微生物對暗棕壤添加玉米秸稈腐殖化進程的影響

李　艷，竇　森*，劉艷麗，2，王　帥，3，李立波（.吉林農業大學資源與環境學院，長春308；2.滄州市農林科學院，河北滄州06000；3.吉林農業科技學院植物科學學院，吉林320）

?

微生物對暗棕壤添加玉米秸稈腐殖化進程的影響

李艷1，竇森1*，劉艷麗1，2，王帥1，3，李立波1
（1.吉林農業大學資源與環境學院，長春130118；2.滄州市農林科學院，河北滄州061000；3.吉林農業科技學院植物科學學院，吉林132101）

摘要：針對微生物如何在土壤外源添加有機質的腐殖化進程中發揮作用這一科學問題，采用定量分析、元素組成、差熱分析和紅外光譜法，研究微生物對暗棕壤添加玉米秸稈腐殖化進程的影響并揭示不同微生物處理間的差異。結果表明，微生物處理能夠顯著促進有機物料的腐殖化，細菌由于對有機物料和腐植酸的利用度不高而產生的影響最小，真菌和放線菌的影響顯著。腐植酸結構分析及PQ值（表征腐殖化程度）結果進一步揭示，微生物處理有利于HA（胡敏酸）的合成，并且FA（富里酸）有向HA轉化的可能；細菌、真菌分別對腐植酸的N、H元素含量影響大，放線菌對腐植酸結構的影響主要表現在C=O鍵上；在培養后期，放線菌由于對纖維素類物質的充分利用而對腐植酸結構的影響超過了其他類群微生物。定量與定性分析結果能夠相互印證，肯定了不同微生物對腐殖化進程的影響表現在不同培養階段對不同物質和官能團的利用上。

關鍵詞：腐殖化；土壤微生物；腐植酸；元素組成；紅外光譜

李艷，竇森，劉艷麗,等.微生物對暗棕壤添加玉米秸稈腐殖化進程的影響［J］.農業環境科學學報, 2016, 35（5）：931-939.

LI Yan, DOU Sen, LIU Yan-li, et al. Effects of different microorganisms on humification of corn stover incorporated in dark brown soil［J］. Journal of Agro-Environment Science, 2016, 35（5）: 931-939.

腐殖化過程是土壤自然肥力形成的重要過程，是陸地生態系統養分循環的中間樞紐。一般認為，當攜帶各類有機基質（如碳水化合物、木質素、脂類等）的新鮮物料進入土壤后，土壤中的原生動物及微生物會對其進行“改裝”與“重組”［1］，這是腐殖化過程的關鍵環節。在此過程中，有機質的添加使土壤理化性能發生改變，特別是土壤中原有腐植酸平衡被新形成的腐植酸打破，這個變化非常顯著，國內外許多學者已對此進行過研究。張晉京等［2］將玉米秸稈施入灼燒后的土壤中，發現土壤的胡敏酸（HA）和富里酸（FA）含量均增加，但隨著培養時間的延長，HA和FA含量逐漸減少且腐植酸的O/C比值下降。肖彥春等［3］研究表明，加入大量玉米秸稈后，HA的絕對含量和相對含量均隨土/秸的增加而降低。這些變化很大程度上來自于微生物的作用。土壤微生物對有機物料的分解與利用直接影響著新的腐植酸平衡的形成。來航線等［4］在滅菌后的土壤中施入不同C/N的植物秸稈，并分別接種培養細菌、真菌和放線菌，試驗結果表明灰褐類群鏈霉菌形成的FA含量最高，球孢類群鏈霉菌形成HA的分子量最大，芳構化程度最高，而木霉形成的HA含量最高，HA/FA最大。大量研究表明，微生物尤其是真菌可將木質素降解并氧化為醌型化合物參與形成HS［5-6］。同時，微生物通過降解原有腐植酸及合成新的腐植酸來增強其在腐殖化進程中的貢獻。真菌絕大多數具有降解腐殖質和木質素的能力［7-10］。細菌、放線菌在腐殖化進程中同樣有所貢獻［11-17］。但不同類群的微生物在腐殖化過程中起的作用有何差異，這種差異是如何影響新的腐植酸平衡的形成，這些問題還有待突破。本文通過源頭控制與連續培養實驗，獲得了不同培養時間和不同微生物處理下暗棕壤添加玉米秸稈后的腐殖化產物，采用元素組成、差熱分析和紅外光譜法，初步研究其腐植酸組成與結構，旨在探索不同微生物類群對玉米秸稈在暗棕壤中腐殖化進程影響的差異。

