全 文 ：任 强，陈连水，邹义冬，等． 不同南丰蜜橘园挂果期土壤微生物的多样性［J］． 江苏农业科学，2015，43(10) :414 － 417．
doi:10． 15889 / j． issn． 1002 － 1302． 2015． 10． 130
不同南丰蜜橘园挂果期土壤微生物的多样性
任 强，陈连水，邹义冬，吴心怡
(东华理工大学化学生物与材料科学学院，江西南昌 330013)
摘要:通过对江西省抚州市南丰县市山镇郊橘园土壤、莱溪水田边橘园土壤、军峰山石桥橘园下层土壤、旴江边橘
园上层土壤的微生物进行培养，再通过菌落观察、测量、计数及细胞形态、大小的观测，计算出各土壤培养组中固氮菌
群落的 Margalef丰富度指数(dma)、Simpson优势度指数(D)、Shannom － Winener多样性指数(H)、Pielou 均匀度指数
(Jsw)、每皿平均种类数和平均个体数，再进行种群间的相似性分析，以期能体现南丰蜜橘的独特性和南丰蜜橘橘园
土壤微生物的多样性状况。试验结果表明，南丰蜜橘不同耕作方式对土壤有一定影响，合理的种植措施可以改善土壤
微生物多样性，从而使南丰蜜橘高产、优质。初步得出结论:除保证品系、苗木质量、合理施肥外，保护产地的生态条件
是目前情形下保护南丰蜜橘优良品质最有效的措施。
关键词:南丰蜜橘;土壤微生物;多样性;土壤固氮菌;丰富度指数
中图分类号:S666． 206 文献标志码:A 文章编号:1002 － 1302(2015)10 － 0414 － 03
收稿日期:2014 － 10 － 26
基金项目:国家自然科学基金(编号:21107014) ;江西省自然科学基
金(编号:2009GZH0008)。
作者简介:任 强(1982—) ，男，山东济南人，硕士，讲师，主要从事植
物生物学和生物技术研究。E － mail:1351994425@ qq． com。
南丰蜜橘(Citrus reticulata)香甜可口，核小，果实色泽金
黄，皮薄肉嫩，食不存渣，风味浓郁，芳香扑鼻，以其滋味浓醇
而著称于世，是江西省甚至是全国的著名良种。南丰蜜橘的
品质是南丰蜜橘研究的核心问题，但随着种植面积大幅度增
加以及产量的提高，人们普遍反映南丰蜜橘的质量和风味下
降，值得研究者和种植者关注。品质是蜜橘产业化的核心，南
丰蜜橘发展的关键点应当放在提高品质上，应加大南丰蜜橘
产业产前、产中、产后的投入力度。南丰蜜橘整体品质自
1991 年大冻后有所下降，在不同程度上出现皮厚、不化渣、味
不浓、籽多、偏酸等现象。据江西省南丰蜜橘普查工作小组
1999 年对南丰县 36 个典型橘园 36 个果样的调查分析，符合
江西省标准 DB36 /T127—1993《南丰蜜橘》的仅有 13 个果
样，占总样的 36%，19%的果样可溶性固形物含量低于标准，
64%的果样含酸量不符合标准［1 － 6］。方治军等研究发现，南
丰蜜橘在果实的色泽、肉质、风味、可溶性固形物含量、维生素
C含量等方面存在较大的差异，并与产地气候、土壤等主要生
态因子有一定的相关性［7］，其中土壤养分是影响土壤性质的
重要因子，对南丰蜜橘产量和品质有显著的影响。土壤中的
氮素损失一直是土壤微生物学家重视的问题，目前正在研究
以抑制硝化细菌活动的方式减少土壤中的硝化、反硝化作用，
从而防止氮肥的损失和避免因形成亚硝酸而污染水域。固氮
菌除能固氮之外，还能形成维生素和异生长素，不仅能刺激农
作物生长发育、提高产量，也能加强其他根际微生物的生命活
动，促进土壤有机物质的矿化作用，从而改良土壤结构、改善
农作物品质［8 － 13］。许多对植物或动物有害的物质如农药、重
金属等超过一定限度同样会影响或危及土壤微生物种类，而
土壤具有分解有毒化合物的作用，这种作用是靠土壤中的微
生物(主要是细菌)来完成的［14 － 16］，这也是橘园土壤固氮菌
研究的重要性在另一个方面的体现。陈晶等研究表明，不同
农药及其不同浓度对自生固氮菌生长及固氮量的影响有所不
同，从而为添加固氮菌以提高农作物产量、监测固氮菌含量来
评估作物产量，以及田间正确使用农药提供了理论依据。另
