植煙土壤的溫濕度對有機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

（湖南農業大學煙草研究院，湖南 長沙 410128）

土壤中的微生物主要有細菌、真菌、放線菌、藻類和原生動物[1]，它們與土壤肥力有關，在土壤中進行氧化、硝化、氨化、固氮、硫化等過程，促進土壤有機質的分解和養分的轉化，也是土壤環境質量的生物學指標之一[2]。通過研究植煙土壤中不同溫度和濕度條件下有機肥降解過程中微生物的主要活動特性，得出微生物活性最佳的施肥溫濕條件，從而為有機肥的合理施用、高效利用和土壤的改良提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2011年3～9月在湖南農業大學煙草科學與健康實驗室進行。將有機混合肥經60℃烘干粉碎后過0.4 mm 篩。土壤選自湖南農業大學煙草種植基地普栽品種K326 的試驗地0～20 cm 表層土壤（水稻土，肥力中等），采集后去除雜質，風干后碾碎過60 目（0.25 mm）篩。有機肥與煙土混合在規格為10 cm×10 cm（長×寬），孔徑為1 mm 的尼龍袋中，每袋裝有機肥10 g，供試土壤100 g，混勻后扎緊袋口。將尼龍袋置于培養箱中培養，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，共計9個處理，具體見表1。培養10 d 后開始取樣，每15 d一次，總計取樣6 次。

表1 不同溫度和供水條件處理

1.2 培養以及測定方法

采用稀釋平板法測定土壤微生物總數，以每克干土所含微生物數量表示結果。采用牛肉膏蛋白胨固體培養基培養細菌，馬丁氏培養基培養真菌，高氏1 號培養基培養放線菌[3]。

生物多樣性指數是描述生物類型數和均勻度的一個度量指標，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和土壤微生物菌群的均勻度計算方法如下[4]。

（1）土壤微生物菌群多樣性指數：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 個類型的個體數占總個體數的百分比，S 為微生物類群數量。

2 結果與分析

2.1 不同溫度和濕度條件下有機肥降解過程中對土壤微生物數量的影響

由表2 可知，土壤細菌數量隨著培養時間的增加有增加的趨勢，特別是在70～85 d 時到達最大。S7 處理（溫度35℃，飽和含水量）相比較其他處理而言，最適合細菌生長，其在70 d 時，細菌數量最大，達到4.02×107cfu/g。

表2 溫度和濕度對有機肥降解過程中土壤細菌數量的影響 （107 cfu/g）

不同處理條件有機肥在降解過程中真菌數量的統計見表3。土壤中真菌數量隨著培養時間的增加也呈增加趨勢，70 d 后出現回落。S4 處理（溫度25℃，飽和含水量）最適合真菌生長，在培養70 d 時真菌數量最大，達到8.43×104cfu/g。

由表4 可見，溫度和濕度條件對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時間不呈線性關系；在適溫適濕條件下，其數量隨著培養時間的增加呈增加趨勢。S8（溫度25℃，70%含水量）處理下培養70 d 總量最大，達到2.79×105cfu/g。

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

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

2.2 不同溫度和濕度條件下有機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H和均勻度E 最高的為培養70～85 d 的S4（溫度25℃，飽和含水量）處理，其H 值達到0.91，E 值達到0.69；其次是S7（溫度35℃，飽和含水量）處理，其H 值達到0.85，E 值達到0.67。其他幾種處理均遠遠低于這兩種處理。

圖1 溫度和濕度條件對有機肥降解過程中土壤微生物多樣性的影響

圖2 溫度和濕度條件對有機肥降解過程中土壤微生物均勻度的影響

3 討 論

土壤微生物的數量及活性是檢測土壤肥力的重要標準之一。細菌是土壤的氮源[5]，其數量的增長能夠有效地為土壤提供氮素，增加土壤營養。真菌一般為腐生異養微生物，其主要作用是分解土壤中的有機殘體，是物質循環的分解者，其代謝產物中含有一定量的腐殖質，對土壤環境有一定的改善作用。土壤中放線菌是以需氧性異養狀態生活，它們的主要作用是分解土壤中的纖維素、木質素和果膠類物質等，從而改善土壤的養分狀況，有利于作物直接吸收利用土壤養分。放線菌的生長還能產生大量的抗生素物質，保護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肥在降解過程中其細菌、真菌和放線菌的數量都隨培養時間的增加呈先上升（一般到70～80 d 達到最大）后下降的趨勢。在培養前中期，土壤微生物生長呈現一種快速、高效的水平，此時有機肥中的養分、有機質的含量也相應的出現了一個降解加速的過程。土壤中碳、氮轉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土壤碳、氮轉化的主要驅動力。在培養后期，土壤微生物數量基本達到最高點，而后有下降趨勢，這是由于有機肥的不斷降解，各種微生物的降解產物不斷累積，參與降解的各種酶類活性也不斷降低，從而導致微生物生長受到抑制。同時，隨著培養時間的增加，各個不同溫度和濕度處理間微生物的數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。細菌更容易在高溫、濕度較大的環境下生長和繁殖，如圓褐固氮菌最適生長溫度為30～35℃，硝化細菌低于20℃不能生存。真菌對于溫度不如細菌敏感，但是對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；只有在高濕度下，真菌才能呈現活性。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揮作用的關鍵，在農業施肥實踐中應特別注意，控制土壤溫濕條件，優化土壤培養條件，最大化微生物活性，提高有機肥施用的效率。

土壤微生物多樣性指數和均勻度可以反映出土壤微生物的多樣性，區間的復雜性，其指數越高，則表示土壤的微生物信息的多元化越高，土壤結構層次越理想，土壤肥力狀況也越佳[10]。研究發現，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條件，其優勢明顯，多樣性指數和均勻度都遠遠高于其他處理，這說明合適的溫度和濕度對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，也使有機肥在這種條件下能更快更高效的降解。

[1]魏功峰.土壤中的微生物[J].生物學通報，1995，2：89-145.

[2]Brookes P C, Powlson D S, Jenkinson D S.The microbial biomass in soil[J].Soil biotechnology, 1985.123-125.

[3]中國科學院南京土壤研究所微生物室.土壤微生物研究法[M].北京：科學出版社，1985.4-51.

[4]方中達.植病研究方法[M].北京：中國農業出版社，1998.

[5]李桂花.不同施肥對土壤微生物活性、群落結構和生物量的影響[J].中國農學通報，2010，26（14）：204-208.

[6]駱世明，彭少麟.農業生態系統分析[M].廣州：廣東科學技術出版社，1996.

[7]梁 宇，郭良棟，馬克平.菌根真菌在生態系統中的作用[J].植物生態學報，2002，26（6）：739-745.

[8]杜秉海，李貽學.煙田土壤微生物區系分析[J].中國煙草，1996，（2）：30-32.

[9]郝余祥.土壤微生物[M].科學出版社，1982，11.

[10]周麗霞，丁明懋.土壤微生物學特性對土壤健康的指示作用[J].生物多樣性，2007，15（2）：162-171.