1　材料與方法

1.1供試土壤

暗棕壤采自黑龍江省北部黑河市農科院試驗田（47°42′～51°03′N，124°45′～129°18′E），屬高緯度寒帶氣候區域，該土壤已種植小麥至少10年。土壤類型為白漿化暗棕壤，試驗前土壤基本性質如下：有機質39.5 g·kg-1、全氮2.19 g·kg-1、全磷0.42 g·kg-1、pH值為5.7、C/N為10.5。采樣時間為2009年8月，深度為0～20 cm。將采集到的土樣風干后，通過2 mm篩，備用。

1.2供試有機物料

玉米秸稈采自吉林農業大學玉米實驗田。將采集到的整株玉米秸稈剪成適當大小，在恒溫干燥箱中于50～70℃下烘干，用粉碎機粉碎后，通過60目篩。該玉米秸稈含有機碳432.3 g·kg-1，全氮5.5 g·kg-1，全磷7.6 g·kg-1，全鉀4.2 g·kg-1，C/N為79。

1.3供試菌種

本實驗所用細菌、放線菌和真菌是從供試暗棕壤中分離出來的。細菌為枯草芽孢菌（Brevibacterium sp.）和巨大芽孢桿菌（Bacillus megaterium）；放線菌為鏈孢囊菌（Streptosporangium）和鏈霉菌（Strepto -myces）；真菌為綠色木霉菌（Trichoderma viride）、青霉（Penicillium）和黑曲霉（Aspergillus）。實驗所涉及的細菌、放線菌和真菌均為經提取純化的各種純菌株同類等比例混合的菌群，而混合菌系指以上三類菌的等比例混合菌群。

1.4實驗設計

在約7.5 kg暗棕壤中加入約300 g玉米秸稈，混合均勻后，用硫酸銨調節C/N約為20：1，分裝至100 mL三角瓶內，每瓶約50 g，調節土壤含水量至田間最大持水量的80%左右，塞上棉塞，滅菌。然后分別接種細菌、放線菌、真菌和混合菌。具體操作為：從暗棕壤中分離出來的細菌、放線菌和真菌經過純化、擴培后，按照種群混合配制成等體積的4種菌懸液，加入到滅菌后的土壤中，每個三角瓶接種10 mL菌懸液。同時設1個不接種微生物的對照（CK）處理，共5個處理。在25℃條件下恒溫恒濕培養，分別于30、60、90、120、180 d采樣進行定量分析。另外將細菌處理120 d的樣品，真菌、放線菌、混合菌、CK處理180 d的樣品分別標記為A、B、C、D、E，統一進行定性結構分析。為了保證數據的可靠性，實驗需要對供試土壤執行嚴格的滅菌方案，即利用日本ALP CL-32全自動高壓鍋濕熱滅菌法在127℃下間歇性滅菌3次，每次4 h。并且在接種前，抽樣檢測土樣的滅菌效果。每個樣本設3次重復。

1.5分析測定方法

1.5.1菌種的分離、純化、鑒定方法

細菌和放線菌的分離采用稀釋平板法，純化采用劃線法；真菌的分離采用稀釋平板法，純化采用單孢子分離法；采用DNA測序法與傳統鏡檢結合進行菌種鑒定。

1.5.2FA、HA的提取和分組

采用腐殖質組成修改法［18］。用0.1 mol·L-1NaOH+ Na4P2O7混合溶液提取腐殖物質，1 mol·L-1H2SO4溶液溶解FA，0.05 mol·L-1NaOH溶液溶解HA。

1.5.3FA、HA數量分析與結構特征的測定

土壤有機碳（SOC）含量、HA與FA含碳量均采用TOC分析儀（日本島津TOC-VCPH）測定；HA與FA碳、氫、氧、氮元素含量采用元素分析儀測定（Elementar Vario EL-CHN）；差熱分析采用島津TA-60差熱分析儀測定；紅外光譜（IR）采用KBr壓片法測定，所用儀器為美國尼高力公司生產的AV360型紅外光譜儀。

