添加葡萄糖對果園土壤微生物CO₂釋放量的影響

張麗君 陳錦亮 李巍 李春燕 羅旭輝

摘 要：在土壤中添加基礎營養基質葡萄糖，觀察不同葡萄糖量和不同時間土壤釋放CO2量的動態變化。結果表明：隨著添加葡萄糖量的增加，果園土壤CO2釋放量呈先增后減少的趨勢，葡萄糖添加量12 mg·g-1時CO2釋放量達到峰值。在培養的5 h內，各添加濃度的葡萄糖處理隨培養時間的延長土壤CO2釋放量呈增加趨勢，且在培養3 h時達到高峰。

關鍵詞：土壤微生物；CO2釋放量；葡萄糖；誘導

Abstract： Glucose， a basic nutrient substrate， was added to the soil to observe the dynamic changes of soil CO2 released at different glucose levels and in different time. The results showed that with the increase of the adding amount of glucose， the release amount CO2 in orchard soil increased first and then decreased， and the release amount of CO2 reached the peak when the glucose was added to 12 g·L-1. Within the culture of 5 h， the release amount of CO2 of soil under each treatment of adding glucose increased with the prolongation of culture time， and reached the peak at 3 h after culture.

Key words： Soil microorganism； release amount of CO2； glucose； induction

土壤中根系呼吸及微生物活動產生CO2，因此，土壤的呼吸強度反應土壤的生物活性高低，可作為土壤肥力的一個重要指標。土壤中的CO2絕大部分是來自微生物呼吸[1]，土壤微生物是土壤最活躍的部分，其新陳代謝周期短，繁殖代數高。土壤中的絕大多數微生物都能利用葡萄糖，加入易被微生物分解的有機物葡萄糖進行培養，CO2釋放量迅速增加，并且保持4 h不變化[2-3]，此過程稱為呼吸誘導作用。由于加入葡萄糖，土壤微生物在短時間內獲得最大且穩定的呼吸量，稱為基質誘導呼吸量[4]。在大氣CO2濃度增加的情況下，因為果樹及果園中其他生產者進行光合作用效率增加，一定程度上增加了土壤中可分解碳含量，這樣就會加劇土壤微生物分解有機物的競爭，極大刺激土壤釋放出更多的CO2[5-7]。果園是福建省最重要的土地利用類型之一，2014年福建省果園面積為54.1萬hm2，占全省耕地總面積的10%。通過往果園土壤添加葡萄糖，誘導土壤微生物呼吸，研究不同葡萄糖添加量、不同培養時間土壤CO2排放動態，為土壤微生物量的定量測定提供基礎數據。1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于福建省尤溪縣西城鎮玉池村，北緯26°2′、東經117°57′，氣候類型為亞熱帶季風性濕潤氣候，降水充沛，光照資源豐富[6]。取樣果園東南坡向，坡度為15°。成土母質為花崗巖殘積坡積物，土壤類型為紅壤。果樹品種為臺灣甜桃。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品采集 在果園選擇3個點采集混合樣品，取0～20 cm土層土壤。挑揀植物根系、動物的殘體后過0.850 mm篩。

1.2.2 基質誘導 將所取得土樣充分均勻混合，調節田間持水量為40%左右。稱取44 g濕土，做3個平行，放入250 mL磨口三角瓶中，加入不同量的葡萄糖，調節基質葡萄糖含量分別為0、2、4、8、10、12、14、16 mg·g-1，以及滑石粉（預先按1∶5的比例混合研磨），瓶口墊上硅膠墊，封上封口膜，仔細檢查氣密性，并放置在光照培養箱中在25℃下培養。在培養過程中每隔1 h用針筒收集1次氣體，氣袋保存待測，共收集5 h。

計算公式：SIR（基質誘導呼吸量， mL·kg-1·h-1）=C×V/m/h

式中：C-三角瓶中CO2的濃度（mL·mL-1）

V-三角瓶中空氣的體積（mL）

m-土壤烘干質量（kg）

h-培養時間

1.2.3 CO2濃度測定 使用安捷倫7890D氣相色譜儀，將收集的氣體常溫下用氣相色譜儀測定其CO2濃度。檢測條件：FID；柱溫：60℃；進樣口溫度：200℃；FID檢測器溫度：250℃；進樣量：5 mL；毛細管柱尾吹氣：15 mL·min-1。CO2標準品來源于中國計量科學研究院國家標準物質研究中心。

