微生物生物量氮

微生物量氮比植物殘?bào)w氮周轉(zhuǎn)速率快10倍。在草原土壤中，微生物量庫(kù)的氮素年通過量比其他庫(kù)的通過量大得多。Joergensen等認(rèn)為，當(dāng)微生物生物量氮周轉(zhuǎn)率低于1年時(shí)，礦化的無機(jī)氮量即可滿足植物生長(zhǎng)的需要。土壤微生物生物量氮的礦化率較高，在土壤中很快發(fā)生礦化作用而釋放出有效態(tài)氮。土壤易礦化氮主要來自土壤微生物對(duì)氮的釋放。

土壤微生物生物量氮含量是土壤微生物對(duì)氮素礦化與固持作用的反映。因此，凡是影響土壤氮素礦化與固持過程的因素都會(huì)影響土壤微生物生物量氮的含量。土壤微生物生物量氮含量多少?zèng)Q定于土壤中微生物的數(shù)量，同時(shí)與土壤全氮、土壤堿解氮含量成極顯著的正相關(guān)關(guān)系。

土壤微生物生物量氮對(duì)環(huán)境條件亦非常敏感，施肥、耕作、栽培等技術(shù)措施都會(huì)影響土壤微生物生物量氮的數(shù)量。土壤氮素主要集中在耕層，其中93%～97%以有機(jī)氮的形式存在。在作物生長(zhǎng)季節(jié)，約1%～3 %的土壤有機(jī)氮被礦化，釋放出無機(jī)氮，供作物利用。

土壤微生物生物量氮是土壤氮素的一個(gè)重要儲(chǔ)備庫(kù)，也是土壤有機(jī)氮中最為活躍的組分，在土壤氮循環(huán)與轉(zhuǎn)化過程中起著重要的調(diào)節(jié)作用。

土壤微生物生物量氮占土壤全氮的2%～6%。與微生物生物量碳相似，不同土壤類型及生態(tài)環(huán)境下微生物生物量氮的變異很大，草地為40～496kg/hm²(平均225kg/hm²)，耕地40～385kg/hm²(平均195kg/hm²)，林地130～216kg/hm²(平均170kg/hm²)，總的趨勢(shì)是草地大于耕地大于林地。土壤微生物生物量氮在土壤中的絕對(duì)數(shù)量不大，但生物通過微生物轉(zhuǎn)化的氮素遠(yuǎn)大于施入土壤中的氮素，也大于植物帶走的氮素，表明土壤微生物生物量是土壤養(yǎng)分的源與庫(kù)。

國(guó)外許多學(xué)者對(duì)土壤微生物生物量的側(cè)定方法進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究，但由于土壤微生物的多樣性和復(fù)雜性，還沒有發(fā)現(xiàn)一種簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確、適應(yīng)性廣的方法。目前廣泛應(yīng)用的方法包括：氯仿熏蒸培養(yǎng)法(FI)、氯仿薰蒸浸提法(FE)、基質(zhì)誘導(dǎo)呼吸(SIR)、精氨酸誘導(dǎo)氨化法和三磷膠腺苷(ATP)法。每種方法都有其優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)和適用范圍及條件一般根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備和條件，以及研究的目的，選擇測(cè)定土壤微生物生物量的方法。正如有些人指出的那樣：最好同時(shí)采用兩種以上的方法，以便驗(yàn)證測(cè)定結(jié)果的正確性。

采樣與樣品預(yù)處理

土壤樣品的采集方法和要求與測(cè)定其它土鑲性質(zhì)時(shí)沒有本質(zhì)區(qū)別。采集到的新鮮土壤樣品立即去除植物殘?bào)w、根系和可見的土壤動(dòng)物(如蚯蚓)等，然后迅速過篩(2mm～3mm),或放在低溫下保存。如果土壤太濕無法過篩，進(jìn)行晾干時(shí)必須經(jīng)常翻動(dòng)土壤，避免局部風(fēng)干導(dǎo)致微生物死亡。過篩的土壤樣品調(diào)節(jié)到40%左右的田間持水量在室溫下放在密閉的裝置中預(yù)培養(yǎng)1周，密閉容器中要放入兩個(gè)適中的燒杯，分別加入水和稀NaOH溶液，以保持其濕度和吸收釋放的CO₂。預(yù)培養(yǎng)后的土壤最好立即分析，也可放在低溫下保存。