1.5.4相關參數計算

FA、HA相對含量表示FA、HA的含碳量與對應土壤樣本中SOC含量的比值；PQ值即HA/（FA+HA）。

1.6數據分析

文中定量分析數據均采用3次重復的平均值±標準偏差來表示，并采用Sigmastat 3.5統計分析軟件進行95%置信區間下的S-N-K檢驗以明確差異顯著性。采用Excel 2003進行數據整理與繪圖。

2　結果與分析

2.1培養過程中SOC含量、FA、HA相對含量及PQ值變化

經微生物處理后添加玉米秸稈的暗棕壤的SOC含量下降（表1）。整個培養期間細菌對SOC的影響都不顯著，30 d時放線菌和細菌間差異不大，之后二者拉開距離。在180 d的培養期內放線菌、真菌、混合菌處理都能使體系的SOC含量顯著降低，但三者之間差異不明顯。

添加有機物料后，體系中FA和HA的含量均下降，低于土壤樣本的17.78%和19.79%。從圖1中可發現，經微生物處理后，整個培養期間FA含量略有提升但各處理間差異不明顯，HA含量明顯提高。前60 d細菌與其他微生物處理一樣能夠明顯提高HA含量，但之后影響不顯著。放線菌、真菌、混合菌處理均能顯著提高體系HA含量，尤其是真菌處理下HA含量增幅最大，但三種處理間差異并不顯著，特別是中后期放線菌處理與真菌處理的影響基本齊平。從圖1中還可看到，FA、HA含量隨時間的動態變化非常復雜，規律不明確。

表1　不同微生物處理下暗棕壤添加玉米秸稈后土壤SOC含量（g·kg-1）Table 1 Content of SOC in dark brown soil amended with corn stover under different microbial treatments（g·kg-1）

圖1　各微生物處理下暗棕壤添加玉米秸稈后FA、HA相對數量的動態變化Figure 1 Dynamic changes of relative amount of FA and HA extracted from dark brown soil amended with corn stover under different microbial treatments

在觀察體系PQ值變化（表2）時發現，30 d時除細菌外其他微生物處理均使PQ值顯著升高，60 d時細菌處理對PQ值的影響也比較顯著，之后各微生物處理間的影響差異不顯著，直到180 d培養時放線菌對PQ值的提升作用凸顯。

2.2培養末期FA及HA的元素組成

培養末期（即細菌處理120 d，其他處理180 d，下同）體系中FA與HA的元素組成特征（表3）顯示，與對照相比各微生物處理下FA的C、N元素含量均降低，而HA的相應上升；各微生物處理下FA的C/H均下降，而（O+S）/C相應上升，HA的變化趨勢相反。不同微生物處理間也存在一些區別。放線菌對腐植酸的C、（O+S）元素含量影響大，經放線菌處理后，添加玉米秸稈的土壤中HA的C元素含量上升最多，（O+ S）含量下降最多，直接導致其（O+S）/C比值由0.573下降至0.359，和其他微生物處理相比下降幅度最大，而FA的（O+S）/C比值上升最少。細菌對腐植酸的N含量影響大，相對于放線菌和真菌，經細菌處理后，FA的N元素含量下降最少，HA的N元素含量上升最多，總體來說細菌處理的腐植酸含N量較高。真菌對腐植酸的H含量影響大，經真菌處理后，腐植酸的H元素含量均下降最多，含H量較低；基于不同菌群處理的特點，混合菌處理具有綜合效應，即經混合菌處理的腐植酸各元素原子比變化幅度最大（除放線菌對HA的（O+S）/C比值的影響外）。2.3培養末期FA、HA的熱性質（DTA）

表2　不同微生物處理下暗棕壤添加玉米秸稈后的PQ值變化（%）Table 2 Ratios of PQ in dark brown soil amended with corn stover under different microbial treatments（%）

表3　不同微生物處理下暗棕壤添加玉米秸稈180 d后FA、HA的元素組成Table 3 Elemental composition of FA and HA extracted from dark brown soil amended with corn stover after 180 days of different microbial treatments

