全 文 ：第19卷第1期
1 999年 1月
生 态 学 报
ACTA ECoI oGICA SINICA
Vo1．19，No．1
Jan．．1 999
土壤微生物生物量测定的简单方法
— — 精氨酸氨化分析
林启美
f中国农业大学土壤和水斟学幕 北京 100094)
／ 、
摘要 同时测定13种不同土壤精氨酸氨化速率、ATP古量、散生物生物量碳 和葡萄搪诱导呼吸速率。精氨酸
氨化速率O．1～17 lmg NH 一N／h·kg土，与土壤 ATP含量、微生物生物量碳和葡萄糖诱导呼吸建率之间·存
在极显著的相关性 。比起其它土壤般生物 生物量分析方法 ，精氨酸氨化法既简单、快速 ，卫不需 要昂贵的设
备 ，可作为土壤微生物生物量测定方法 ，但是，当土壤古有大量易分解有机物质时，加入精氨酸时，NH4 N产
叫
ARGININE AM M oNIFICATIoN AS A SIM PLE M ETHoD FoR
M EASURING SoIL M ICRoBIAL BIoM ASS
LIN Qi—Mei
(Department s and Water Sciences，China Agricultural Unit sity，Bei
．
ilng 100094，Ch~a)
Abstraet Agrinine ammonification rate．biomass C．soil ATP content and substrate—i|I-
duced respiration were determined in 13 soils．Arginine ammoniflcation rate was 0，1 to
1 7．1mg NHrN／h·kg soil．There were signifieant linear relationships between arginine am—
monifcation rate．microbiaI biomass C，soil ATP content and substrate—induced respira—
tion．Comparing with other techniques，arginine ammonification technique was much sim—
pier，faster and cheaper．This technique can be used as a simple technique for estimating
soil microbial biomass except the soil containing high decomposable organic matter．
Key words biomass，C，ATP，SIR ，arginine ammonifleation rate．
精 氨酸是20种必需氨基酸之一，分子式上有3个氨基 团：H：NCO。CH(CHz)，NHC(NH。)。 微生物通过4
种途径之一，或更多的途径同化精氨酸；①精氨酸一尿酶或精氨酸酶一尿素酰胺酶途径 ；③精氨酸氨基转移途
径 }③精氨酸脱氨基途径 ；④精 氨酸脱羧途径 。除了待氨酸氨基转 移途径 ，铵是其 他3个途径 的晟终产物。
Alef和 Kieiner[‘。发现土壤 中5O种微生物能利用精氨酸作 为其 C和 N源．在 一定条件 下．精氨酸氨化速率
与土壤中微生物生物量呈正比倒关 系Ⅲ。Hund等啪试 图用精氨酸氨化速率作为有机污染对土壤微生物影
响的指标。精氨酸氨化技术作为测定土壤散生物生物量的一种 简捷方法，与其他土壤微 生物生物量分析方
法的可比性，目前国内外研究不多，还需进一步确证此方法的可行性 。
* BBSRC和 BASF ￡助项日 本文是在 Brookes，P C．博士指导下完成，谨表谢意。
收稿 日期 ：1996～10-08，修改穑收到 日期：1997—08—21
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1期 林启美 ：土壤微生物生物量测定的简单方法——精氨酸氯化分析 8t
本研究将测定不同土壤精氨酸氮化速率，并与土壤微生物生物量碳 、土壤 ATP含量和葡萄糖诱导呼
吸速率 比较 ，试图建立相互间的关系。从而评价精氨酸氮化速率作为土壤微生物生物量的指标
1 材辩和方法
1．1 土壤
t3种土壤采 自洛桑试验站长期定位试验点 ，用荷兰土钻采集，草地和林地土采O～]0cm 的土层土壤 ，
耕地采0~23cm 的土层土壤 ，采集的湿土迅速过 2ram 筛。并去掉植物残体和可见土壤动物 ，调节土壤湿度
至4o％的 田问持水量 ，再放 入封闭的铁 桶内培 养7d(25．c)，桶 内装有水和苏打石灰橱，以保持桶 内的湿度
和吸收培养时释放的 CO 培养的土壤放在5℃下保存 。或迅速分析。13种土壤的理化性质见表l