外，目前利用固氮菌开发的生物型肥料也日益应用在绿色农
业生产中［15 － 17］。
本研究通过对江西省抚州市南丰县市山镇郊橘园土壤、莱
溪水田边橘园土壤、军峰山石桥橘园下层土壤、旴江边橘园上
层土壤的微生物进行培养、观察、计算，分析土壤微生物的多样
性指标，以期为保持南丰蜜橘生长所需的土壤条件提供参考。
1 材料与方法
1． 1 材料、试剂与仪器
1． 1． 1 材料来源 所用土样分别采自江西省南丰县莱溪田
边橘园土壤、市山镇郊平地橘园土壤、旴江边平地橘园土壤、
军峰山脚下橘园土壤。
1． 1． 2 试验试剂 主要试剂有:50 mg /L重铬酸钾抑制剂溶
液、1 mol /L NaOH溶液、复红染剂、改良的 Ashby 培养基、革
兰氏染色剂、95%乙醇溶液、0． 85%生理盐水、番红溶液、碘
液、结晶紫染液、无菌水等。
1． 1． 3 仪器与耗材 主要仪器与耗材有:DHG － 9003BS －
Ⅲ型电热恒温鼓风干燥箱、DNP － 9002BC －Ⅲ型电热恒温培
养箱、BD －156CT型超低温冰柜、SW － CJ － 2F型双人双面净
化工作台、B － 103 单目显微镜、BCD － 193A 冰箱、BS223S 电
子天平、CJ － 2FD 型超净工作台、B203LED 生物显微镜、
YX280A手提式不锈钢蒸气消毒器、锥形瓶、电炉、无菌试管、
无菌培养皿、无菌烧杯、玻璃棒、接种环、无菌吸管、无菌棉、吸
水纸、擦镜纸、量筒、试管架、刷子、载玻片、显微镜、滴管、无菌
锥形瓶、石棉网、手套、无菌袋、移液枪、涂棒、锡纸、盖玻片、精
确 pH试纸等。
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1． 2 试验方法与步骤
1． 2． 1 配制改良后的 Ashby 培养基 分别在加有一定蒸馏
水的烧杯中加入 100 g 甘露醇、5 g CaCO3、0． 2 g MgSO4·
7H2O、0． 1 g CaSO4·2H2O、0． 2 g KH2PO4、0． 1 g CaSO4·
2H2O、0． 2 g NaCl、20 g 琼脂，加热使琼脂融化后加蒸馏水定
容至 1 000 mL。
1． 2． 2 南丰蜜橘土壤中固氮菌的分离培养 制备土壤稀释
液，用移液枪吸取 0． 1 mL土壤稀释液涂布在改良的 Ashby培
养基中，将平板倒置于 30 ℃恒温培养箱中培养 4 d［18］。之后
每过 1 d对每个培养皿中产生的固氮菌分别进行计数并描述
各种固氮菌的形态、生化生理特征［19 － 21］。
1． 2． 3 革兰氏染色及个体形态观察与计数 取固氮菌常规
涂片、干燥、固定。滴加结晶紫(刚好将菌膜覆盖即可)染色
1 ～ 2 min，之后水洗。残水用碘液冲去，并用碘液覆盖约
1 min，再水洗。用滤纸吸去玻片上的残水，将玻片倾斜，置于
白色背景下，用滴管流加 95%的乙醇脱色，直至流出的乙醇
不出现紫色时，立即水洗。用番红液复染约 2 min，水洗。干
燥后，用油镜观察菌种的形态，结合细菌计数板计数。
1． 3 计算公式:
总个体数:N =∑NiSi;
总种数:S =∑Si;
Margalef丰富度指数:dma =(S － 1)/ lnN;
Simpson优势度指数:D = 1 －∑P2i;
Shannom －Winener多样性指数:H = －∑Pi lnPi;
Pielou均匀度指数:Jsw = H /Hmax。
2 结果与分析
2． 1 南丰蜜橘土壤固氮菌多样性指数统计分析结果
通过对市山镇郊橘园土壤(1 号土样)、莱溪水田边橘园
上层土壤(2 号土样)、莱溪水田边橘园中层土壤(3 号土样)、
军峰山石桥橘园下层土壤(4 号土样)、旴江边橘园上层土壤
(5 号土样)、莱溪水田边橘土下层土壤(6 号土样)的土壤固
氮菌种数和个体数对应关系计算出 Ni、Si，再运用“1． 3”节各
公式计算出各土壤培养组固氮菌群落的 Margalef 丰富度指数
(dma)、Simpson 优势度指数(D)、Shannom － winener 多样性
指数(H)、Pielou均匀度指数(Jsw)、每皿平均种数和平均个