培養末期添加玉米秸稈的暗棕壤經不同微生物處理后FA、HA的差熱曲線見圖2，放熱及失重詳情見表4。由圖2可知，FA、HA的熱處理過程基本經歷了低溫吸熱、中溫放熱、高溫放熱三個階段，各微生物處理下峰形類似但有些許區別。細菌處理的腐植酸差熱曲線與對照最為接近，在FA的DTA圖中（圖2a）放線菌處理的中溫和高溫放熱峰峰溫均最低，而HA 的DTA圖中混合菌和放線菌處理高溫放熱峰峰溫較其他處理高。結合表4可看出，經微生物處理后，土壤腐植酸中FA的熱量高/中及失重高/中均降低，接近原土值。這種表現尤其以混合菌與放線菌為甚，其熱量高/中由1.840分別降低至0.158和0.114，而失重高/中由0.839分別降低至0.416和0.365，此時真菌的影響不是特別突出。對HA來說，放線菌處理的這兩個比值在各微生物處理中都最低。

圖2　不同微生物處理下暗棕壤添加玉米秸稈180 d后FA（a）、HA（b）的DTAFigure 2 DTA of FA（a）and HA（b）extracted from dark brown soil amended with corn stover after 180 days of different microbial treatments

表4　不同微生物處理下暗棕壤添加玉米秸稈180 d后FA、HA差熱分析中的放熱和失重（半定量）Table 4 Heat release and weight loss of FA and HA extracted from dark brown soil amended with corn stover after 180 days of different microbial treatments during DTA（Semi-quantitative）

2.4培養末期FA、HA的紅外光譜（IR）

圖3　不同微生物處理下暗棕壤添加玉米秸稈180 d后FA（a）、HA（b）的FTIR光譜Figure 3 FTIR spectra of FA（a）and HA（b）extracted from dark brown soil amended with corn stover after 180 days of different microbial treatments

利用紅外光譜可以推斷和半定量測定分子的官能團特征，進一步驗證有機化合物的結構組成。各處理下FA、HA的紅外光譜曲線（圖3）具有大致相似的特征，只在某些特征峰的吸收強度上有一定的差異（表5、表6）。從圖3上看，接種微生物后土壤FA的2920 cm-1峰（代表不對稱脂族C-H伸展）、2850 cm-1峰（代表對稱脂族C-H伸展）和1720 cm-1峰（代表酰胺C=O伸展）均減弱，表5數據顯示混合菌處理降低幅度最大，其次是細菌處理，真菌處理對FA的C=O鍵含量影響程度最小；HA的2920 cm-1峰和1720 cm-1峰（除細菌處理外）均有所增強，表6數據顯示放線菌對其作用最大。圖3還顯示，微生物處理使FA和HA 的1600 cm-1峰（表示芳香C=C伸展、酰胺化合物及氨基酸N-H面內變形）均增強，結合表5、表6數據可知，增幅為放線菌最大。另外除混合菌外，土壤FA、HA中代表多糖組分的1030～1040 cm-1峰均有所增強。表5、表6數據還顯示，接種微生物后土壤FA的（2920+2850）/1720比值均增大，增幅為放線菌最大，真菌最小；土壤HA的2920/1720比值除細菌外均有所降低，降幅放線菌最大，真菌其次。

表5　不同微生物處理下暗棕壤添加玉米秸稈180 d后FA紅外光譜主要吸收峰的相對強度（半定量）Table 5 Relative intensity of major absorption peaks of FTIR spectra of FA extracted from dark brown soil amended with corn stover after 180 days of different microbial treatments（Semi-quantitative）

表6　不同微生物處理下暗棕壤添加玉米秸稈180 d后HA紅外光譜主要吸收峰的相對強度（半定量）Table 6 Relative intensity of major absorption peaks of FTIR spectra of HA extracted from dark brown soil amended with corn stover after 180 days of different microbial treatments（Semi-quantitative）

3　討論

本體土壤中的腐植酸含量相對穩定，當添加有機物料后，在微生物作用下，土壤腐植酸含量將會發生改變［18］。研究顯示，微生物能夠使土壤中原有腐植酸礦化，同時也能夠降解有機物料合成新的腐植酸［19］，在后一腐殖化過程中，細菌、放線菌、真菌都起到一定的作用。以往的研究主要放在特定微生物對特定有機質的降解上，譬如真菌對木質素［9-10］、放線菌對纖維素［13］，或者考察有機物料降解形成腐殖質的時間效應，如腐植酸含量的動態變化［20］。較少關注不同微生物類群對新添加有機質的土壤體系腐殖化影響的差異。本文采用多種手段從數量和結構兩方面對這種影響進行分析，揭示其中的差異，并尋求合理的解釋。