1．2 土壤处理
3、5、6、8、9和10号土加入磨 细的黑麦草 (2 W／W)，调节至50 的 田间持水量 ，在2 ℃下培养lOd。其
它土壤经氯仿熏蒸(25℃，24h)，去掉氯仿后培养lOd，培养方法同上
1．3 微生物生物量测定
生物量碳用熏蒸提取法测定_．]，生物量碳(Bc)接下面的公式计算：
Bc 一 2．22Ec
Ec为熏蒸土壤K SO 提取的碳量与不熏蒸土壤 K：SO．提取的碳量的差值。
土壤 ATP含量用三氯乙酸一碑 酸氢二钠一百草枯提取剂浸提 ，用荧光素一黄光素醇荧光反应测定提取液
中 ATP的含量 ，详 细方法见 Jenkinson和 Oades[ 。
葡萄糖诱导 COz呼吸速率：称取 相当于]0~40g烘干土的湿土 ，放Jk250ml磨 日的三角瓶中，加入葡萄
糖粉剂(6mg／g土 ，用前与滑石粉以l：4的 比例混合 )与土壤充分混匀30rain后 。盖上盖子，在25℃下培养2h，
用10ml注射器抽取三角瓶中的空气，用气相色谱测定 CO 含量 。详细方法见文献E63。
表1 土壤性质
Table 1 Soil properties
1．4 精氨酸氯化速率
称取]Og湿土。放入 125ml塑料 瓶中+加入精 氨酸溶液 (3rag~kg土 。调节土壤 湿度至200 田间持水
量)。在25℃下培养1h后+将塑料瓶放 在一l5．c下，以终止氮化作 用。至少4h后 +在室温 下解冻土壤 。立刻用
2mol／L KCI浸提(1t4土水 比)(25℃下振荡15rain，200rev／min)，用瓦氏42号滤纸过滤，滤液应迅速分析 ，或
存放在一l5℃下 。提取液 中 NH。N用 自动流动注射 仪(AlpkenRFA／2)测定 同时测定不加精 氨酸土壤中
NH 一N 的释放量 精氨酸氮化速率为 ：加精氨酸土壤释放的 NH 一N减去不加精氨酸土壤释放的 NH 一N+以
mg NH 一N／h· 土来表示 所有测定都做3次重复，结果 皆用烘干土表示，数据分析用 Genstat软件进行
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82 生 态 学 报 l9卷
2 结果与讨论
2，1 精氪酸氮化速率与土壤性质的关系
1 3十土壤精氨酸氮化速 率0．1-17．1mg NH N／h-kg土 ．施用无机肥料的土壤 (土壤3)比施用有机肥
料的土壤(2号土)，精氨酸氮化速率要低 ，分别为3．6和6．5mg NH．一N／h·kg土，这说明施用有机肥料可提高
土壤微生物生物量 Alef和 K[ei~-er 分析34个土壤 ，精氨酸氯化速率为o 39～l0 14rag NH．一N／h· 土 ，
与本文的结果相 当+但 Kaiser等 所得的结果要低得多 ，为0．o3～2．7lⅡ NH N／h-kg土。
Alef和 KleinerD．23发现 精氪酸氮化速率与土 壤有机碳和全 氨含量存在 显著 的相 关性 ，Alef等 及
Ka~er等 ¨也得到相似 的结果。本研究发现精氨酸氮化速率与土壤有机碳和全 氨的相关性 不显著 (r分别
为0．66和0．49)。但是 ，如果将一十酸性土壤 (6号土)从统计中剔除 弭q相关性达到显著水准(P<0．001)(图
1)。有机碳含量高不可能是影 响相关性 的因素，因为4和5号土壤同样有较多的有机碳，并不影响相关性 ，可
能的原因是土壤酸度低 ，导致相关性降低。类似 的结果，在生物量碳与土壤有机碳之间也有报道[5]，酸性 土
壤微生物生物量碳占土壤有机碳 的比例 ，要小于其它土壤 。
2．2 耩氨酸氮化速率与土壤 ATP含量、微生物生物量碳及葡萄糖诱导 CO 呼吸速率之间的关系
A[ef和 Kleiner[2 发现精氪酸氪化速率与葡萄糖诱导 O 消耗速率有显著的相关性(0：一2，51NHrN)。
Alef等刚也报道 NH．一N释放量与土壤 ATP含量及葡萄糖诱导CO 呼吸率有较高的相关性，但是 Kaiser
等 发现这一相关性并不太高 。Wilke[] 也指出精氪酸氮化速率不能反映无机污染对土壤 N转化的影响
本试验的结果表明 ：精氪酸氮化速率与生物量碳 、土壤 ATP含量及葡萄糖诱导 CO 呼吸速 率之间，存在显
著 的相关性(图2)，如果一十 酸性土壤(土壤6)从统计分析 中剔除，则相关性大大提高。本文所得的精氨酸
氮化速率与诱导 CO：呼吸率的回If了方程与 Alef和 Klemer Ez3所得的结果有极强的可 比性+显然 O：的消耗与
COz的释放有几乎1：l的关系+每克生物量碳的精氪酸氮化速率为0．01g NN 一N。
±壤有机醴 I ⋯i C(g／Kg
囤l 精氟酸氨化速率与土壤垒 氟和有机碳的关系(去
掉6号土)
F ．1 The relationship betweea aTgitfine ammonifica—
