小麦耕层土壤微生物分布情况的研究

姚 昆 ，张洪立 ，孙临泉 ，刘 冰 ，刘丽丽

（1.天津师范大学生命科学院，天津 300387；2.静海县农业技术推广中心，天津 静海 301600；3.天津农学院，天津 300384）

土壤肥力与微生物数量、种类和组成等有关，土壤微生物可以从以下几个方面改善土壤质量以提高土壤肥力。①土壤微生物的代谢结果可以使土壤中许多不溶性的无机盐形成可溶性的无机盐，以便植物吸收利用；②土壤微生物可以合成氨基酸、植物生长素和赤霉素（可以刺激植物生长），可以加快种子萌发速率和根毛的发育，从而有利于植物的生长；③节杆菌、假单胞菌和农杆菌能产生一些有机物，刺激植物生长。麦田的耕层土壤中含有相当比例的细菌能产生吲哚乙酸（一种植物生长激素），可以加快植物根系的生长；④土壤微生物可以通过竞争和拮抗作用来抑制或杀死植物病原微生物；⑤土壤微生物中的某些真菌可以转移植物中的放射物质和重金属等有害物质，这种现象不仅有利于保护营养物，而且又可以把植物中残留的农药或重金属污染物转移带走，并积累在菌丝体中；⑥土壤微生物的自生固氮菌可以固定大气中的氮气，为植物提供有机和无机氮源。因此，可以用微生物数量、种类和组成来检验土壤质量的好坏。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 土样

1号土样采集地点：天津市武清区大碱厂镇;土壤类型为轻壤质盐化潮土；品种为津麦一号，冬小麦;轮作情况：玉米与小麦轮作;667 m2产350～400 kg；土壤理化性质：土样PH值为7.97,有机质含量15.14%,全氮1.09 g/kg,有效磷7.12 mg/kg,速效钾51 mg/kg。

2号土样采集地点：山西省朔州市怀仁县;土壤类型为褐土;品种为晋27，春小麦;轮作情况：一直种小麦;667 m2产750～1 000 kg;土壤理化性质：土样pH值为7.73,有机质含量30.22%,全氮1.29g/kg,有效磷14.64mg/kg,速效钾91mg/kg。

3号土样采集地点：河南省南阳市卧龙区谢庄乡大庙村郭油坊;土壤类型为黄褐土;品种为衡观35，冬小麦;轮作情况：小麦与玉米轮作;667 m2产250～300 kg;土壤理化性质：土样pH值为7.98,有机质含量5.49%,全氮0.67 g/kg,有效磷4.42 mg/kg,速效钾110 mg/kg。

4号土样采集地点：宁夏回族自治区同心县预旺镇;土壤类型为灰钙土;品种为红芒，春小麦;轮作情况：小麦收割后，第二年可种豌豆、扁豆（夏季）、糜子、谷子、荞麦及土豆（秋季），第三年就可继续种植小麦;因常年干旱，667 m2产量只有50～70 kg;土壤理化性质：土样pH值为8.2,有机质含量6.68%,全氮0.46 g/kg,有效磷3.02 mg/kg,速效钾52 mg/kg。

5号土样采集地点：天津市西青区津静路22号天津农学院小麦试验田;土壤类型为轻壤质盐化潮土;667 m2产450 kg;品种：津麦2号，冬小麦;轮作情况为小麦与玉米轮作;土壤理化性质：土样pH值为7.6,有机质含量18.22%,全氮0.94 g/kg,有效磷5.30 mg/kg,速效钾106 mg/kg。

6号土样采集地点：黑龙江省齐齐哈尔市龙安桥镇802农场;土壤类型为黑土;667 m2产量为 400 kg;品种：冬麦1号，冬小麦;轮作情况：小麦与玉米轮作;土壤理化性质：土样pH值为7.79,有机质含量18.73%,全氮1.45 g/kg,有效磷14.76 mg/kg,速效钾55 mg/kg。

1.1.2 培养基

牛肉膏蛋白胨培养基、马铃薯培养基、高氏Ⅰ号培养基、无氮培养基、解磷培养基。

1.2 试验方法

1.2.1 野外土样采集

麦田土样的采集方法采用五点法，每个取样点每纵深5 cm取样一次，分10层取样：0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm、15～20 cm、20～25 cm、25～30 cm、30～35 cm、35～40 cm、40～45 cm、45～50 cm，每层分别编号为1～10层 （由于河南土壤过硬所以只能取到30 cm处），将每个采样地区相同土层土样混合后一起装入灭菌的土壤盒中待测。

