水分管理及双氰胺对稻田土壤硝化菌\亚硝化菌及反硝化菌的影响研究

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摘要：用MPN法测定不同水分管理、硝化抑制剂条件下稻田土壤硝化菌、亚硝化菌及反硝化菌的数量变化。水分含量较高（110％WFPS）时，反硝化细菌含量较高，达到160万个/g干土；硝化细菌、亚硝化细菌受到抑制，分别只有2.4万个/g干土、0.49万个/g干土。水分较低（60％WFPS）时，反硝化细菌含量减少显著，仅为17万个/g干土；而硝化细菌、亚硝化细菌迅速增加，分别达到35万个/g干土、3.5万个/g干土。双氰胺对稻田土壤亚硝化菌抑制显著，高浓度（2%）的双氰胺对硝化菌也有明显的抑制作用，而对土壤反硝化菌仅有轻微抑制。

关键词：硝化菌 亚硝化菌 反硝化菌 双氰胺

Abstract:The nitrobacteria, nitrosobacteria and denitrifying bacteria population were determinded inpaddy soil under different moisture conditions and nitrification inhibitors by MPN enumeration method.The results of which are 1.6×106 denitrifying bacteria,2.4×104 nitrobacteria and 4.9×103 nitrosobacteria per gram in dry soilunder 110%WFPS and 1.7×105 denitrifying bacteria,3.5×105nitrobacteria and 3.5×104 nitrosobacteria per gram in dry soil under 60%WFPS indicated that the number of denitrifying bacteria was very enormous under110%WFPS,but, nitrobacteria and nitrosobateria was restrained.Denitrifying bacteria reduced repidly under 60%WFPS, whereas ,nitrobacteria and nitrosobateria quickly increased. Dicyandiamide could restrain nitrosobacteria significantly,and nitrobacteriawould also be remarkably restrained under high dicyandiamide concentration,while denitrifying bacteria slightly.

Key words: nitrobacteria，nitrosobacteria，denitrifying bacteria，dicyandiamide

中图分类号： TQ352 文献标识码： A 文章编号：

1.简介

氧化亚氮（N20）作为大气的微量气体成分之一，近年来受到全球性的关注。这是因为N20除了具有吸收红外线的性质，能减少地表通过大气向外空的热辐射，进而导致温室效应外，还表现为在平流层中的N20可与D电离层的氧原子发生反应生成NO，并进一步与同温层的臭氧（O3）发生反应，从而消耗O3，破坏臭氧层，导致到达地球表面的紫外辐射增强，使人类的生存健康受到影响。因此，N20在大气中浓度的增加及其排放影响因素倍受关注。[2-5]

在生物形成N20的过程中，微生物的硝化和反硝化作用被认为是最基本的机理。参与硝化、反硝化过程的微生物类群主要包括：硝化细菌、反硝化细菌等。土壤中N20的产生主要来源于土壤微生物参与下的硝化及反硝化反应。各种不同的自然条件大都通过影响微生物的数量和活性来影响土壤N20的释放。[6]

土壤含水量很低、长期淹水不利于硝化、反硝化细菌的生长。对稻田土壤来说，土壤水分含水量始终处于较高或很高的状态，这时土壤通气性就有可能成为微生物活性最重要的制约因素。[10]在无降雨或降雨量较少期间，土壤含水量适中，通气性良好，土壤硝化作用及反硝化作用都能以较高速率进行且以N20为主要产物。当降雨量大时，土壤由于持续淹水而处于缺氧和强还原状态，N20的产生以反硝化为主，但这时反硝化作用产生的N20可N20还原酶还原为N2，加上水层对N20向大气扩散的及对N20的少量溶解，所以这段期间稻田向大气排放的N20量很少。

在特定条件下，硝化作用是导致N20、NO生成的主要微生物途径。亚硝化单胞菌属在厌气条件下产生N20，表明硝化作用不是N20的直接来源。通气土壤，亚硝化单胞菌属细菌利用NO2-—作为最终电子受体产生N20。缺乏NO3-，微生物可能还原更多的N20。根分泌物通过消耗根际氧，产生厌气环境，可刺激反硝化作用。

此外，植物与土壤的相互作用极大的影响着土壤-植物系统中N20的释放。一方面植物根系及根系分泌物一定程度上改变了土壤的物理化学性质，促进了土

壤中的微生物过程和N20的产生。[17]研究表明，根的生长不但消耗02、NO3-、NH4+和水，还能改变土壤结构，分泌有机酸改变根系PH，并提供有机碳化物刺激微生物活动。另一方面，植物根系残落物和分泌物还会导致根际反硝化强度的增加，反硝化微生物的活性与根区含碳物质的浓度密切相关。[18]水稻根有着明显的向外泌氧的过程，能够提高周围环境的氧化还原电位，进而影响到硝化细菌、反硝化细菌的增长、繁殖。[19-21]

目前，对于各种处理条件下稻田土壤N20的排放通量变化及影响因子有较详尽的报道。其中硝化-反硝化作用过程的微生物机理还没有深入的认识，关于土壤中N20排放量与微生物菌群和数量的关系研究的较少。本实验初步探讨不同水肥条件下稻田土壤中氮循环细菌菌群的数量变化，对土壤N20释放的生物学机理研究具有重要意义。[22]

2.材料与方法

2.1试供土壤

试验土壤取自浙江大学农场水稻田，土壤理化性质如下：有机质：2.8％，pH值：7.95，采样后将稻田土壤风干、磨细，过2mm筛备用。

2.2处理与培养

2.2.1处理

实验分为两组：低浓度DCD（0.4mg/培养）、高浓度DCD（2mg/培养），每组试验设4种不同的水分管理模式：淹水（110％WFPS）、临界饱和水（95％WFPS）、模拟旱地水分（60％WFPS）以及水旱交替（95－60％WFPS），WFPS表示的是土壤孔隙充水率。每种水分条件设2种施肥方式：施肥（9.9mg尿素/培养，相当于154mg－N/kg）、不施肥。

2.2.2培养

称取30g过2mm筛的风干土样放入250ml有密封盖的培养器中，在30℃下恒温培养。双氰胺与尿素配制成溶液后一起加入。培养过程中，培养器敞开。干湿交替处理为7天湿（95％WFPS）,7天旱（60％WFPS）交替管理。

2.3采样与接种

每组培养在预培养的第5天取样，水分交替的培养在交替前、后3天采样接种。其他培养在正式培养的第7天采样接种。采样的新鲜土样制成10-1至10-5的土壤悬浮液，摇匀，分别接种于硝化细菌培养基、亚硝酸氧化细菌培养基和反硝化细菌培养基，置于生化培养箱内培养。