微生物生物量氮簡介

土壤微生物生物量氮是土壤氮素的一個重要儲備庫，也是土壤有機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數(shù)量不大，但生物通過微生物轉(zhuǎn)化的氮素遠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。

微生物量氮比植物殘體氮周轉(zhuǎn)速率快10倍。在草原土壤中，微生物量庫的氮素年通過量比其他庫的通過量大得多。Joergensen等認為，當(dāng)微生物生物量氮周轉(zhuǎn)率低于1年時，礦化的無機氮量即可滿足植物生長的需要。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氮的釋放。

土壤微生物生物量氮含量是土壤微生物對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決定于土壤中微生物的數(shù)量，同時與土壤全氮、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環(huán)境條件亦非常敏感，施肥、耕作、栽培等技術(shù)措施都會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%以有機氮的形式存在。在作物生長季節(jié)，約1%～3 %的土壤有機氮被礦化，釋放出無機氮，供作物利用。

國外許多學(xué)者對土壤微生物生物量的側(cè)定方法進行了比較系統(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、缺點和適用范圍及條件一般根據(jù)實驗室的儀器設(shè)備和條件，以及研究的目的，選擇測定土壤微生物生物量的方法。正如有些人指出的那樣：最好同時采用兩種以上的方法，以便驗證測定結(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定其它土鑲性質(zhì)時沒有本質(zhì)區(qū)別。采集到的新鮮土壤樣品立即去除植物殘體、根系和可見的土壤動物(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，進行晾干時必須經(jīng)常翻動土壤，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；

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共同的轉(zhuǎn)換系數(shù)Kc值；

⑤熏蒸滅菌處理對土壤物理和化學(xué)性質(zhì)沒有任何形響。

實際上，完全符合這5個假設(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，再進行培養(yǎng)時，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物的土壤，用于漬水土壤和石灰性土壤時也要慎重。

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(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的濾紙，同時分別放入一個裝有50mL NaOH溶液和一個裝有約50mL無乙醇氯仿的小燒杯(同時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，如果沒有空氣流動的聲音。表示干燥器漏氣，應(yīng)重新稱樣進行薰蒸處理。當(dāng)干燥器不漏氣時，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。同時稱同樣量的土壤3份，不進行薰蒸處理，放入另一個真空干燥器中，作為對照。

（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（每瓶放入一個土樣)，同時放入一個裝有5mL NaOH溶液和一個盛有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，將對照土壤作同上處理，再做3個不加任何土壤的空白對照。

（3）測定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。

（4）微生物量氮的浸提與測定培養(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)式振蕩機上浸提30min(液土比為4∶1),濾液立即測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定。

5、結(jié)果計算

（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)量分數(shù)mg · kg^-1；

V1——土樣處理滴定時所消耗的鹽酸體積，mL；

V2——無土空白對照滴定時所消耗的鹽酸體積，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)的計算:

ω(N)=FN/KN

式中: ω(N)——微生物量氮(BN)質(zhì)量分數(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)流動分析儀測定二十幾種有機態(tài)氮的回收率平均達94%，所測土壤浸提液全氮量與凱氏定氮法呈顯著相關(guān)，進而證實，改進后的微生態(tài)N測試方法更加快速、可靠。2、長期施用有機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)試驗驗證了起爆效應(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理。4、(15)N田間試驗表明確 ，長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，并對植物生長有效。

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。如中國的小半灌木荒漠植被，生長量鮮重平均為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到0.4噸/公頃·年。又如，蘇聯(lián)卡拉庫姆梭梭柴群落活體生長量比枯死物量高，達鮮重每公頃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。