SOC含量、FA和HA相對含量以及PQ值是研究土壤體系腐殖化進程的一些特征量，為了明確這些特征量變化的控制因素，本文對培養時間和微生物處理這兩個因子進行了雙因素方差分析。結果發現，培養時間對上述各特征量的影響并不顯著，而微生物處理的影響極為顯著，說明微生物確實能促進體系的腐殖化。進一步發掘各微生物處理間影響的差異（表1、圖1和表2），發現放線菌和真菌（包括混合菌）是土壤腐殖化進程的主要推動者，細菌的作用最小。經微生物處理后SOC含量下降（表1），說明玉米秸稈中的有機質經微生物降解后部分碳以CO2的形式流失，其中細菌由于對纖維素和木質素的利用度不高而造成的影響最小。土壤中腐植酸的含量反映出腐植酸的合成與分解兩種共存形式之間的較量。微生物處理對FA含量的影響不大，卻能顯著提高HA的含量（圖1），說明在添加了新的有機質情況下微生物對土壤FA的合成與分解率大致相當，而對HA的合成效率顯然要高于分解效率。在上述過程中FA與HA之間也存在相互轉化，結果HA凈增長率高，這一點從PQ值的變化上可以看出（表2）。PQ值表征土壤體系的腐殖化程度，PQ值高，則腐殖化程度高［18-19］。接種微生物后，土壤體系的腐殖化程度提升（除180 d細菌與混合菌處理外）。雖然培養時間長短并不能顯著提高體系中腐植酸的含量，但不同微生物處理對腐殖化的影響程度有時間效應，譬如真菌對PQ值的影響在培養前期（30～60 d）最大，而放線菌的影響在培養中后期（90～ 180 d）比較明顯，這可能是與不同種群微生物對環境的適應能力及對有機質的利用程度有關。

本文中土壤腐植酸的C、N、H及含氧官能團含量均大致在已報道的前期研究范圍內［19］。微生物對FA 與HA元素含量及相應比值的影響存在差別。C/H反映樣品縮合度（芳香程度），（O+S）/C比值則代表腐植酸結構中氧代換的程度［21］。經微生物處理后，FA的前一比值下降，后一比值相應上升，而HA的變化趨勢相反（表3）。由此可知，土壤樣品中FA的縮合度及不飽和度低，氧化程度變高；而HA分子中芳香組分增多，氧化官能團變少，結構更為復雜。另外，FA的C、N含量降低，而HA的相應上升，結合表2的PQ值變化，可大致推測出：微生物對添加玉米秸稈的土壤系統中HA的形成更為有利，腐殖化程度升高，并且從元素變化角度來看，FA有向HA轉化的趨勢。以往的研究有類似結果，例如田相玲等［22］在研究鏈孢囊菌利用纖維素形成的類腐殖物質組分結構特征時發現，類FA組分會向類HA組分轉化。這種轉化的原因可能是，FA苯環上含有更多的羧基官能團和多肽成分（表現在其高N和高氧化度上），羧基容易被攻擊，而多肽有利于聚合，給予充足時間，FA將以這種方式逐步轉化為HA。細菌、放線菌、真菌對腐植酸元素含量的影響分別具體表現在N元素、C和（O+S）元素、H元素上，這種影響偏好及其背后的機理還有待進一步驗證與研究。

在研究腐植酸的熱性質時，一般用高溫放熱量與中溫放熱量的比值（熱量高/中）表示該物質芳香性與脂族性的比，而失重高/中也可作為評價物質芳構化程度的一個指標［18，23］。從上述兩比值來看（表4），玉米秸稈中的木質素類物質使混合體系的芳香化程度提高，而經微生物處理后該值降低，更趨近暗棕壤原土數值，說明微生物能夠利用并降解新添加的有機物料，加速腐殖化進程。其中放線菌和混合菌的影響得到了彰顯，真菌的影響在培養末期不突出。這可能說明在培養末期，放線菌由于對秸稈中纖維素類物質的充分利用而占據了主導地位［22，24］。具體原因可能是培養前期玉米秸稈中纖維素的復雜網絡結構使放線菌產生的纖維素酶聚物難以發揮功效［25］。而真菌作為降解木質素的主體，因為攻擊目標的不同可免受纖維素干擾，主要在培養初期充分發揮其先鋒作用［26］，這也解釋了前文PQ值的結果。Yu等［27］的研究也證明了不同微生物種群在發揮作用的時間上確有此區別。

