不同種植年限苜蓿地亞硝化菌、反硝化菌和固氮菌的垂直分布

陳燕霞　唐曉東　楊恒山

摘要：本文對西遼河平原不同種植年限苜蓿地亞硝酸細菌、反硝化細菌、固氮菌的垂直分布規律進行研究，結果表明，苜蓿地的亞硝酸細菌數量5月份比4月份減少4個數量級，固氮菌的數量在2個不同種植年限苜蓿地無明顯差異，反硝化細菌在2年生苜蓿地中多于5年生苜蓿地，2年生苜蓿地的亞硝酸細菌多于5年生苜蓿地。試驗期間土壤中反硝化細菌最多，固氮菌次之，亞硝酸細菌最少。

關鍵詞：苜蓿地；種植年限；亞硝酸細菌；反硝化細菌；固氮菌

中圖分類號：S551+ 9

文獻標識碼：A

文章編號：1008-0457（2017）02-0049-04國際DOI編碼：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2017.02.010

Abstract：This study deals with the vertical distribution of nitrifying bacteria， denitrifying bacteria and nitrogen-fixing bacteria in the alfalfa crops of different ages in Xiliaohe Plain. The results showed that alfalfa crops in April had more nitrifying bacteria （about 104） than that in May. The amount of nitrogen-fixing bacteria did not have obvious difference between the 2-year-old and 5-year-old alfalfa crops. However， the 2-year-old alfalfa crops had higher amount of denitrifying bacteria than that of the 5-year-old alfalfa crops. During the studying period， the amount of soil denitrifying bacteria was most abundant， followed by the nitrogen-fixing bacteria， with the nitrifying bacteria the least in alfalfa crops.

Key words：alfalfa crops； nitrifying bacteria； denitrifying bacteria； nitrogen-fixing bacteria

苜蓿是世界上栽培最早、面積最廣的多年生豆科植物[1]，是一種優質、高產、高蛋白、適應性強的豆科牧草，它在傳統農業中發揮著提供飼草和培肥土壤的作用。長期以來人們對苜蓿的營養價值和產量等方面進行了大量的研究[2-4]。不同種植年限的苜蓿使土壤理化性質和生物學性狀發生了不同的變化，在一定程度上影響了土壤的肥力狀況，進而影響到了其營養價值、產草量等問題。土壤微生物是土壤生態系統中極其重要和最為活躍的部分[5]，在土壤養分轉化循環，系統穩定性和抗干擾能力以及土壤可持續生產力中占據主導地位[6，7]，因此土壤微生物種類、數量及其變化在一定程度上反映了土壤有機質的礦化速度以及各種養分的存在狀態，從而直接影響土壤供肥狀況[8]。目前，關于研究不同種植年限苜蓿地參與氮素循環的微生物生理群的分布特征研究較少，對不同種植年限苜蓿地的亞硝化細菌、反硝化細菌和固氮菌分布特征的研究更少，研究這些土壤微生物目的在于培肥土壤和實現土壤可持續利用提供科學依據。

1材料與方法

11材料

試驗地點位于西遼河平原內蒙古民族大學試驗農場，土壤類型為灰色草甸土，苜蓿品種為阿爾岡金，試驗對象為2年生和5年生苜蓿，栽培管理一致，對照為毗鄰試驗田的非苜蓿地。2006年4月9日和5月23日先后兩次對2年生、5年生苜蓿地和對照地塊分別按0～10cm，10～20cm，20～30cm和30～40cm 4個土層分層采樣，3次重復，采集土壤樣品裝入滅菌處理過的聚乙烯袋中于實驗室4℃低溫保存，以備用。試驗固氮菌采用改良瓦克斯曼（Waksman）77號培養基，亞硝酸細菌采用改良的斯蒂芬遜（Stephenson）培養基，反硝化細菌采用培養基4[9]。

12方法

固氮菌采用固體平板法計數，亞硝酸細菌和反硝化細菌采用稀釋法[9]，固氮菌改良瓦克斯曼77號培養基在28～30℃恒溫箱中培養7天計數，亞硝酸細菌改良的斯蒂芬遜培養基和反硝化細菌培養基在28～30℃恒溫箱中培養14天計數，查表后換算成每克干土的含菌數。

2結果與分析

21土壤亞硝酸細菌

土壤的硝化作用是在硝化細菌作用下將氨轉化成硝酸的過程，土壤中硝化細菌的多少反映了土壤硝態氮的供應狀況。土壤中硝化細菌數量的測定通常只測定亞硝酸細菌的數量，原因在于土壤中硝化作用的第一階段和第二階段是連續進行的，一般很少有亞硝酸鹽的累積，所以測定參與第一階段的亞硝酸細菌的數量，就能反映出硝化細菌的多少。由表1可以看出，0～40cm的4個土層中，苜蓿地的每個土層在4月份亞硝酸細菌都高于對照的每個相應土層3個數量級，在5月份的亞硝酸細菌低于對照的每個相應土層1個數量級。2年生苜蓿地的亞硝酸細菌數量多于對照，5年生苜蓿地的亞硝酸細菌數量少于對照。

