植煙土壤的溫濕度對(duì)有機(jī)肥降解過程中微生物活性的影響

楊湘子，周冀衡，牛麗娜，周 勇，邵 麗

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草研究院，湖南 長沙 410128）

土壤中的微生物主要有細(xì)菌、真菌、放線菌、藻類和原生動(dòng)物[1]，它們與土壤肥力有關(guān)，在土壤中進(jìn)行氧化、硝化、氨化、固氮、硫化等過程，促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的分解和養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，也是土壤環(huán)境質(zhì)量的生物學(xué)指標(biāo)之一[2]。通過研究植煙土壤中不同溫度和濕度條件下有機(jī)肥降解過程中微生物的主要活動(dòng)特性，得出微生物活性最佳的施肥溫濕條件，從而為有機(jī)肥的合理施用、高效利用和土壤的改良提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2011年3～9月在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草科學(xué)與健康實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。將有機(jī)混合肥經(jīng)60℃烘干粉碎后過0.4 mm 篩。土壤選自湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草種植基地普栽品種K326 的試驗(yàn)地0～20 cm 表層土壤（水稻土，肥力中等），采集后去除雜質(zhì)，風(fēng)干后碾碎過60 目（0.25 mm）篩。有機(jī)肥與煙土混合在規(guī)格為10 cm×10 cm（長×寬），孔徑為1 mm 的尼龍袋中，每袋裝有機(jī)肥10 g，供試土壤100 g，混勻后扎緊袋口。將尼龍袋置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，溫度分別為10℃、20℃、30℃，含水率分別為飽和含水量、含水量70%～75%、干濕交替30%～70%。交叉培養(yǎng)，共計(jì)9個(gè)處理，具體見表1。培養(yǎng)10 d 后開始取樣，每15 d一次，總計(jì)取樣6 次。

表1 不同溫度和供水條件處理

1.2 培養(yǎng)以及測(cè)定方法

采用稀釋平板法測(cè)定土壤微生物總數(shù)，以每克干土所含微生物數(shù)量表示結(jié)果。采用牛肉膏蛋白胨固體培養(yǎng)基培養(yǎng)細(xì)菌，馬丁氏培養(yǎng)基培養(yǎng)真菌，高氏1 號(hào)培養(yǎng)基培養(yǎng)放線菌[3]。

生物多樣性指數(shù)是描述生物類型數(shù)和均勻度的一個(gè)度量指標(biāo)，它可以在一定的程度上反映生物群落中物種的豐富度及其各類型間的分布比例。本研究中土壤微生物群落多樣性指數(shù)和土壤微生物菌群的均勻度計(jì)算方法如下[4]。

（1）土壤微生物菌群多樣性指數(shù)：H=-ΣPi×lnPi

（2）土壤微生物菌群的均勻度：E=（-ΣPi×lnPi）/lnS

式中Pi=Ni/N，表示某群落中第i 個(gè)類型的個(gè)體數(shù)占總個(gè)體數(shù)的百分比，S 為微生物類群數(shù)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度和濕度條件下有機(jī)肥降解過程中對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響

由表2 可知，土壤細(xì)菌數(shù)量隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加有增加的趨勢(shì)，特別是在70～85 d 時(shí)到達(dá)最大。S7 處理（溫度35℃，飽和含水量）相比較其他處理而言，最適合細(xì)菌生長，其在70 d 時(shí)，細(xì)菌數(shù)量最大，達(dá)到4.02×107cfu/g。

表2 溫度和濕度對(duì)有機(jī)肥降解過程中土壤細(xì)菌數(shù)量的影響 （107 cfu/g）

不同處理?xiàng)l件有機(jī)肥在降解過程中真菌數(shù)量的統(tǒng)計(jì)見表3。土壤中真菌數(shù)量隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加也呈增加趨勢(shì)，70 d 后出現(xiàn)回落。S4 處理（溫度25℃，飽和含水量）最適合真菌生長，在培養(yǎng)70 d 時(shí)真菌數(shù)量最大，達(dá)到8.43×104cfu/g。

由表4 可見，溫度和濕度條件對(duì)放線菌的生長都很大的影響。在低溫低濕條件下，放線菌的生長與培養(yǎng)時(shí)間不呈線性關(guān)系；在適溫適濕條件下，其數(shù)量隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加呈增加趨勢(shì)。S8（溫度25℃，70%含水量）處理下培養(yǎng)70 d 總量最大，達(dá)到2.79×105cfu/g。

表3 溫度和濕度對(duì)有機(jī)肥降解過程中土壤真菌數(shù)量的影響 （104 cfu/g）

表4 溫度和濕度對(duì)有機(jī)肥降解過程中土壤放線菌數(shù)量的影響 （105 cfu/g）

2.2 不同溫度和濕度條件下有機(jī)肥降解過程中土壤微生物的多樣性

由圖1、2 可以看出，土壤微生物多樣性指數(shù)H和均勻度E 最高的為培養(yǎng)70～85 d 的S4（溫度25℃，飽和含水量）處理，其H 值達(dá)到0.91，E 值達(dá)到0.69；其次是S7（溫度35℃，飽和含水量）處理，其H 值達(dá)到0.85，E 值達(dá)到0.67。其他幾種處理均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于這兩種處理。