紅外光譜分析能夠驗證部分元素分析的結果。相比于對照處理，微生物處理使FA的脂族含量和代表芳香組分的C=O含量均減弱，而HA的增強（表5、6）。這可能是FA的官能團向HA轉化的結果。另外放線菌對FA結構中C=O的減弱效應及HA相應量的增強效應都是最大的，也對應了元素分析中放線菌主要對腐植酸中C和（O+S）元素產生影響的結論。王帥等［28］在應用紅外光譜研究微生物對黑土添加麥秸后腐殖質結構特征影響時發現，放線菌能有效減少FA羧基含量，與本文結論相符。FA的（2920+2850）/1720比值和HA的2920/1720比值可說明相應腐植酸的結構復雜程度，比值高代表脂族成分多，比值低代表芳香程度高［18］。表5、表6的結果表示放線菌處理下，FA的脂族性最強，HA的芳香度最高，也就是說腐殖化程度最高，這與前文所述放線菌在培養末期發揮主導降解作用有關。經微生物處理后，腐植酸中代表C= C鍵的1600 cm-1峰增強（圖3），說明微生物能降解外源添加的玉米秸稈，促進腐植酸結構的復雜化，且此時放線菌的作用最強。接種微生物后腐植酸多糖組分增強（圖3），與王帥等［28］在前述文獻中提到的微生物可消耗和利用HA中的多糖加速腐殖化進程的結論似乎相悖，不過從另一個角度說明了微生物在降解腐植酸的同時也在不斷分解外源有機質生成腐植酸的一種前體物質即多糖。

綜上所述，微生物對暗棕壤添加玉米秸稈的腐殖化進程具有影響，且不同微生物類群間的影響存在一些差異。圖4為上述結論的示意圖，主要顯示微生物間作用差異。

圖4　微生物對暗棕壤添加外源有機質腐殖化進程的影響Figure 4 Effects of different microorganisms on humification of neworganic materials incorporated in dark brown soil

4　結論

（1）微生物能夠促進添加玉米秸稈的暗棕壤體系的腐殖化，其中細菌的作用最小，真菌和放線菌是該過程的主要推動者。放線菌主要在培養后期占主導地位，真菌主要在培養初期起先鋒作用。

（2）該體系下接種微生物有利于HA的合成，且FA有向HA轉化的可能。細菌、放線菌、真菌對腐植酸的影響分別具體表現在N元素、C=O鍵、H元素上。

參考文獻：

［1］Vanhees P A W, Johansson E, Jones D L. Dynamics of simple carbon compounds in two forest soils as revealed by soil solution concentrations and biodegradation kinetics［J］. Plant and Soil, 2008, 310（12）：11-23.

［2］張晉京,竇森.灼燒土中玉米秸稈分解期間胡敏酸、富里酸動態變化的研究［J］.吉林農業大學學報, 2002, 24（3）：60-64. ZHANG Jin-jing, DOU Sen. Dynamic changes of humic acid and fulvic acid in ignited soil during corn stalk decomposition［J］. Journal of Jilin Agricultural University, 2002, 24（3）：60-64.

［3］肖彥春,李凱,竇森.黑土底土加入大比例玉米秸稈后胡敏素組分的變化［J］.水土保持學報, 2007, 21（3）：61-64. XIAO Yan-chun, LI Kai, DOU Sen. Changes of black subsoil humin fractions added large proportion corn stock［J］. Journal of Soil and Water Conservation, 2007, 21（3）：61-64

［4］來航線,程麗娟,王中科.幾種微生物對土壤腐殖質形成的作用［J］.西北農業大學學報, 1997, 25（6）：79-82. LAI Hang-xian, CHENG Li-juan, WANG Zhong-ke. Effect of several microorganisms on the formation of soil humus［J］. Acta Universitatis A-griculturalis Boreali-occidentalis, 1997, 25（6）：79-82.

［5］Thevenot M, Dignac M F, Rumpel C. Fate of lignins in soils：A review［J］. Soil Biology and Biochemistry, 2010, 42（8）：1200-1211.

［6］Bahri H, Rasse D P, Rumpel C, et al. Lignin degradation during a laboratory incubation followed by13C isotope analysis［J］. Soil Biology and Biochemistry, 2008, 40（7）：1916-1922.

［7］Kluczek-Turpeinen B, Steffen K T, Tuomela M, et al. Modification of humic acids by the compost-dwelling deuteromycete Paecilomyces inflatus［J］. Applied Microbiology and Biotechnology, 2005, 66（4）：443-449.