從總體上看苜蓿地的亞硝酸細菌在4月份明顯高于5月份，2年生苜蓿地亞硝酸細菌數量從上到下4個土層在4月份先減后增，5月份逐漸減少呈下降趨勢。5年生苜蓿地亞硝酸細菌數量從上到下呈先升高后下降的趨勢。2年生苜蓿地中亞硝酸細菌在4月份的20～30cm土層所占比例最大，在30～40cm土層所占比例最小，5月份的亞硝酸細菌在0～10cm土層所占比例最大，30～40cm土層中比例最小。5年生苜蓿地中，亞硝酸細菌數4月份在0～10cm土層所占比例最小，5月份在10～20cm土層所占比例最大。

22土壤固氮菌

土壤固氮菌對土壤氮素平衡起著調節作用，并且其在土壤中的數量多少與土壤中的氮素養分含量有密切關系。由表2可見，在0～10cm土層中，2年苜蓿地的固氮菌數量多于對照，4月份和5月份分別增加了263%和638%。5年生苜蓿地固氮菌數量少于對照，4月份和5月份分別減少了524%和552%；在10～20cm土層，2年生苜蓿地的固氮菌數量都低于對照，4、5月份分別減少了64%、58%。5年生苜蓿地的固氮菌在4月份增加了344%，5月份減少了53%；在20～30cm土層，苜蓿地中，2年生的固氮菌數量在4、5月份分別比對照減少了418%、571%；5年生的固氮菌數量4月份比對照增加了122%，5月份比對照減少了571%；在30～40cm土層，苜蓿地的固氮菌書都低于對照，分別減少了287%、513%和894%。總體上看，苜蓿地的固氮菌數少于對照。

從垂直分布上看，2年生苜蓿地的固氮菌數量在0～10cm土層中所占比例最大，且都大于對照相應土層的比例。5年生苜蓿地的固氮菌數量在10～20cm土層中所占比例最大，在0～10cm，30～40cm土層中比例較少，且小于對照相應土層的比例，從上到下4個土層的固氮菌數量比例先增加后減少。

23土壤反硝化細菌

土壤的反硝化作用是指土壤中的硝態氮在反硝化細菌的作用下轉化為氣態氮的過程。因此，土壤中的反硝化細菌在一定條件下會造成土壤的氮素損失，從而影響土壤的肥力狀況，這與反硝化細菌數量的多少密切相關。由表3可以看出，在0～10cm土層和10～20cm土層，苜蓿地的反硝化細菌都明顯少于對照，且相差數目很大，2年生和5年生苜蓿地的反硝化細菌數相差較小；在20～30cm土層，2年生苜蓿地的4月和5年生苜蓿地的4月和5月的反硝化細菌數分別比對照減少了632%、929%、776%，而2年生苜蓿地4月份比對照增大了7倍；在30～40cm土層，2年生和5年生苜蓿地的反硝化細菌數都比對照有所減少，分別減少了143%、643%、8236%。總體來看，苜蓿地的反硝化細菌數都少于對照。

垂直分布上，2年生苜蓿地4月份和5年生苜蓿地的反硝化細菌數比例從上到下呈下降趨勢。2年生和5年生苜蓿地在4月份和5月份的反硝化細菌數比例大小基本一致。2年生苜蓿地5月份 0～10cm和30～40cm土層的反硝化細菌數所占比例極小，10～20cm，20～30cm土層的反硝化細菌數所占比例較大，5年生苜蓿地的4 個土層反硝化細菌數所占比例大小無明顯差別。

3結論

土壤亞硝酸細菌在2年生苜蓿地和5年生苜蓿地中的大小變化幅度不盡相同，但苜蓿地在4月份亞硝酸細菌遠大于5月份的亞硝酸細菌數，這可能是由于土壤環境條件導致上一年殘留的累積，致使其數量升高，這還有待于進一步研究。苜蓿地固氮菌都低于對照，且在2年生和5年生苜蓿地中無明顯差異。反硝化細菌在2年生和5年生苜蓿地中都低于對照，但2年生的都多于5年生的，這與邰繼承[10]研究一致，說明紫花苜蓿隨著種植年限增加能夠有效改善土壤通氣狀況，降低土壤氮素損失。2年生和5年生苜蓿地中反硝化細菌在5月份都高于4月份，其原因是土壤反硝化細菌數量受溫度和干濕度季節的影響，夏秋高溫和雨季情況下土壤反硝化細菌數量增多有關，苜蓿耐低溫且對水分和熱量敏感[11，12]，多年的氣象資料顯示，試驗區4月份尚處于終霜期[13]，5月份氣溫逐漸升高[14]，以及該地區降水主要集中在5～9月[15]有關。試驗結果表明總體上苜蓿地的反硝化細菌數量最多、固氮菌次之，亞硝酸細菌較少，表明溫度和降水等氣候條件是影響西遼河平原苜蓿地土壤3類菌變化的重要因素，進而土壤氮素循環過程。西遼河平原在溫度升高、降水減少、干旱加重以及井灌農業對當地水資源持續消耗的背景下[16]，對于苜蓿地多年的土壤氮素循環影響還需進一步深入研究。

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