内蒙古农业科技2015,43(1):19~21 Inner Mongolia Asheuhural Science And Technology 外源N输入下腐殖质层微生物数量与酶活性的相关性分析 眷 蕾,斯日古楞,邰图雅,青 云,峥嵘 010022) (内蒙古师范大学生命科学与技术学院,内蒙古呼和浩特摘 要:以大兴安岭西北坡兴安落叶松林地输入外源N的腐殖质为研究对象,分析了外源N的输入下腐殖质层微生物 数量及酶活性的相关性。结果表明:输入NH CI下,细菌数量与蔗糖酶、放线菌数量与脲酶活性之间有显著的正相关性; 真菌数量与脲酶酶活性之间的相关性为极显著 在KNO 下.细菌数量与过氧化氢酶、放线茵数与蔗糖酶活性之间有极 显著的正相关性 施加NH 0 下,真菌数量与放线茵数量之间有极显著的正相关性;细菌数量与脲酶活性之间的正相 关性显著:放线菌和真菌数量分别与过氧化氢酶和蔗糖酶活性之间有极显著的正相关性 关键词:外源N:腐殖质;微生物数量;酶活性:相关性 中图分类号:S154.5 文献标识码:A 10.3969 ̄.issn.1007—0907.2015.o1.007 文章编号:1007—0907(2015)01—0019-03 Correlation analysis on microbial quantity and enzyme activities in humus layer under exogenous N input CHUN Lei,Siriguleng,TAI Tuya,QING Yun,ZHENG Rong (College of life science and technology,Inner Mongolia normal university,Hohhot 010022,China) Abstract:With exerted different nitrogen larix gmelinii forest humus layer in Great Khingan as the research object,the correlation relations between the quanti ̄of microbial and enzyme activity was analyzed.The results showed that:by inputting NH4CI,there were very signiifcant positive correlation between the number of bacteria and the invertase activity,the number of actinomyces and urease activity;the number of fungi had signiifcant positive correlation with the activity of urease.With KN03 applying,there were very signiifcant positive correlation between the quantity of bacteria and catalase activity,and the number of actinomyces and invertase activity.By inputting Ntt4N03,the number of fungi showed signiifcantly positive correlation with the quantity of actinomyces;the number of bacteria had signiifcantly positive correlation with the urease activity;the quantity of actinomyces and fungi had very significant positive correlation between catalase activity and invertase activity,respectively. Keywords:Exogenous Nitrogen;Humus Layer;Microbial quantity;Enzyme activity;Correlation 腐殖质层是森林生态系统碳库和养分库的主要 组成部分…,腐殖质的分解向土壤输入了大量的养分 和能量圈.对森林土壤的演化和林内植物的养分循环 起着不可代替的作用 微生物是土壤生态系统重要的 kg/hm2.a .