［8］Barrico L, Rodríguez-Echeverría S, Freitas H. Diversity of soil basidiomycete communities associated with Quercus suber L. in Portuguese montados［J］. European Journal of Soil Biology, 2010, 46（5）：280-287.

［9］Tuomela M, Vikman M, Hatakka A, et al. Biodegradation of lignin in a compostenvironment：Areview［J］.Bioresource Technology,2000,72（2）：169-183.

［10］?najdr J, Steffen K T, Hofrichter M, et al. Transformation of14C-labelled lignin and humic substances in forest soil by the saprobic basidiomycetes Gymnopus erythropus and Hypholoma fasciculare［J］. Soil Biology and Biochemistry, 2010, 42（9）：1541-1548.

［11］竇森,王帥.不同微生物對形成不同腐殖質組分的差異性研究進展［J］.吉林農業大學學報, 2011, 33（2）：119-125. DOU Sen, WANG Shuai. Review of different microorganisms effect on humus formation［J］. Journal of Jilin Agricultural University, 2011, 33 （2）：119-125

［12］Qi B C, Aldrich C, Lorenzen L, et al. Degradation of humic acids in a microbial film consortium from landfill compost［J］. Industrial and Engineering Chemistry Research, 2004, 43（20）：6309-6316.

［13］吳文韜,鞠美庭,劉金鵬,等.一株纖維素降解菌的分離、鑒定及對玉米秸稈的降解特性［J］.微生物學通報, 2013, 40（4）：712-719. WU Wen-tao, JU Mei-ting, LIU Jin-peng, et al. Isolation, identification and corn stalk degradation characteristics of cellulose-degrading bacterial strain NH11［J］. Microbiology, 2013, 40（4）：712-719.

［14］崔俊濤.微生物在土壤腐殖質形成與轉化中的作用研究［D］.長春：吉林農業大學, 2005. CUI Jun-tao. Studies on the role of microorganism in the formation and transformation of humus［D］. Changchun：Jilin Agricultural University, 2005

［15］Bibollet X, Bosc N, Matulova M, et al.13C and1H NMR study of cellulose metabolism by Fibrobacter succinogenes S85［J］. Journal of Biotechnology, 2000, 77（1）：37-47.

［16］Cervantes F J, Duong-Dac T, Akkermans A D L. Richment and immobilization of quinone-respiring bacteria in anaerobic granular sludge［J］. Water Science and Technology, 2003, 48（6）：9-16.

［17］Kupryszewski G D, Pempkowlak J, Kedzia A. The effect of humic substances isolated from a variety of marine and lacustrine environments on different microorganisms［J］. Oceanologla, 2001, 43（2）：257-261.

［18］竇森.土壤有機質［M］.北京：科學出版社, 2010. DOU Sen. Soil organic matter［M］. Beijing：Science Press, 2010.

［19］斯蒂文森F J著.夏榮基譯.腐殖質化學［M］.北京：北京農業大學出版社, 1994. Stenvson F J, XIA Rong-ji, Trans. Humus chemistry：genesis, composition, reactions［M］. Beijing：Beijing Agricultural University Publishing House, 1994.

［20］竇森,張晉京, Eric E,等.用δ13C方法研究玉米秸稈分解期間土壤有機質數量的動態變化［J］.土壤學報, 2003, 40（3）：329-334. DOU Sen, ZHANG Jin-jing, Eric E, et al. Study on dynamic change of soil organic matter during corn stalk decomposition by δ13C method［J］. Acta Pedologica Sinica, 2003, 40（3）：329-334

［21］牛靈安,郝晉珉,李吉進.鹽漬土熟化過程中腐殖質特性的研究［J］.土壤學報, 2001, 38（1）：114-122. NIU Ling-an, HAO Jin-min, LI Ji-jin. Characteristics of humus in maturing salt-affected soil［J］. Acta Pedologica Sinica, 2001, 38（1）：114-122.

［22］田相玲,竇森,李艷,等.鏈孢囊菌利用纖維素形成菌體及其堿提取組分研究［J］.農業環境科學學報, 2014, 33（4）：744-750. TIAN Xiang-ling, DOU Sen, LI Yan, et al. Characteristics of Streptosporangium mycelia and their alkali extractable components during cellulose decomposition［J］. Journal of Agro-Environment Science, 2014, 33（4）：744-750.