1.3 數據處理方法

數據用EXCEL和SPSS 17.0版軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 采樣果園土壤理化性質

土壤是地球上最大的碳庫，土壤的中的元素含量決定其自身的理化性質，從而影響其中微生物的活性[8]。取樣測定表明：果園土壤呈微酸性，土壤較為肥沃，屬于典型的亞熱帶果園土壤，有利于微生物繁殖生長。0～5 cm的表土層與5～20 cm的土層除了C/N有所差異外，其他指標基本一致，且C/N隨土壤深度的增加而減少。

2.2 添加不同葡萄糖量土壤微生物CO2釋放量

在土壤中添加不同的葡萄糖量，測定土壤微生物釋放的CO2量（1～5 h平均值），結果（圖1）表明：隨著添加葡萄糖量的增加，果園土壤CO2釋放量呈先增后減少的趨勢。其中葡萄糖添加量12 mg·g-1時，土壤CO2釋放量達到峰值，在持續檢測的5 h內，CO2釋放量分別為671.94、1212.68、1269.31、1354.99、1485.96 mg·L-1，比沒有添加葡萄糖處理高105.63、595.18、739.78、425.11、463.77 mg·L-1。

2.3 不同培養時間土壤微生物CO2釋放動態

由圖2可知，隨著培養時間的延長，土壤CO2釋放量呈增加趨勢，并在培養第3 h穩定下來，隨后的2 h基本保持不變。對5 h內土壤CO2釋放量進行方差分析，結果表明：添加量為0、2、4 mg·g-1時，5 h內的CO2釋放量無顯著差異；添加量為6 mg·g-1時，培養1 h的CO2釋放量與培養3、4 h差異顯著，與培養5 h差異極顯著；添加量為8 mg·g-1時，培養1 h的CO2釋放量與培養4 h差異顯著，與培養5 h有極顯著差異；添加量為10 mg·g-1時，培養1 h的CO2釋放量與培養3 h差異顯著，與培養4、5 h有極顯著差異；添加量為12 mg·g-1時，培養1 h的CO2釋放量與培養2 h差異顯著，與培養3、4、5 h差異極顯著；添加量為14 mg·g-1時，培養1 h的CO2釋放量與培養4、5 h差異極顯著；添加量16 mg·g-1時，培養1 h的CO2釋放量與培養4、5 h有極顯著差異。

3 結論與討論

微生物是土壤中最為活躍的生命群體，微生物以土壤為寄體進行生命活動，其新陳代謝影響土壤的理化性質。土壤作為微生物的生存環境，其營養基質直接決定微生物的種類和數量。本試驗通過在土壤中添加基礎營養基質葡萄糖，觀察土壤微生物在不同葡萄糖量和不同時間兩個梯度下釋放CO2量的動態變化。試驗結果表明，隨著添加葡萄糖量的增加，果園土壤CO2釋放量呈先增后減少的趨勢。其中葡萄糖添加量12 mg·g-1，土壤CO2釋放量達到峰值。在培養的5 h內，各添加濃度的葡萄糖處理隨培養時間的延長土壤CO2釋放量呈增加趨勢，且在培養3 h時達到高峰，隨后2 h基本保持不變。

參考文獻：

[1]李海防，夏漢平，熊燕梅.土壤溫室氣體產生與排放影響因素研究進展[J].生態環境，2007（6）：1781-1788.

[2]林啟美.土壤微生物量研究方法綜述[J].中國農業大學學報，1997（S2）：1-11.

[3]DROBNIK J.Primary oxidation of organic matter in soil：Ⅰ.The form of respiration curves with glucose as the substrate[J].Plant and Soil，1960（7）：199-211.

[4]林啟美.葡萄糖加入形式對基質誘導呼吸量測定的影響[J].中國農業大學學報，1997（S2）：53-58.

[5]牟曉杰. 閩江河口濕地碳氮循環關鍵過程對氮輸入的響應[D].北京：中國科學院研究生院，2013.

[6]黃毅斌，羅旭輝，鄭仲登，等.墾植方式對山地果園水土流失的影響[J].中國水土保持科學，2009，7（3）：30-34，41.

[7]魯如坤.土壤農業化學分析方法[M].北京：中國農業科技出版社，2000.

[8]劉珊珊.基于宏基因學的農田土壤微生物響應氣候變化的機理解析[D].北京：清華大學，2014.

（責任編輯：劉新永）