氯仿薰蒸培養(yǎng)法（FI）

1、方法原理

該方法是基于以下5個(gè)假設(shè)：

①被殺死的微生物生物量中的碳較活體中的碳能更快地被分解；

②熏蒸熱滅菌處理很完全；

③沒有熏蒸滅菌的土壤，在培養(yǎng)期間微生物死亡極少，可以忽略不計(jì)；

④被熏蒸殺死的微生物，在培養(yǎng)期間被分解的比例。所有土壤都一樣，即所有的土壤可以用一個(gè)共同的轉(zhuǎn)換系數(shù)Kc值；

⑤熏蒸滅菌處理對(duì)土壤物理和化學(xué)性質(zhì)沒有任何形響。

實(shí)際上，完全符合這5個(gè)假設(shè)是不可能的。目前所用的方法是基于土壤經(jīng)氯仿薰蒸處理后，再進(jìn)行培養(yǎng)時(shí)，有大量的CO₂釋放出來。所釋放CO₂是來源于被氯仿薰蒸殺死的微生物。以不薰蒸土壤在培養(yǎng)期間所釋放的CO2做為空白，根據(jù)二者之間的差值來什算土壤微生物生物呈碳。該方法最大的困難是空白的選擇，目前還沒有統(tǒng)一的看法。該方法不適用于pH <4.5的酸性土壤，也不能用于含有大量易分解有機(jī)物的土壤，用于漬水土壤和石灰性土壤時(shí)也要慎重。

2、儀器及設(shè)備

培養(yǎng)箱；真空干燥器；真空泵；往復(fù)式振蕩機(jī)(速率200次每min)；1L廣口玻瑞瓶。

3、試劑

（1）氫氧化鈉溶液[c(NaOH)=1mol·L-1]：稱取40.0g氫氧化鈉(NaOH，分析純)溶于去離子水中稀釋至1L；

（2）鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液[c(HCI)=0.05 mol·L-1]：量取約4.2mL的鹽酸(HCI.p=1.19g·mL-1，分析純)，放入1000mL容量瓶中，用去離子水定容。用Na₂CO₃標(biāo)定其準(zhǔn)確濃度；

（3）氯化鋇溶液[c(BaCl₂)=1mol·L-1]：稱取244.28g氯化鋇(BaCl₂·2H2O，分析純)溶于去離子水中，稀釋至1L；

（4）酚酞指示劑：0.5g酚酞溶于50mL95環(huán)乙醇中，再加50mL去離子水，滴加氫氧化鈉溶液[[c(NaoH)=0.01mol·L-1]至指示劑呈極淡的紅色；

（5）氯化鉀溶液[c(KCl)=2mol·L-1]：稱取149.0g氯化鉀(KCI，分析純)溶于去離子水中稀釋至1L；

（6）無乙醇氯仿(CHCl₃)：市售的氯仿都含有乙醇(作為穩(wěn)定劑)，使用前必須除去乙醇。

方法為:量取500 mL氯仿于1000mL分液漏斗中，加入50mL硫酸溶液[ψ (H₂SO4)=5%]，充分搖勻，棄除下層硫酸溶液，如此進(jìn)行3次。再加入50mL去離子水，同上搖勻，棄去上部的水分，如此進(jìn)行5次。將下層的氯仿轉(zhuǎn)移到蒸油瓶中，在62℃的水浴中蒸餾，餾出液存放在棕色瓶中，并加入約20g無水K₂CO₃，在冰箱的冷藏室中保存?zhèn)溆谩?

4、操作步驟

（1）薰蒸 稱取相當(dāng)于25.0g烘干土重的濕潤(rùn)土壤3份，分別故在約100mL的玻瑞瓶中，一起放入同一干燥器中，干燥器底部放置幾張用水濕潤(rùn)的濾紙，同時(shí)分別放入一個(gè)裝有50mL NaOH溶液和一個(gè)裝有約50mL無乙醇氯仿的小燒杯(同時(shí)加入少量抗暴沸的物質(zhì))，用少量凡士林密封干燥器，用真空泵抽氣至氯仿沸騰并保持至少2min。關(guān)閉干燥器的閥門，在250C的黑暗條件下放124h。打開閥門，如果沒有空氣流動(dòng)的聲音。表示干燥器漏氣，應(yīng)重新稱樣進(jìn)行薰蒸處理。當(dāng)干燥器不漏氣時(shí)，取出裝有水和氯仿的玻瑞瓶，氯仿倒回瓶中可重復(fù)使用。擦盡干燥器底部，用真空泵反復(fù)抽氣，直到土壤聞不到氯仿氣味為止。同時(shí)稱同樣量的土壤3份，不進(jìn)行薰蒸處理，放入另一個(gè)真空干燥器中，作為對(duì)照。

