陳燕霞　唐曉東　楊恒山

摘要：本文對(duì)西遼河平原不同種植年限苜蓿地亞硝酸細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、固氮菌的垂直分布規(guī)律進(jìn)行研究，結(jié)果表明，苜蓿地的亞硝酸細(xì)菌數(shù)量5月份比4月份減少4個(gè)數(shù)量級(jí)，固氮菌的數(shù)量在2個(gè)不同種植年限苜蓿地?zé)o明顯差異，反硝化細(xì)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(xì)菌多于5年生苜蓿地。試驗(yàn)期間土壤中反硝化細(xì)菌最多，固氮菌次之，亞硝酸細(xì)菌最少。

關(guān)鍵詞：苜蓿地；種植年限；亞硝酸細(xì)菌；反硝化細(xì)菌；固氮菌

中圖分類號(hào)：S551+ 9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-0457（2017）02-0049-04國(guó)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(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高蛋白、適應(yīng)性強(qiáng)的豆科牧草，它在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中發(fā)揮著提供飼草和培肥土壤的作用。長(zhǎng)期以來人們對(duì)苜蓿的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和產(chǎn)量等方面進(jìn)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(zhì)和生物學(xué)性狀發(fā)生了不同的變化，在一定程度上影響了土壤的肥力狀況，進(jìn)而影響到了其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、產(chǎn)草量等問題。土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)中極其重要和最為活躍的部分[5]，在土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化循環(huán)，系統(tǒng)穩(wěn)定性和抗干擾能力以及土壤可持續(xù)生產(chǎn)力中占據(jù)主導(dǎo)地位[6，7]，因此土壤微生物種類、數(shù)量及其變化在一定程度上反映了土壤有機(jī)質(zhì)的礦化速度以及各種養(yǎng)分的存在狀態(tài)，從而直接影響土壤供肥狀況[8]。目前，關(guān)于研究不同種植年限苜蓿地參與氮素循環(huán)的微生物生理群的分布特征研究較少，對(duì)不同種植年限苜蓿地的亞硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)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(shí)現(xiàn)土壤可持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

11材料

試驗(yàn)地點(diǎn)位于西遼河平原內(nèi)蒙古民族大學(xué)試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)，土壤類型為灰色草甸土，苜蓿品種為阿爾岡金，試驗(yàn)對(duì)象為2年生和5年生苜蓿，栽培管理一致，對(duì)照為毗鄰試驗(yàn)田的非苜蓿地。2006年4月9日和5月23日先后兩次對(duì)2年生、5年生苜蓿地和對(duì)照地塊分別按0～10cm，10～20cm，20～30cm和30～40cm 4個(gè)土層分層采樣，3次重復(fù)，采集土壤樣品裝入滅菌處理過的聚乙烯袋中于實(shí)驗(yàn)室4℃低溫保存，以備用。試驗(yàn)固氮菌采用改良瓦克斯曼（Waksman）77號(hào)培養(yǎng)基，亞硝酸細(xì)菌采用改良的斯蒂芬遜（Stephenson）培養(yǎng)基，反硝化細(xì)菌采用培養(yǎng)基4[9]。

12方法

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

2結(jié)果與分析

21土壤亞硝酸細(xì)菌

土壤的硝化作用是在硝化細(xì)菌作用下將氨轉(zhuǎn)化成硝酸的過程，土壤中硝化細(xì)菌的多少反映了土壤硝態(tài)氮的供應(yīng)狀況。土壤中硝化細(xì)菌數(shù)量的測(cè)定通常只測(cè)定亞硝酸細(xì)菌的數(shù)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(xù)進(jìn)行的，一般很少有亞硝酸鹽的累積，所以測(cè)定參與第一階段的亞硝酸細(xì)菌的數(shù)量，就能反映出硝化細(xì)菌的多少。由表1可以看出，0～40cm的4個(gè)土層中，苜蓿地的每個(gè)土層在4月份亞硝酸細(xì)菌都高于對(duì)照的每個(gè)相應(yīng)土層3個(gè)數(shù)量級(jí)，在5月份的亞硝酸細(xì)菌低于對(duì)照的每個(gè)相應(yīng)土層1個(gè)數(shù)量級(jí)。2年生苜蓿地的亞硝酸細(xì)菌數(shù)量多于對(duì)照，5年生苜蓿地的亞硝酸細(xì)菌數(shù)量少于對(duì)照。