［23］梁重山,劉叢強,黨志.現代分析技術在土壤腐殖質研究中的應用［J］.土壤, 2001, 33（3）：154-158. LIANG Chong-shan, LIU Cong-qiang, DANG Zhi. Application of modern instruments on soil humus research［J］. Soils, 2001, 33（3）：154-158.

［24］Thierie J, Penninckx M J. Modeling of competitive mutualistic relationships, application to cellulose degradation by Streptomyces sp. Strains ［J］. Current Microbiology, 2007, 55（6）：507-511.

［25］Hua B B, Lü Y C, Wang J G, et al. Dynamic changes in the composite microbial system MC1during and following its rapid degradation of lignocellulose［J］. Applied Biochemistry and Biotechnology, 2014, 172 （2）：951-962.

［26］王帥,竇森,王曉平,等.真菌及混合菌對玉米秸稈類腐殖質形成和轉化的影響［J］.農業環境科學學報, 2012, 31（4）：773-779. WANG Shuai, DOU Sen, WANG Xiao-ping, et al. Effect of fungi and mixed strains on the formation and transformation of humic-like substances of the corn stalks［J］. Journal of Agro-Environment Science, 2012, 31（4）：773-779.

［27］Yu H Y, Zeng G M, Huang H L, et al. Microbial community succession and lignocellulose degradation during agricultural waste composting［J］. Biodegradation, 2007, 18（6）：793-802.

［28］王帥,竇森,劉艷麗,等.微生物對黑土添加麥秸后腐殖質結構特征影響的紅外光譜研究［J］.光譜學與光譜分析, 2012, 32（9）：2409-2413. WANG Shuai, DOU Sen, LIU Yan-li, et al. Characterization of soil humus by FTIR spectroscopic analyses after being inoculated with differentmicroorganismspluswheatstraw［J］.Spectroscopyand Spectral Analysis, 2012, 32（9）：2409-2413.

中圖分類號：S154

文獻標志碼：A

文章編號：1672-2043（2016）05-0931-09

doi:10.11654/jaes.2016.05.017

收稿日期：2015-10-25

基金項目：吉林省重點科技攻關項目（2011CB100503NY）；國家自然科學基金（41571231，40971141）

作者簡介：李艷（1984—），女，博士研究生，從事土壤微生物及環境化學研究。E-mail：lileah2012@163.com

*通信作者：竇森E-mail：dousen1959@126.com

Effects of different microorganisms on humification of corn stover incorporated in dark brown soil

LI Yan1, DOU Sen1*, LIU Yan-li1,2, WANG Shuai1,3, LI Li-bo1
（1.College of Resources and Environmental Sciences, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China; 2.Academy of Agriculture and Forestry Sciences of Cangzhou City, Cangzhou 061000, China; 3.Institute of Plant Science, Jilin Agriculture Science and Technology College, Jilin 132101, China）

Abstract：Humification of organic materials in soil is greatly controlled by soil microbes. Different soil microbial communities may have different roles in this process. Here the effects of different microbial communities on the humification of corn stover incorporated in dark brown soil were studied by quantitative analysis, element composition analysis, differential thermal analysis, and Fourier transform infrared spectroscopy. Results showed that microorganisms could obviously promote the humification of the amended organic material. Fungi and actinomycetes had remarkable effects on relative content of humic acids, and were main drivers of the humification process. However, bacteria played small role in the humification process. The structure analysis of humic acids and the change of PQ values（an indicator of humification degree）further revealed the promotion of HA synthesis by microbial treatments and the possibility of FA conversion to HA. Actinomycetes affected the structure of humic acids mainly via C=O bond, while bacteria and fungi respectively impacted the N and H contents of humic acids. The influence of actinomycetes on humification process was more significant at the late stage of incubation than that of other microbes for actinomycetes could make full use of fiber materials. In the actinomycete treatment, the aliphatic characteristic of FA was the most obvious and the aromaticity of HA was the highest. Fungi played a pioneering role at the early stage, mainly in the degradation of lignin. Our results affirm that the influences of different groups of microorganisms on the humification process reflect in the differences in their uses of different materials and the functional groups at different incubation stages. These findings would advance the understanding of the relationship between microorganisms and soil humus.

Keywords：humification; soil microorganisms; humic acids; element composition; FTIR