体数，结果见表 1、图 1、图 2。
2． 2 根据固氮菌进行样点间聚类分析
本试验中，采用最短距离法进行聚类分析，以 2 个样方间
距离系数 BC为指标，各样方用 Sample i表示(Sample 1 代表
市山镇郊橘园土壤、Sample 2 代表莱溪水田边橘园上层土壤、
Sample 3 代表莱溪水田边橘园中层土壤、Sample 4代表军峰
表 1 各采样点橘园土壤固氮菌个体数目与种数对应关系
土样
编号
固氮菌数(个)和种数(种)
第 1 天 第 2 天 第 3 天 第 4 天 第 5 天 第 6 天 第 7 天 第 8 天 第 9 天 总计 每皿平均
dma D H Jsw
1 号 1(1) 4(2) 12(1) 21(1) 517(1) 556(6) 55． 5(0． 6)0． 791 2 0． 136 9 0． 322 5 0． 179 9
2 号 5(1) 12(1) 19(1) 115(1)782(1) 933(5) 93． 3(0． 5)0． 584 9 0． 281 6 0． 489 9 0． 304 4
3 号 1(1) 3(1) 7(1) 8(1) 161(1) 180(5) 18． 0(0． 5)1． 252 7 0． 196 5 0． 460 6 0． 286 3
4 号 1(2) 4(1) 5(1) 159(1)267(1) 437(6) 43． 7(0． 6)0． 822 3 0． 494 3 0． 776 9 0． 433 6
5 号 1(4) 2(1) 3(1) 5(2) 7(1) 14(1) 17(1) 29(1) 35(1) 121(13) 12． 1(1． 3)2． 538 6 0． 821 8 1． 683 9 0． 656 5
6 号 1(1) 2(2) 6(1) 27(1) 283(1) 321(6) 32． 1(0． 6)0． 866 4 0． 215 2 0． 382 9 0． 213 7
注:括号外为固氮菌数，括号内为种数。
山石桥橘园下层土壤、Sample 5 代表旴江边橘园上层土壤、
Sample 6 代表莱溪水田边橘园下层土壤) ，dij表示 xi 与 xj 之
间的距离，Dpq表示样方 Sample p 与样方 Sample q 之间的距
离。则 2 个样方间的最短距离表示为:Ds(p，q)= min{djk︱
j∈Gp，k∈Gq}。采用最短距离法对本试验中的 6 个样方进行
分类，得各样方间距离，D(0)矩阵见表 2。
表 2 不同样方间距离 D(0)矩阵
类别
相似率(%)
Sample 1 Sample 2 Sample 3 Sample 4 Sample 5 Sample 6
Sample 1 100 69． 839 1 0． 000 0 0． 200 8 6． 176 5 0． 227 3
Sample 2 100 20． 664 9 19． 708 0 6． 831 1 21． 371 6
Sample 3 100 51． 863 9 27． 907 0 67． 465 1
Sample 4 100 12． 544 8 49． 076 5
Sample 5 100 16． 289 6
Sample 6 100
表 3 样点之间的相似度
步骤 簇 距离(%) 相似度(%) Joined 1 Joined 2
1 5 30． 160 858 15 69． 839 141 85 1 2
2 4 32． 534 931 18 67． 465 068 82 3 6
3 3 48． 136 142 73 51． 863 857 27 3 4
4 2 72． 093 025 21 27． 906 974 79 3 5
5 1 78． 628 387 45 21． 371 612 55 1 3
—514—江苏农业科学 2015 年第 43 卷第 10 期
由表 2、表 3 可画聚类图来表示，详见图 3。
从图 3 可以通过距离的大小看出聚类的密切程度，距离
越大，样本间的差异也越大;反之，样本间的差异越小。
Sample 1和 Sample 2 的距离最小，故二者间的相似度也就最