圖1 溫度和濕度條件對(duì)有機(jī)肥降解過程中土壤微生物多樣性的影響

圖2 溫度和濕度條件對(duì)有機(jī)肥降解過程中土壤微生物均勻度的影響

3 討 論

土壤微生物的數(shù)量及活性是檢測(cè)土壤肥力的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。細(xì)菌是土壤的氮源[5]，其數(shù)量的增長能夠有效地為土壤提供氮素，增加土壤營養(yǎng)。真菌一般為腐生異養(yǎng)微生物，其主要作用是分解土壤中的有機(jī)殘?bào)w，是物質(zhì)循環(huán)的分解者，其代謝產(chǎn)物中含有一定量的腐殖質(zhì)，對(duì)土壤環(huán)境有一定的改善作用。土壤中放線菌是以需氧性異養(yǎng)狀態(tài)生活，它們的主要作用是分解土壤中的纖維素、木質(zhì)素和果膠類物質(zhì)等，從而改善土壤的養(yǎng)分狀況，有利于作物直接吸收利用土壤養(yǎng)分。放線菌的生長還能產(chǎn)生大量的抗生素物質(zhì)，保護(hù)土壤不受病蟲害的侵染，也能抑制某些有害病菌的生長[6-8]。

研究表明，植煙土壤中施用的有機(jī)肥在降解過程中其細(xì)菌、真菌和放線菌的數(shù)量都隨培養(yǎng)時(shí)間的增加呈先上升（一般到70～80 d 達(dá)到最大）后下降的趨勢(shì)。在培養(yǎng)前中期，土壤微生物生長呈現(xiàn)一種快速、高效的水平，此時(shí)有機(jī)肥中的養(yǎng)分、有機(jī)質(zhì)的含量也相應(yīng)的出現(xiàn)了一個(gè)降解加速的過程。土壤中碳、氮轉(zhuǎn)化的主要過程都受微生物控制，也可以說土壤微生物是催動(dòng)土壤碳、氮轉(zhuǎn)化的主要驅(qū)動(dòng)力。在培養(yǎng)后期，土壤微生物數(shù)量基本達(dá)到最高點(diǎn)，而后有下降趨勢(shì)，這是由于有機(jī)肥的不斷降解，各種微生物的降解產(chǎn)物不斷累積，參與降解的各種酶類活性也不斷降低，從而導(dǎo)致微生物生長受到抑制。同時(shí)，隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加，各個(gè)不同溫度和濕度處理間微生物的數(shù)量差異也能直觀的看出來。S7（溫度35℃，飽和含水量）處理下的細(xì)菌、S4（溫度25℃，飽和含水量）處理下的真菌和S8（溫度35℃，70%含水量）處理下的放線菌數(shù)量均高于同種菌間的其他處理。微生物生長需要合適的溫度和濕度，這是其生長特性所決定的。細(xì)菌更容易在高溫、濕度較大的環(huán)境下生長和繁殖，如圓褐固氮菌最適生長溫度為30～35℃，硝化細(xì)菌低于20℃不能生存。真菌對(duì)于溫度不如細(xì)菌敏感，但是對(duì)于濕度卻有很高的要求，很多真菌在濕度低于80%的情況下不能生長，長期處于休眠狀態(tài)；只有在高濕度下，真菌才能呈現(xiàn)活性。放線菌生長的最適合溫度為26～37℃之間，濕度在70%～80%左右[9]。適宜的溫度和濕度是微生物生長繁殖以及其發(fā)揮作用的關(guān)鍵，在農(nóng)業(yè)施肥實(shí)踐中應(yīng)特別注意，控制土壤溫濕條件，優(yōu)化土壤培養(yǎng)條件，最大化微生物活性，提高有機(jī)肥施用的效率。

土壤微生物多樣性指數(shù)和均勻度可以反映出土壤微生物的多樣性，區(qū)間的復(fù)雜性，其指數(shù)越高，則表示土壤的微生物信息的多元化越高，土壤結(jié)構(gòu)層次越理想，土壤肥力狀況也越佳[10]。研究發(fā)現(xiàn)，S4（溫度25℃，飽和含水量）處理和S7（溫度35℃，飽和含水量）處理相比于其他處理?xiàng)l件，其優(yōu)勢(shì)明顯，多樣性指數(shù)和均勻度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他處理，這說明合適的溫度和濕度對(duì)于土壤微生物的多樣性和均勻度都有著良好的作用。低溫低濕在一定程度上遏制了微生物的生長，微生物的種類也隨著減少。大部分微生物喜歡合適的溫度和濕度，也使有機(jī)肥在這種條件下能更快更高效的降解。

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