tion rate and soil total N and organic C (excluded soil
N0．6)
su hsl?a le in duce d 烹 m i／ h
图2 耩氪酶氨化速率与生物量碳、土壤 ATP含量和基
质诱导呼嗳速率 (SIR)之间的关系
Fig-2 The relationship bet⋯ arg／nine ammoniIica
tion rate and bioalass C，soil ATP content and sub_
札tate—reduced Tesphation ra~e(SIR)
l ；§ } i a孽 巴一 ^z ，∈ Ez-．zz。卦割 年
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1期 林启姜 ：土壤微生物生物量测定的简单方法—— 精氪酸氮化分析 83
Alef& Klerner_2-指出：如果土壤含有过量 的
NN N 精 氪酸 氮化可能 受到抑 制，他们所用 的34
个土壤 NHt含量为0．33～3ling／kg土。本文所用的
13种土壤 NN。一N含 量0．1～2．4mg NN．N／kg土
(表1)，除了6号土壤精氪 酸氮化作用受到抑衬外，
其 他土壤没有发现精氪酸氮化受到抑制的现 象 6
号土壤不仅 NH 含量最高 ，而且呈极强的酸性，由
于酸性土壤真菌是优势菌落 ，是这种微生物群落结
构 的差异 ，造 成精氪酸氮化速率的降低，还是 由于
酸性土壤中Al、Fe等离子的存在，抑制微生物分解
精氪酸 ．有待进一步的研究
加入黑麦率和熏蒸后培养的土壤 ，精氪酸加入
后 ，释放 的 NN．一N极少 ．甚至出现负值 (表2)，主要
原因是这些土壤含有大量 易分解的有机物 质，微生
物在分 解这些 有机物 时．吸收固定 NH⋯N 所 以精
氪酸氮化方法，不适用于含有大 量易分解有机物的
土壤 。
3 结论
表2 加人黑麦草的土壤和熏蒸的土壤糟氯酸氯化
速率(NHrN mg／h-kg土)
Table 2 Argtnine ammonification rate in rye-
grass—amended soils and fumlgated-incabated soils
a；加入黑麦草后培养10cl测定 b：土壤熏蒸 ，去掉 氯
仿后培养10cl测定 ．
当向土壤加入精氪酸 ，并培养一段 时间后 ，释放 的 H。一N 与土壤 ATP含量、微生物 生物量碳及葡萄
糖诱导 CO 呼吸速率之 间，存在较显著的相关性 精氪酸氮化速率可作为土壤微生物生物量的指标。比起
其它方法，该方法更简单 、快速、便宜 但是，该方法不适用于含有大量易分解有机物的土壤 ，因为精氪酸矿
化的 NH 一N重新被微生物固定
参 考 文 献
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． ＆ Biochem，1986，18：233~235
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Chemosphere，1988，17{1183～ 1188
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． ＆ Biochem，1990，22：1167～1169
5 JenkinsonD S＆ Odes JM．A method formeasuring adenosinetriphOSphatein soil．Sol／Bio1．＆ Biochemt1979，11：
193～ 199
6 林启美．葡萄糖加^形式对蓦质诱导呼吸量测定的影响．中国农业大学学报．1997，(3)：25o～256
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8 Alef K．et a1．A comparison of method s of estimate microbial biomass and N—mineralization in argicuhural and grass—
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9 Anderson T H ＆ Domsch K H Ratm of microbial biomass carbon to total organic carbon in arabIe soils．Soil Bio1．＆
Biochem t1989，21：471～ 479
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