1.2.2 土样处理方法

土壤样品保存于4℃冰箱中备用。

1.2.3 土样中微生物数量的测定

采用稀释涂布法。准确称取待测样品10 g，放入装有90 ml无菌水并放有小玻璃珠的250 ml三角瓶中，用手或置摇床上振荡20 min，使微生物细胞分散，静置20～30 s，即成10-1稀释液；再用1 ml无菌吸管，吸取 10-1稀释液0.5 ml，移入装有4.5 ml无菌水的试管中，吹吸3次，让菌液混合均匀，即成10-2稀释液；再换一支无菌吸管吸取10-2稀释液0.5 ml，移入装有4.5 ml无菌水的试管中，也吹吸3次，即成10-3稀释液；以此类推，连续稀释，制成 10-4、10-5、10-6等一系列稀释菌液。分别取0.2 ml 10-4～10-6的悬液涂布在牛肉膏蛋白胨培养基上，倒置在37℃的培养箱中培养48 h；取0.2 ml 10-4～10-6的悬液分别涂布在高氏I号培养基、马铃薯培养基、无机磷培养基、无氮培养基上，倒置在28℃的培养箱中培养84h，然后计算每克土壤所含微生物数量：

图1 菌落分布状况图

总菌数＝N1×n×5 000

式中，N1为同一稀释浓度3次重复的菌落平均数，n为稀释倍数。

1.2.4 数据处理

试验数据用SPSS 14软件统计分析，再将用SPSS软件分析过的数据取lg值后作图，见图1。

2 结果

经培养后对菌落进行计数，运用公式计算土样中微生物的数量，下面分别对6个地点的5种培养基中微生物数量作图后进行比较,试验数据用SPSS软件处理后取lg值作图，以土层数为横坐标以经SPSS软件处理后再取lg值的数据为纵坐标进行作图。

2.1 细菌 解磷菌 固氮菌 放线菌分布状况

按照1.2.1方法取土后经牛肉膏蛋白胨培养基、高氏Ⅰ号培养基、无氮培养基、解磷培养基培养后计数，如图1.A.B.C.E四图所示6个地区土样的菌数随着土层的加深先增加后减少，在土层5达到最大菌数，随后菌数逐渐下降，由图可见东北（土样6）和山西（土样2）细菌数最多；天津武清（土样1）和天津西青（土样5）次之；河南（土样3）和宁夏（土样4）细菌数最少。同时发现土样菌数和土样的理化性质与小麦的产量密切相关，东北（土样6）与山西（土样2）的菌数和全氮、有效磷、速效钾及有机质含量均明显高于其它地区，其产量在这6个地方中也是最高的，相对应的宁夏（土样4）和河南（土样3）两地菌数和全氮、有效磷、速效钾及有机质含量均明显低于其它地区，其两地小麦产量在这6个地方中也是最低的。天津市西青区（土样5）与天津市武清区（土样1）两地的菌数与全氮、有效磷、速效钾及有机质含量均介于6个地区之间，其小麦产量也位于中间。

2.2 真菌分布状况

按照1.2.1方法取土后经土豆培养基培养后计数，如图1.D所示6个地区土样的真菌数随着耕层的加深菌落数量先增加后减少，在土层2达到最大真菌数，随后真菌数逐渐下降，由图可见宁夏（土样4）和河南（土样3）真菌数最多；天津武清（土样1）和天津西青（土样5）次之；东北（土样6）和山西（土样2）真菌数最少，同时发现土样真菌的数量和土样的理化性质与小麦的产量呈现负相关性，东北与山西的真菌数明显低于其他4个地区，但其小麦产量与全氮、有效磷、速效钾及有机质含量均明显高于其它地区，相对应的宁夏（土样4）和河南（土样3）两地的小麦产量和全氮、有效磷、速效钾及有机质含量均明显低于其它地区，而这两地的真菌数量确是最高的，天津西青与天津武清两地的真菌数与全氮、有效磷、速效钾及有机质含量均介于6个地区之间，其小麦产量也位于中间。

3 结论

3.1 耕层微生物分布规律

随着耕层的加深土壤微生物菌落数先增后减，细菌、解磷菌、固氮菌、放线菌都是在土层5出现最大菌量之后逐渐下降，这可能是因为土壤表层暴露在大气中，水分含量低，温度偏高，紫外线强，不适于微生物大量生长繁殖，所以在土壤表层随着土层深度的加深菌落数逐渐增加，而在土层5温度、湿度、营养成分均适于这4类微生物生长繁殖，故其能达到峰值。而真菌数却是在土层2出现最大菌量而后逐渐下降，这是因为土壤中的真菌大部分为需氧型，所以在土壤表层即出现最大菌量，随着土层加深含氧量迅速下降，因此，真菌量直线下降。