高;其次是 Sample 3 与 Sample 6 之间的距离，也很近。将
Sample 3与 Sample 6 的交点记为 A，则 A 与 Sample 4 的距离
最短，若将 A与 Sample 4 的距离记为 B，则 B 与 Sample 5 越
近。相似度最远的是 Sample 1 与 Sample 5。也就是说，从固
氮菌丰富性来讲，市山镇郊橘园土壤与莱溪水田边橘园上层
土壤间的相似度最高，莱溪水田边橘园中层土壤与莱溪水田
边橘园下层土壤相似度次之，而市山镇郊橘园土壤与莱溪水
田边橘园下层土壤间的相似度最低。
值得注意的是，利用最短距离法进行聚类分析有很多优
点，其分类简单、应用广泛，当两类合并后与其他类的距离是
所有距离中最小者，从而缩小了新合并类与其他类的距离，产
生空间收缩，因而其灵敏度相对较低。
3 讨论与结论
3． 1 讨论
微生物参与土壤物质转化过程，在土壤形成、肥力演变、
植物养分有效化和土壤结构的形成与改良、有毒物质降解及
净化等方面起着重要作用，数量庞大、种类繁多的土壤微生物
是丰富的生物资源库。由于人类对自然环境、自然资源的过
度开发和干预，使得地球上数以万计的物种消失或濒临灭绝，
生境被严重破坏，生物多样性丧失，生态系统稳定性变弱，资
源日益枯竭。植物根际微生态环境中，土壤微生物数量多、密
度大，能在植物根系周围形成一个物理屏障，由于在根际周围
的分泌物很多，最后在根冠周围形成黏质层，进而构成一个相
对稳定的微生态环境，这对保护植物根系、提供营养物质、减
少病原菌和害虫入侵具有相当重要的作用。不同污染程度的
土壤微生物群落序列在其均匀度指数、丰富度指数等方面均
存在差异。通过对南丰蜜橘园土壤细菌 Margalef 丰富度指
数、Simpson 优势度指数、Shannom － Winener 多样性指数、
Pielou均匀度指数、每皿平均固氮菌种数和平均固氮菌个体
数的测算，侧面反映了南丰蜜橘不同橘园土壤微生物种群在
均匀度指数、丰富度指数等方面存在的差异。
3． 2 结论
通过对 6 种橘园土样挂果期土壤固氮菌的培养、菌落计
数及统计计算，根据公式计算土样中固氮菌群落的 Margalef
丰富度指数(dma)、Simpson 优势度指数(D)、Shannom －
Winener多样性指数(H’)、Pielou 均匀度指数(Jsw)、每皿平
均固氮菌种数、平均固氮菌个体数。可以得出以下结论:(1)
Margalef丰富度指数(dma)大小为:5 号土样 ＞ 3 号土样 ＞ 6
号土样 ＞ 4 号土样 ＞ 1 号土样 ＞ 2 号土样;(2)Simpson优势度
(D)大小为:5 号土样 ＞ 4 号土样 ＞ 2 号土样 ＞ 6 号土样 ＞ 3
号土样 ＞ 1 号土样; (3)Shannom － Winener 多样性指数(H)
大小为:5 号土样 ＞ 4 号土样 ＞ 2 号土样 ＞ 3 号土样 ＞ 6 号土
样 ＞ 1 号土样; (4)Pielou 均匀度指数(Jsw)大小为:5 号土
样 ＞ 4 号土样 ＞ 2 号土样 ＞ 3 号土样 ＞ 6 号土样 ＞ 1 号土样;
(5)平均种类数大小为:5 号土样 ＞ 1 号土样 = 6 号土样 = 4
号土样 ＞ 2 号土样 = 3 号土样;(6)平均个体数大小为:2 号土
样 ＞ 1 号土样 ＞ 4 号土样 ＞ 6 号土样 ＞ 3 号土样 ＞ 5 号土样。
莱溪水田边橘园上层土壤的平均固氮菌个体数最多，说
明其相对稳定的环境比其他样点的土壤更有利于固氮菌的生
长;旴江边橘园上层土壤拥有的物种丰富度指数和多样性指
数要远高于其他土壤。说明旴江边橘园上层土壤更有利于固
氮菌物种多样性的发展。
不同样地的南丰蜜橘挂果期土壤固氮菌的数量、种类以
及多样性差异的出现，是由于它们所处的地理位置不同，另外
人为干扰也占绝大一部分因素。南丰蜜橘品质的好坏原因
中，其地理环境是最重要的，因为一方面它直接影响到微生物
的生长情况，不同的地域可能由于气候和土壤条件的不同会
使微生物的种类、个体数、多样性产生明显的差异。而另一方
