植烟土壤的温湿度对有机肥降解过程中微生物活性的影响

杨湘子，周冀衡，牛丽娜，周 勇，邵 丽

（湖南农业大学烟草研究院，湖南 长沙 410128）

土壤中的微生物主要有细菌、真菌、放线菌、藻类和原生动物[1]，它们与土壤肥力有关，在土壤中进行氧化、硝化、氨化、固氮、硫化等过程，促进土壤有机质的分解和养分的转化，也是土壤环境质量的生物学指标之一[2]。通过研究植烟土壤中不同温度和湿度条件下有机肥降解过程中微生物的主要活动特性，得出微生物活性最佳的施肥温湿条件，从而为有机肥的合理施用、高效利用和土壤的改良提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2011年3～9月在湖南农业大学烟草科学与健康实验室进行。将有机混合肥经60℃烘干粉碎后过0.4 mm 筛。土壤选自湖南农业大学烟草种植基地普栽品种K326 的试验地0～20 cm 表层土壤（水稻土，肥力中等），采集后去除杂质，风干后碾碎过60 目（0.25 mm）筛。有机肥与烟土混合在规格为10 cm×10 cm（长×宽），孔径为1 mm 的尼龙袋中，每袋装有机肥10 g，供试土壤100 g，混匀后扎紧袋口。将尼龙袋置于培养箱中培养，温度分别为10℃、20℃、30℃，含水率分别为饱和含水量、含水量70%～75%、干湿交替30%～70%。交叉培养，共计9个处理，具体见表1。培养10 d 后开始取样，每15 d一次，总计取样6 次。

表1 不同温度和供水条件处理

1.2 培养以及测定方法

采用稀释平板法测定土壤微生物总数，以每克干土所含微生物数量表示结果。采用牛肉膏蛋白胨固体培养基培养细菌，马丁氏培养基培养真菌，高氏1 号培养基培养放线菌[3]。

生物多样性指数是描述生物类型数和均匀度的一个度量指标，它可以在一定的程度上反映生物群落中物种的丰富度及其各类型间的分布比例。本研究中土壤微生物群落多样性指数和土壤微生物菌群的均匀度计算方法如下[4]。

（1）土壤微生物菌群多样性指数：H=-ΣPi×lnPi

（2）土壤微生物菌群的均匀度：E=（-ΣPi×lnPi）/lnS

式中Pi=Ni/N，表示某群落中第i 个类型的个体数占总个体数的百分比，S 为微生物类群数量。

2 结果与分析

2.1 不同温度和湿度条件下有机肥降解过程中对土壤微生物数量的影响

由表2 可知，土壤细菌数量随着培养时间的增加有增加的趋势，特别是在70～85 d 时到达最大。S7 处理（温度35℃，饱和含水量）相比较其他处理而言，最适合细菌生长，其在70 d 时，细菌数量最大，达到4.02×107cfu/g。

表2 温度和湿度对有机肥降解过程中土壤细菌数量的影响 （107 cfu/g）

不同处理条件有机肥在降解过程中真菌数量的统计见表3。土壤中真菌数量随着培养时间的增加也呈增加趋势，70 d 后出现回落。S4 处理（温度25℃，饱和含水量）最适合真菌生长，在培养70 d 时真菌数量最大，达到8.43×104cfu/g。

由表4 可见，温度和湿度条件对放线菌的生长都很大的影响。在低温低湿条件下，放线菌的生长与培养时间不呈线性关系；在适温适湿条件下，其数量随着培养时间的增加呈增加趋势。S8（温度25℃，70%含水量）处理下培养70 d 总量最大，达到2.79×105cfu/g。

表3 温度和湿度对有机肥降解过程中土壤真菌数量的影响 （104 cfu/g）

表4 温度和湿度对有机肥降解过程中土壤放线菌数量的影响 （105 cfu/g）

2.2 不同温度和湿度条件下有机肥降解过程中土壤微生物的多样性

由图1、2 可以看出，土壤微生物多样性指数H和均匀度E 最高的为培养70～85 d 的S4（温度25℃，饱和含水量）处理，其H 值达到0.91，E 值达到0.69；其次是S7（温度35℃，饱和含水量）处理，其H 值达到0.85，E 值达到0.67。其他几种处理均远远低于这两种处理。

