn)物，他們的存在對(duì)植物養(yǎng)分具有儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)的作用，賦予土壤肥力和生產(chǎn)力，影響著植物根系和地下部分的生長(zhǎng)。土壤中微生物數(shù)量的增加，可以提高土壤肥力，刺激小麥根系生長(zhǎng)，促進(jìn)植株生長(zhǎng)和干物質(zhì)積累，從而顯著提高小麥產(chǎn)量。

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