导致了一系列的生态环境问题,如森林土 壤的酸化[51、改变土壤微生物群落结构和功能、微生物 对底物利用模式发生改变、呼吸速率降低、土壤酶活 性的降低等同.因此氮沉降成为学术界和社会关注的 研究热点之一 大兴安岭是我国重要的林区.本研究以大兴安岭 兴安落叶松林腐殖质为研究对象.探讨外源 输入下 腐殖质层微生物数量和酶活性之间的相关性,为森林 组成部分.对腐殖质层养分的分解与转化起着举足轻 重的作用.因而成为反映土壤肥力的指标之一『3] 氮素是影响陆地生态系统重要的因子.在土壤中 输人适当浓度的氮可以提高微生物数量因而改善土 壤肥力,但过多浓度的氮反而也会抑制真菌生长和繁 殖而导致个别的酶活性降低 近十几年来.随着工业 化和现代农业的迅速发展.在某些地区氮的人为排放 量已大大超过森林氮饱和的临界负荷最小值.为10 收稿日期:2014—10—15 和环境保护方面提供理论依据 1材料和方法 1.1试验地概况 研究区位于内蒙古大兴安岭森林生态系统国家 基金项目:内蒙古自然科学基金项目(2011MS0506);内蒙古科技计划项目(20120421) 作者简介:春蕾(1988~),女,内蒙古通辽人,硕士研究生,研究方向为土壤微生物多样性和菌根生物技术。 通讯作者:峥嵘(1971~),女,内蒙古通辽人,副教授,硕士,主要研究方向为土壤微生物和菌根生物技术。 内蒙古农业科技 野外科学观测研究站 该站位于大兴安岭西北坡.北 纬50。49 ~50。51 .东经121。30 ~121o31 .海拔826m 该区属于寒温带半湿润气候.年平均气温为一5.4℃. 年降水量450~550ram,60%集中在7、8月 9月末到 1.2.3腐殖质层微生物计数[71采用稀释平板菌落 计数法, 细菌采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基(牛肉膏 3.0g、蛋白胨lO.Og、NaC15.0g、琼脂2O.Og、蒸馏水 1000mL、pH值7.4~7.6):真菌采用孟加拉红培养基 (KH2PO4 1.0g、MgSO4・7H2O 0.5g、蛋白胨5.0g、葡萄 糖10.0g、琼脂20.0g、蒸馏水1000mL);放线菌采 }丰I 改良高氏一号培养基(可溶性淀粉20.0g、NaC1 0 5g、 K2HP04・3H2O 0.5g、FeSO4・7H2O 0.5g、琼脂20.0g、蒸 翌年5月初为降雪.降雪厚度20~40em.降雪量占全 年降水总量的12% 全年地表蒸发量800~1200mm. 年平均日照2 594h.无霜期80d 土壤为发育于花岗 岩残积物上的暗棕壤,土层厚度30 40cin.石砾较多 主要植物有兴安落叶松 arix gmelini)、白桦(Bet“ platyphylla)、杜香 e um palustre)、杜鹃 hododendron 馏水1000mL、pH值7.4~7.6) 1.2.4腐殖质层酶活性的测定l81过氧化氢酶:采J_H simsii1、红豆越橘(Vaccinium Vitisidaea)等 1.2研究方法 高锰酸钾滴定法.其活性以单位腐殖质重消耗的 0.002 mol/L高锰酸钾毫升数(对照与试验测定的差) 表示:转化酶:采用硫代硫酸钠滴定法.其活性以单位 1.2.1试验设计在内蒙古大兴安岭西北坡.选择地 形相对平坦、树木均匀、土层相对较厚的原始林地,设 置9个大样方.每个大样方又分为4个小样方.规格 为20mx10m.每个样方的间隔为10m.共36个小样 方 设置了4个施N水平.分别为高N(N3,40kg/hm2. 腐殖质重消耗的0.1mo1/L硫代硫酸钠毫升数(对照与 试验测定的差):脲酶:苯酚一次氯酸钠比色法,其活性 以每100g腐殖质的NH4+一N的毫克数表示 1.2.5 统计分析 分别以3种外源N的4个处理水 a)、中N(N2,20k ̄hm ・a)、低N(N1,10kg/hm ・a)和对 照(N0,0kg/hm2・a)等,每个处理3次重复。每月初称 取相同N含量NH CI、KNO,和NH4NO3,3种N肥溶 平下.微生物数量与酶活性之间进行了相关性分析 腐殖质层不同微生物数量之间的相关性、微生物数量 与酶活性之间的相关性分析均采用EXCEL和 SPSS16.0的COlTelations进行统计分析 2结果与分析 2.1 不同外源N输入下不同微生物数量的相关性分析 于20 L水中.用喷壶均匀喷洒于各样方 此试验连续 进行3年 1.2.2样品的采集与处理把0~5 cm的腐殖质层装 人密封袋中带回实验室.将用于微生物计数的部分样 品在4 冰箱保存备用.