從總體上看苜蓿地的亞硝酸細(xì)菌在4月份明顯高于5月份，2年生苜蓿地亞硝酸細(xì)菌數(shù)量從上到下4個(gè)土層在4月份先減后增，5月份逐漸減少呈下降趨勢(shì)。5年生苜蓿地亞硝酸細(xì)菌數(shù)量從上到下呈先升高后下降的趨勢(shì)。2年生苜蓿地中亞硝酸細(xì)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(xì)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(xì)菌數(shù)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(duì)土壤氮素平衡起著調(diào)節(jié)作用，并且其在土壤中的數(shù)量多少與土壤中的氮素養(yǎng)分含量有密切關(guān)系。由表2可見，在0～10cm土層中，2年苜蓿地的固氮菌數(shù)量多于對(duì)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(shù)量少于對(duì)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(shù)量都低于對(duì)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(shù)量在4、5月份分別比對(duì)照減少了418%、571%；5年生的固氮菌數(shù)量4月份比對(duì)照增加了122%，5月份比對(duì)照減少了571%；在30～40cm土層，苜蓿地的固氮菌書都低于對(duì)照，分別減少了287%、513%和894%?？傮w上看，苜蓿地的固氮菌數(shù)少于對(duì)照。

從垂直分布上看，2年生苜蓿地的固氮菌數(shù)量在0～10cm土層中所占比例最大，且都大于對(duì)照相應(yīng)土層的比例。5年生苜蓿地的固氮菌數(shù)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(duì)照相應(yīng)土層的比例，從上到下4個(gè)土層的固氮菌數(shù)量比例先增加后減少。

23土壤反硝化細(xì)菌

土壤的反硝化作用是指土壤中的硝態(tài)氮在反硝化細(xì)菌的作用下轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氮的過程。因此，土壤中的反硝化細(xì)菌在一定條件下會(huì)造成土壤的氮素?fù)p失，從而影響土壤的肥力狀況，這與反硝化細(xì)菌數(shù)量的多少密切相關(guān)。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(xì)菌都明顯少于對(duì)照，且相差數(shù)目很大，2年生和5年生苜蓿地的反硝化細(xì)菌數(shù)相差較?。辉?0～30cm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(xì)菌數(shù)分別比對(duì)照減少了632%、929%、776%，而2年生苜蓿地4月份比對(duì)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(xì)菌數(shù)都比對(duì)照有所減少，分別減少了143%、643%、8236%?？傮w來看，苜蓿地的反硝化細(xì)菌數(shù)都少于對(duì)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(xì)菌數(shù)比例從上到下呈下降趨勢(shì)。2年生和5年生苜蓿地在4月份和5月份的反硝化細(xì)菌數(shù)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(xì)菌數(shù)所占比例極小，10～20cm，20～30cm土層的反硝化細(xì)菌數(shù)所占比例較大，5年生苜蓿地的4 個(gè)土層反硝化細(xì)菌數(shù)所占比例大小無明顯差別。

3結(jié)論

土壤亞硝酸細(xì)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(xì)菌遠(yuǎn)大于5月份的亞硝酸細(xì)菌數(shù)，這可能是由于土壤環(huán)境條件導(dǎo)致上一年殘留的累積，致使其數(shù)量升高，這還有待于進(jìn)一步研究。苜蓿地固氮菌都低于對(duì)照，且在2年生和5年生苜蓿地中無明顯差異。反硝化細(xì)菌在2年生和5年生苜蓿地中都低于對(duì)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?fù)p失。2年生和5年生苜蓿地中反硝化細(xì)菌在5月份都高于4月份，其原因是土壤反硝化細(xì)菌數(shù)量受溫度和干濕度季節(jié)的影響，夏秋高溫和雨季情況下土壤反硝化細(xì)菌數(shù)量增多有關(guān)，苜蓿耐低溫且對(duì)水分和熱量敏感[11，12]，多年的氣象資料顯示，試驗(yàn)區(qū)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(qū)降水主要集中在5～9月[15]有關(guān)。試驗(yàn)結(jié)果表明總體上苜蓿地的反硝化細(xì)菌數(shù)量最多、固氮菌次之，亞硝酸細(xì)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(jìn)而土壤氮素循環(huán)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(nóng)業(yè)對(duì)當(dāng)?shù)厮Y源持續(xù)消耗的背景下[16]，對(duì)于苜蓿地多年的土壤氮素循環(huán)影響還需進(jìn)一步深入研究。

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