图1 温度和湿度条件对有机肥降解过程中土壤微生物多样性的影响

图2 温度和湿度条件对有机肥降解过程中土壤微生物均匀度的影响

3 讨 论

土壤微生物的数量及活性是检测土壤肥力的重要标准之一。细菌是土壤的氮源[5]，其数量的增长能够有效地为土壤提供氮素，增加土壤营养。真菌一般为腐生异养微生物，其主要作用是分解土壤中的有机残体，是物质循环的分解者，其代谢产物中含有一定量的腐殖质，对土壤环境有一定的改善作用。土壤中放线菌是以需氧性异养状态生活，它们的主要作用是分解土壤中的纤维素、木质素和果胶类物质等，从而改善土壤的养分状况，有利于作物直接吸收利用土壤养分。放线菌的生长还能产生大量的抗生素物质，保护土壤不受病虫害的侵染，也能抑制某些有害病菌的生长[6-8]。

研究表明，植烟土壤中施用的有机肥在降解过程中其细菌、真菌和放线菌的数量都随培养时间的增加呈先上升（一般到70～80 d 达到最大）后下降的趋势。在培养前中期，土壤微生物生长呈现一种快速、高效的水平，此时有机肥中的养分、有机质的含量也相应的出现了一个降解加速的过程。土壤中碳、氮转化的主要过程都受微生物控制，也可以说土壤微生物是催动土壤碳、氮转化的主要驱动力。在培养后期，土壤微生物数量基本达到最高点，而后有下降趋势，这是由于有机肥的不断降解，各种微生物的降解产物不断累积，参与降解的各种酶类活性也不断降低，从而导致微生物生长受到抑制。同时，随着培养时间的增加，各个不同温度和湿度处理间微生物的数量差异也能直观的看出来。S7（温度35℃，饱和含水量）处理下的细菌、S4（温度25℃，饱和含水量）处理下的真菌和S8（温度35℃，70%含水量）处理下的放线菌数量均高于同种菌间的其他处理。微生物生长需要合适的温度和湿度，这是其生长特性所决定的。细菌更容易在高温、湿度较大的环境下生长和繁殖，如圆褐固氮菌最适生长温度为30～35℃，硝化细菌低于20℃不能生存。真菌对于温度不如细菌敏感，但是对于湿度却有很高的要求，很多真菌在湿度低于80%的情况下不能生长，长期处于休眠状态；只有在高湿度下，真菌才能呈现活性。放线菌生长的最适合温度为26～37℃之间，湿度在70%～80%左右[9]。适宜的温度和湿度是微生物生长繁殖以及其发挥作用的关键，在农业施肥实践中应特别注意，控制土壤温湿条件，优化土壤培养条件，最大化微生物活性，提高有机肥施用的效率。

土壤微生物多样性指数和均匀度可以反映出土壤微生物的多样性，区间的复杂性，其指数越高，则表示土壤的微生物信息的多元化越高，土壤结构层次越理想，土壤肥力状况也越佳[10]。研究发现，S4（温度25℃，饱和含水量）处理和S7（温度35℃，饱和含水量）处理相比于其他处理条件，其优势明显，多样性指数和均匀度都远远高于其他处理，这说明合适的温度和湿度对于土壤微生物的多样性和均匀度都有着良好的作用。低温低湿在一定程度上遏制了微生物的生长，微生物的种类也随着减少。大部分微生物喜欢合适的温度和湿度，也使有机肥在这种条件下能更快更高效的降解。

[1]魏功峰.土壤中的微生物[J].生物学通报，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，1985.4-51.

[4]方中达.植病研究方法[M].北京：中国农业出版社，1998.

[5]李桂花.不同施肥对土壤微生物活性、群落结构和生物量的影响[J].中国农学通报，2010，26（14）：204-208.

[6]骆世明，彭少麟.农业生态系统分析[M].广州：广东科学技术出版社，1996.

[7]梁 宇，郭良栋，马克平.菌根真菌在生态系统中的作用[J].植物生态学报，2002，26（6）：739-745.

[8]杜秉海，李贻学.烟田土壤微生物区系分析[J].中国烟草，1996，（2）：30-32.

[9]郝余祥.土壤微生物[M].科学出版社，1982，11.

[10]周丽霞，丁明懋.土壤微生物学特性对土壤健康的指示作用[J].生物多样性，2007，15（2）：162-171.