用于酶活性分析的部分样品 在通风的室内风干,然后研磨、lmm过筛备用。 不同外源N输入下兴安落叶松林腐殖质层微生 物数量的相关性分析列于表1 从表1可以看出,分别输入NH CI和KNO 时, 表l 不同外源N下微生物数量之间的相关性 注:表巾标 为显著相关性.标 为极显著相关 腐殖质层的细菌、放线菌和真菌数量之间呈现正相关 2.2 不同外源N输入下微生物数量与酶活性之间的 相关性分析 性,但不显著 输入NH NO 下,放线菌数量与真菌数 量之问有极显著的正相关性.相关系数为0.724.而细 菌数量与放线菌和放线菌数量与真菌数量之间的相 关性不 著. .不同外源N输入下兴安落叶松林腐殖质层微牛 物数量与酶活性之间的相关性如表2。 由表2可知.输入NH CI下。细菌数量和放线菌 表2不同外源N下的微生物数量与酶活性之间的相关性 注:表中标 为 著相关性,标 为极显著相关 数量分别与蔗糖酶和脲酶活性有显著的正相关性,相 关系数分别为O.715、O.680;真菌数量与脲酶活性之 1期 春蕾等:外源N输入下腐殖质层微生物数量与酶活性的相关性分析 2l 间有极显著相关性,相关系数为0.941;细菌数量分别 与脲酶活性和过氧化氢酶活性有正相关性,但不显 著:放线菌数量分别与过氧化氢酶活性和蔗糖酶活性 之间的正相关性不显著:真菌数量分别与过氧化氢酶 活性和蔗糖酶活性有正相关性,但不显著。施加KNO, 下.细菌数量和放线菌数量与过氧化氢酶和蔗糖酶活 性有极显著的正相关性.相关系数分别为0.759、 0.756:细菌数量分别与脲酶活性和蔗糖酶活性有正 相关性.但不显著;放线菌数量分别与脲酶活性和过 氧化氢酶活性之间有不显著的正相关性:真菌数量分 别与脲酶活性、过氧化氢酶活性和蔗糖酶活性有正相 关性,但不显著。在NH4NO 下,细菌数量与脲酶活性 有显著的正相关性.相关系数为0.6l1:放线菌数量和 真菌数量分别与过氧化氢酶活性和蔗糖酶活性的相 关性达到极显著的水平.相关系数分别为0.717、 0.724、0.915、0.794;细菌数量分别与过氧化氢酶活性 和蔗糖酶活性有正相关性而不显著:放线菌数量和真 菌数量与脲酶活性有正相关性,但不显著。 3讨论 过量的外源N输入会影响土壤微生物数量及酶 活性增降变化因而也会改变微生物数量与酶活性之 间的相关性。如高浓度N下细菌数量的增加 、低N 促进真菌数量增 ̄[101、高N抑制蔗糖酶活性l111等等。 徐惠风等【l21在长白山区沟谷沼泽乌拉苔草湿地土壤 微生物数量与酶活性相关性研究表明.脲酶活性与放 线菌数量有极显著的正相关性等 陈亮等I 3l研究秸秆 焚烧对不同耕层土壤微生物数量与酶活性相关性结 果表明,脲酶活性与细菌、放线菌和真菌数量有显著 的正相关性。相关性系数分别为0.977、0.974、0.954。 白世红『l 4】黄河三角洲不同退化程度人工刺槐林土壤 的研究表明.细菌数量与过氧化氢酶活性之间无正相 关性等。本研究结果表明,施加NH CI下,真菌数量 与脲酶活性之间有极显著的正相关性:输入KNO 下.细菌数量与过氧化氢酶活性有极显著的相关性: 在施加NH4NO 下,放线菌、真菌数量与蔗糖酶活性 有极显著的正相关性等 这些不同的研究结果表明. 过量外源N的输入在一定的程度上影响微生物数量 与酶活性之间的相关性 可能原因是肥沃且营养利用 性高的土壤更适合细菌的生长繁殖。而贫瘠且营养可 利用性低的土壤有利于真菌的生长繁殖 虽然外源 N的输入某种程度上增加或减少了微生物数量.但可 培养出来的细菌、放线菌、真菌分别所占的比例与对 照组相比没有发生显著的变化 但也有研究结果表 明,施N将导致微生物区系组成的明显改变 可能 的原因是外源N施加的时间长短及处理水平、林地、 气候等不同造成的。当然不能排除其他土壤因子的影 响.例如银秋玲I163等研究结果显示土壤三大菌与速效 K呈显著或极显著正相关而与土壤pH值、土壤全K 呈显著负相关等。郑伟等【 .71在马尾松低效林地的研究 结果表明速效P是影响土壤酶活性的第一位因子; DH值是影响土壤蔗糖酶活性的关键因子等。外源氮 的输入对土壤微生物数量及酶活性之问的相关性影 响的研究甚少.有待进一步研究证实。 参考文献: f1]涂利华,胡庭兴,,等.模拟氮沉降对两种竹林不同 凋落物组分分解过程养分释放的影响IJ].生态学报, 201 1.31(6):1547—1557. 【21王军,姚海元,麦俊伟,等.广州长冈山森林凋落物土壤 微生物群落结构及季节变化lJ】.生态学杂志,2008,27(3): 408-413. 『31湛方栋,何永美,祖艳群,等.NPK配施对丘北辣椒土壤微 生物数量及其相关性的影响『JI.