（2）培養(yǎng) 向每份薰蒸處理的土壤加入10mg未薰蒸的新鮮土壤，混合均勻。調(diào)節(jié)土壤含水量到田間持水量的55%左右，放入約lL的廣口瓶中（每瓶放入一個(gè)土樣)，同時(shí)放入一個(gè)裝有5mL NaOH溶液和一個(gè)盛有20mL去離子水的玻璃瓶，密封廣口瓶。在250C的黑暗條件下培養(yǎng)10d。不加新鮮土壤，將對(duì)照土壤作同上處理，再做3個(gè)不加任何土壤的空白對(duì)照。

（3）測(cè)定CO²培養(yǎng)結(jié)束后，取出裝有NaOH溶液的玻璃瓶，立即全部轉(zhuǎn)移到100mL的容量瓶，定容。準(zhǔn)確吸取10mL于150mL三角瓶中，加入10 mL去離子水和1mL BaCl₂溶液，再加入2滴酚酞指示劑，用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液(試劑2)滴定至終點(diǎn)。

（4）微生物量氮的浸提與測(cè)定培養(yǎng)結(jié)束后，將薰蒸和未熏蒸的土樣分別全部轉(zhuǎn)移250mL三角瓶中，立即加入100mL KCI溶液(試劑5)，在往復(fù)式振蕩機(jī)上浸提30min(液土比為4∶1),濾液立即測(cè)定或放在低溫下存放。濾液中的NH₄ 和NO₃^-分別用靛酚蘭比色法和代氏合金還原蒸餾法測(cè)定。

5、結(jié)果計(jì)算

（1）CO₂-C的釋放量(Fc)

ω(C)=(V1一V2)×c×M×1000×ts/m

式中: ω(C)——CO2-C的釋放量 (Fc)質(zhì)量分?jǐn)?shù)mg · kg^-1；

V1——土樣處理滴定時(shí)所消耗的鹽酸體積，mL；

V2——無土空白對(duì)照滴定時(shí)所消耗的鹽酸體積，mL；

c——鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度, mol·L-1;

M——碳的毫摩爾質(zhì)量 M(C)=12mg/mmol；

1000——轉(zhuǎn)換為kg的系數(shù)；

ts——分取倍數(shù)；

m——土壤樣品的烘干質(zhì)量，g。

（2）微生物生物量氮(Bm)的計(jì)算:

ω(N)=FN/KN

式中: ω(N)——微生物量氮(BN)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，mg· kg-1;

FN=[ (薰蒸土樣中NO₃^--N NH₄ -N)一(未薰蒸土樣中NO₃^--N NH₄ -N)],mg·kg^-1；

KN為培養(yǎng)期間被殺死的微生物量中的氮轉(zhuǎn)化為NH₄ -N和NO₃^--N的比例，一般為0.57 。

1、用邊續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定二十幾種有機(jī)態(tài)氮的回收率平均達(dá)94%，所測(cè)土壤浸提液全氮量與凱氏定氮法呈顯著相關(guān)，進(jìn)而證實(shí)，改進(jìn)后的微生態(tài)N測(cè)試方法更加快速、可靠。2、長(zhǎng)期施用有機(jī)肥和氮肥顯著增加了土壤微生物態(tài)氮的數(shù)量；盆栽條件下，播前土壤微生物態(tài)氮和易礦化有機(jī)態(tài)氮含量與小麥生物量和吸氮量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。3、(15)N盆栽和培養(yǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證了起爆效應(yīng)，并闡明微生物態(tài)氮和粘粒礦物固定態(tài)氮在土壤肥料氮素交互作用中的作用機(jī)理。4、(15)N田間試驗(yàn)表明確 ，長(zhǎng)期施用氮肥和秸桿還田，有利于提高氮肥利用率；秸桿還并田并配施硝化抑制劑，有利于所施氮肥在一定時(shí)期內(nèi)以微生物態(tài)氮和粘粒礦物固定態(tài)氮的形式保存在土壤中，并對(duì)植物生長(zhǎng)有效。

荒漠生態(tài)系統(tǒng)的生物生產(chǎn)量并不太低。生產(chǎn)者為綠色植物。如中國(guó)的小半灌木荒漠植被，生長(zhǎng)量鮮重平均為0.7～1.2噸/公頃·年，矮半喬木荒漠植被為0.8噸/公頃·年，灌木荒漠植被和墊形小半灌木荒漠植被也達(dá)到0.4噸/公頃·年。又如，蘇聯(lián)卡拉庫(kù)姆梭梭柴群落活體生長(zhǎng)量比枯死物量高，達(dá)鮮重每公頃60千克。所以荒漠生態(tài)系統(tǒng)中生物群落的生物量是在不斷積累的。