面人为干扰也会造成蜜橘品质不同，适当的施肥很重要，但过
度施肥有可能导致南丰蜜橘品质下降，以致失去原味，变得更
酸。同时，耕作方式和农药喷洒等因素都会造成生物群落的
改变，从而对南丰蜜橘的品质造成一定的影响。由于旴江边
橘园上层土壤微生物群落除受水质以及外围杂草侵入等少量
因素影响外，基本保持原始状态;而其他的样地耕作方式、化
肥和农药施用等人为环境的干扰较严重，土壤微生物群落变
化较大。可以适当地进行人为的呵护，从而让其保持原有生
态布局。本研究表明，土壤微生物的多样性反映出南丰蜜橘
各个橘园的土质情况，应结合当地实际情况，通过各种途径进
行土壤改良。所以为了保护好南丰蜜橘的优良品质，应尽量
让其在原产地生长。
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doi:10． 15889 / j． issn． 1002 － 1302． 2015． 10． 131
包膜氮肥、保水剂和生物炭
在控制农田土壤氮素损失方面的应用综述
邱 月，张 辉
(上海交通大学环境科学与工程学院，上海 200240)
摘要:氮肥中的氮素损失是限制农业生产中肥料利用率的最主要因素，损失的氮素威胁着大气、水、土壤环境安全
和人体健康。选取包膜氮肥、保水剂和生物炭 3 种用于控制土壤氮素损失的材料，分析了各自的作用机理、应用情况
和存在的问题。结果表明:包膜氮肥利用膜材料阻隔肥料与土壤接触，从而控制养分释放，被应用到包膜上的材料有
无机材料、有机聚合物和易降解的生物质材料;保水剂是一种吸水力极强的树脂，通过吸附土壤水分和养分、改变土壤
理化性质影响氮的迁移转化，在与肥料结合制成凝胶、混合聚合物和包膜氮肥后能有效减少氮素损失;生物炭富含独
特的微孔结构和多种养分，能有效吸附氮素并影响微生物对氮素的转化，其作用机理和效果目前还存在争议。由于这
3 种材料在控制氮素损失方面潜力巨大，文章最后给出了未来发展需要注意的问题。
关键词:肥料;氮素损失;包膜氮肥;保水剂;生物炭;农田;土壤氮素损失
中图分类号:S156． 2 文献标志码:A 文章编号:1002 － 1302(2015)10 － 0417 － 06
收稿日期:2014 － 10 － 23
作者简介:邱 月(1991—) ，女，山东莱芜人，硕士研究生，主要从事
土壤氮素污染控制的研究。E － mail:maria_qy@ 163． com。
通信作者:张 辉，副教授，主要从事土壤有机污染、痕量金属污染的
修复研究。Tel:(021)54748942;E － mail:huizhang@ sjtu． edu． cn。
自然条件下植物能够吸收和固定的氮素非常有限，氮肥
的使用有效提高了作物品质和产量。第 2 次世界大战以后，
随着全球人口的快速增长，氮肥施用量也迅速增加。至 2009
年，中国氮肥生产量已达到 3 608 万 t，占全球的 34%，而施用
量也达到 3 360 万 t，占全球的 33%［1］。施入土壤中的氮一般
只能被植物吸收 30% ～40%，一半以上的氮素通过多种途径
损失到环境中。过多的氮素滞留在土壤中造成土壤酸化，或
随地表径流、淋溶水流失引起地下水硝酸盐超标［2］、地表水
体富营养化［3］;气态的氨、一氧化氮、氧化亚氮进入大气，引
起氮素沉降［4］、酸雨、温室效应和臭氧层破坏［5］。因此，寻求
减少土壤氮素损失的有效方法、提高氮素利用率，对于节约农
业成本、控制氮素引起的环境污染有着重要的现实意义。
为控制土壤氮素损失，国内外学者研究了多种材料和方
法。其中包膜氮肥由于含氮量高、控释效果好受到广泛关注
和应用;保水剂具有良好的保水能力，常添加到干旱土壤中用
于保持水分，对土壤性质的改变也影响了氮素的迁移转化;生
物炭是一种富含微孔和多种养分的生物质材料，近年来被用
作土壤改良剂以改善土壤状况，而在控制土壤氮素损失方面
还处于起步阶段。通过探讨这几种材料与氮素的作用机理，
分析它们各自的研究和应用情况，有利于挖掘它们在氮素损
失控制方面的价值，可为减少氮素污染提供有效的方法。
—714—江苏农业科学 2015 年第 43 卷第 10 期