中国农学通报,2010,26 (1 ̄:171-176. 『41沈芳芳.模拟氮沉降对杉木人工林土壤有机碳库的影响 『D1.南昌:江西农业大学,201 1. 『51沈芳芳,袁颖红,樊后保.等.氮沉降对杉木人工林土壤有 机碳矿化和土壤酶活性的影响fJ].生态学报,2010,32(2): 517—527. f61袁颖红,樊后保,刘文飞,等.模拟氮沉降对杉木人工林土 壤酶活性及生物群落功能多样性的影响fJ].土壤,2013,45 (1):120-128. 『71林先贵.土壤微生物研究原理与方法【M】.北京:高等教育出 版社.2010. 『81周丹,赵永红,王春晖,等.钨矿区砷污染与土壤微生物 及酶活性相关性研究【J].有色金属科学与工程,2013,4(6): 57-64. f91王志勇.模拟氮沉降对亚热带人工林土壤微生物的影响 fD1.长沙:中南林业科技大学,2012. 『10]薛璨花,莫江明,李炯,等.土壤微生物数量对模拟氮沉 降增加的早期影响fJ1.广西植物,2007,27(2):174—179. 【111雒守华.模拟氮沉降对华西雨屏去光皮桦树林凋落物分 解、土壤酶活性和土壤呼吸的影响【D】.成都:四川农业大 学.2010. 『121徐惠风,刘兴土.长白山区沟谷沼泽乌拉苔草湿地土壤酶 活性与氮素、土壤微生物相关性研究fJ1.农业环境科学学 报.2009.28 ̄):946—950. f131陈亮,赵兰敏,赵兴敏,等.秸秆焚烧对不同耕层土壤酶 活性、微生物数量以及土壤理化性状的影响『j1.水土保持 学报。2012,26f41:118~122. 『14]白世红,马风云,李树生,等.黄河三角洲不同退化程度人 工刺槐林土壤酶活性、养分和微生物相关性研究『J].中国 f下转42页1 42 内蒙古农业科技 43卷 界值。不同乡镇之问有效锰差异较大,银号镇有效锰 平均含量为1 1.49mg/kg,平均含量最高;怀朔镇有效 锰平均含量为8.45mg/kg,平均含量最低。 各乡镇有效锰分级面积统计结果见表9。从表9看,各乡镇有效锰主要分布在5.0~15.Omg/kg水平:小于 1.Omg/kg的面积为0.1.0 ̄5.Omg/kg和大于15.Omg/kg的面 积均分布较小。通过统计,全县缺锰面积共计17 460.3hm ,占总面积的14. ,各乡镇均分布缺锰区域。 表9各乡镇耕地土壤有效锰含量分级面积统计 4 结论 的平均含量为7.98mg/kg,高于临界值,各乡镇有效铁 主要分布在4.5 20.Omg/kg水平.没有缺铁的区域 有 通过对固阳县耕地土壤有效硼、有效锌、有效钼、 有效锰、有效铜、有效铁共24 581项次检测结果分 析.明确了现有耕地土壤微量元素含量 同阳县有效硼的平均含量为0.89mg/kg.平均含 效锰的平均含量为9.89mg/kg.高于临界值.全县缺锰 面积共计17 460.3hm2,占总面积的14.6%.在各乡镇 均有分布 生产中对于各微量元素低于临界值的区域.应施 量高于临界值,有效硼变幅为0.O1 5.12mg/kg,存在 缺硼区域:各乡镇之间有效硼差异较大.其中兴顺西 镇、西斗铺镇有效硼含量较高,分别为1.14mg/kg、 用相应的微肥.结合作物的需肥规律进行施用 微量 元素肥料作基肥、种肥或追肥施人土壤.为节省肥料. 提高肥效.通常采用条施或穴施.土壤施用微量元素 肥料有一定的后效.可隔年施用 对速效性微量元素 肥料也可应用植物体施肥法。进行拌种、浸种、蘸根、 根外喷施等方法.应用这些方法。一定要配置适宜浓 度的微肥 1.13mg/kg;其余各乡镇有效硼含量在0.75 0.83mg/ kg,差异不大。有效钼的平均含量为0.13mg/kg,低于 有效钼的临界值0.15mg/kg,各乡镇之问有效钼差异 不大.耕地土壤相当面积缺钼 固阳县耕地土壤有效 钼含量低于临界值的面积共104 816.4hm .占总面积 的87.6% 有效锌的平均含量为1.06mg/kg.高于临界 值.不同乡镇之间有效锌差异不大。有效锌含量低于 临界值的面积共5 925.7hm2.占总面积的5.0% 有效 参考文献: 『11鲍士旦.土壤农化分析『M1.北京:中国农业出版社,2005. 『21郑德明,姜益娟,朱朝阳,等.农田土壤有效态微量元 铜的平均含量为0.87mg/kg,高于临界值,不同乡镇之 间有效铜差异不大.各乡镇没有缺铜的区域 有效铁 素含量现状[J】.塔里木农垦大学学报,2003(2):8—10. 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