3.2 土壤微生物含量与土壤理化性质的关系

细菌、解磷菌、固氮菌、放线菌的菌落数与麦田土壤的理化性质呈正相关，这是因为各种细菌是土壤微生物生命活动的主体，是土壤中物质分解的主要参与者。尽管放线菌只占菌落总数的一小部分，但因其生物量较大，在土壤物质转化中仍起着不可忽视的作用。一般认为放线菌的作用主要是分解植物和动物的某些难分解的组分，形成腐殖质，把植物残体和枯落物转化为土壤有机组分，土壤真菌数与土壤的理化性质有负相关性，真菌数量增加会导致土壤中作物残体腐解加快，矿化速度提高，但会引起土壤有机物质快速耗竭,因此，会造成其土壤理化性质的整体降低。

3.3 土壤微生物与小麦产量的关系

细菌、解磷菌、固氮菌、放线菌的菌数与小麦的产量呈正相关性，这是因为微生物的代谢活动可以产生大量有益于小麦生长发育的物质，并且解磷菌、固氮菌本身可以为植物的正常生长提供天然的养料，土壤中固氮菌具有固定大气中氮气的能力,可以直接为小麦提供氮元素。

试验结果表明，土壤真菌数与小麦产量呈负相关，这一规律与其他研究者的结果一致,不少学者研究认为，真菌型土壤是地力衰竭的标志。

综上所述,小麦的产量与土壤微生物的含量以及土壤的理化性质密切相关，土壤微生物是土壤中活的有机体，是最活跃的土壤肥力因子之一，是土壤生态系统中养分源和汇的一个巨大原动力。土壤微生物是生活着的有机体和物质转化的作用者，参与土壤的碳、氮、磷、硫等元素的循环过程和土壤矿物的矿化过程。细菌、放线菌和真菌是土壤微生物的3大类群，构成了土壤微生物的主要生物量，土壤微生物分解外界的物质和有机体，吸收同化无机养料，合成自身物质，同时又向外界不断地释放其代谢产物，他们的存在对植物养分具有储存和调节的作用，赋予土壤肥力和生产力，影响着植物根系和地下部分的生长。土壤中微生物数量的增加，可以提高土壤肥力，刺激小麦根系生长，促进植株生长和干物质积累，从而显著提高小麦产量。

[1]池振明.微生物生态学[M].济南:山东大学出版社,1996,66-67.

[2]翁绳周.福建和溪林地土壤微生物分布的初步报告[J].厦门大学学报， 1958，(6)： l04-116.

[3]张成林,蔡鸿杰,温春红,等.蒙古国农场与天津郭村耕层土壤性质及微生物数量分布初探[J].天津师范大学学报(自然科学版),2007,27(1)：39-42.

[4]沈萍，范秀荣，李广武.微生物学实验[M].北京：高等教育出版社，1981，69-74.

[5]黄秀梨.微生物学实验指导[M].北京：高等教育出版社，1999，6-9.

[6]中国科学院南京土壤研究所微生物室.土壤微生物研究法[M].北京:科学出版社,1985，51.

[7]辛刚，李海森，张之一.关于测土施肥中土壤取样问题的研究[J].黑龙江八一农垦大学学报，2002，14(3)：12-15.

[8]李文鹏，蔡磊，毕廷菊，等.胨冻样芽孢杆菌(Bacillus mucilag—inosus)的分离、筛选及其发酵培养基研究[J].土壤通报，2001，32(2)：70-72.

[9]蔡磊，李文鹏，张克勤.高效解磷菌株的分离、筛选及其对小麦苗期生长的促进作用研究[J].土壤通报，2002， 33(1)： 44-46.

[10]马冬云,郭天财,查菲娜,等.不同种植密度对小麦根际土壤微生物数量及土壤酶活性的影响[J].华北农学报,2008,23(3):154-157.

[11]林雁冰,薛泉宏,颜霞.覆盖模式及小麦根系对土壤微生物区系的影响[J].中国生态农业学报,2008,16(6):1389-1393.

[12]李琼芳.不同连作年限麦冬根际微生物区系动态研究[J].土壤通报，2006，37(3)：563-565.

[13]单鸿宾 ,梁 智,王纯利,等.棉田连作对土壤微生物及酶活性的影响[J].中国农业科技导报,2009,11(1):113-117.

[14]陈阅增.普通生物学[M].北京：高等教育出版社，1997，16-20.

[15]何振立.土壤微生物量及其在养分循环和环境质量评价中的意义[J].土壤，1997(2)：61-69.

[16]王岩,沈其荣,史璜和,等.土壤微生物量及其生态效应[J].南京农业大学学报，1996，19(4)：45-51.

[17]周陈,李许滨,徐德彬,等.生物有机肥对土壤微生物及冬小麦产量效应研究[J].耕作与栽培，2008，19(1)：12-14.