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第 16卷 第 3期
1 9 9 6年 6月
生 态 学 报
ACTA EC0L()G1CA S1N1CA
(
V01．1 6，N o．3
Jun．。 1996
A
设施栽培下土壤中硝化、
反硝化作用的研究 ‘
墨盎塑 型亟堕 ● 。 _ - _ 。 。 _ 一 一
南京农业大学资环系馓生韵教研组，南京，210095) f艿f
摘要 利用温室、大栅等园艺设旌栽种蔬菜，是当今蔬菜生产的有效措施之一．但 由于温室、大棚是 一十
持拣的环境，加上连作，致使温室、大棚的土壤逐渐产生障碍，导致作物产量逐渐下降。本文着重从温室
大棚土壤中硝化、厦硝 化作用进行探凡一步探讨．峰结果为 温室、大栅 中有强烈的硝化作用和较多的
NOg、N0 盐积累，这是温室、大棚咋物产：量 降的重要 四之一}温室 大栅中反硝化作用强度与土壤
中的 NO{盐含量有关 ，与反硝化菌数量呈正相关：反硝化作用的中l可产物 N2o的古量对大气造成污染也
可能危 害作物
关键词： 些竺旦 燃 反硝化I乍用 INVESTIGATON0N NITRIFICAT10N AND
DENITRIFICAT10N 0F S0IL UNDER
INSTALLING CULTIVAT10N C0NDIT10NS
Yin Yongxian
‘Nn i g Agrieullu~e Uni~ s y
I iu Hongyan
Nan g．0 m ，21 0014)
Abstract It is one of the effective measures tO use installing cultivation for culturing vegetm
bles at present，However—owing tO succes．sive cropping in the special ecological environment，
i，e．，in greenhouse and plastic shed，an obstacle would be produced in the soils，gradually re
sulting in a decrease in crop yield．The obstacle was investigated through dealing with nitrifiea
tion and denitrification．The results show that there were stronger nitrifying activities in soils
under greenhouse and plastic hed conditions，and hence and excessive amount of NO； and
No was accumulated in the same soils．Their concentrations reduced up tO 0．13～ 0．6 g ·
kg— and 0．72～ 4．42 g ·kg一 ， respectively， while their soil concentrations in open—field
were only 0．04～ 0．40 g·kg～ and 0．51～ O．78 g·kg一．Itwas one ofthe reasonswhythe
crop yield decreased in greenhou~ and plastic shed．The results also show that the denitrifying
activity in the soils in greenhouse was stronger than in plastic shed and that the denitrifying ac-
tivity in the soils in greenhouse was stronger than that in the open field shed which in turn was
* 国家 自然 科学基 金资 助项 目-编号 3880598．已通过 鉴定
收稿日期：l994 02 O1-修改稿收到 日期：l 996 01 10
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3期 殷永蜩等 ：设施栽培 下土壤中硝化、反硝化作用的研究
stronger than that in the open field．The denitrifying aetivitY％vas related to the concentration
of nitrate in soils and WaS well positively correlated with the number of denitrifiers．
Key words： nitrification．denitrification，installation soil
利用温室、大栅等园艺设施栽种蔬菜 ，既能提高蔬菜产量 ，满足人们对蔬菜的需求；又
能提高其经济效益，是当今蔬菜生产的有效措旋之一。但是 ，由于温室、大栅是一个特殊的
生态环境 ，其温度，湿度、光照、通气条件和水肥管理等均不同于一般大田，再加上连作，致
使温室、大栅的土壤逐渐变坏 ，产生明显的返盐现象、随着使用年限的增长 ，在温室、大栅
等设旋栽培下出现了产量下降的问题 。本文从微生物学因素．特别是从温室、大栅土壤中
亚硝酸细菌，硝酸细菌的数量以及硝化．反硝化作用强度等方面探讨其障碍因素．为解决
这些问题提供一定的科学依据。
1 材料与方法
1．1 材料
1．1．1 土样取自南京东郊紫金山乡农科站的温室土、大棚土，以温室之间的露地土壤作为
对照。采用多点混合法，取表屠 o～5 em土壤作供试土壤
1．1．2 采样时间 l991年 3、4、5、6月上旬 。
1．1．3 样品 ①紫农温室土 ；②紫农大栅土；③紫农露地土
1．1．4 试剂 ① 格利斯试剂 1．2；② 奈氏试剂；③ 二苯胺试剂 ；④ 10 mg／L N0 N液，
0．02too1．CuS0 ，lO H 0 ，1；1 NH OH液，酚二磺酸显色剂 ，⑤650mg／LN0 N，乙
炔 ；⑥0．02 mg／L NaOH，0．02 二盐酸盐 ，l 磺胺
1．1．5 仪器 ①分光光度计；@SP一501型气相色谱仪
1．1．6 培养基
序
①
②
③
供分析的微生物种类
亚硝酸细菌
硝酸细菌
反硝化细菌
1．2方 法
1．2．1 MPN法测亚硝酸细菌、硝酸细菌、反硝化细菌的菌数 。
1．2．2 105 c下烘干称重法测土壤水分含量。
1．2．3 酚二磺酸显色法测定硝酸盐的含量： 。
1．2．4 N O的测定用气相色谱法，见参考文献一 。
1．2．5 比色法测定亚硝酸含量
称新鲜土 l0 g一加 0．02 tool NaOH 20 ml一研磨~4000 rpm离心 5 min一取上清液 5
ml一稀释 10倍一取 5 miami3 l 磺胺一加 0．02 二盐酸盐(溶于 1．5 tool HCI中)一放置
15 min~4000 rpm 离心 5 min~540 nm 721分光光度计 比色 。
2 结果与讨论
2．1 温室、大棚土壤中的硝化作用
M 基
基 基 养
养 养 培
培 培 酸
称
㈠㈡
化 化 酸
名 硝 硝 硝
号
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生 态 学 报 16卷
在温室和大棚土壤的 0～ cm 土层中，有不同程度的盐分积累，其中对蔬菜的生长和
质量影响较大的是可溶性亚硝酸盐和硝 酸盐 ，它们的存在与变化极易受土壤中硝化细菌
(包括亚硝酸细菌和硝酸细菌)及反硝化细菌活动的影响。3种不同处理土壤 中亚硝酸细菌
和硝酸细菌的数量分析表明(图 1)，以温室土壤的含量高于大棚土壤又高于露地土壤 ；且 3
种土壤中该两种菌的含量都随温度的升高而增多 由于温室土壤的菌数高于其它两种土
壤 ，其硝化活性亦最强 ，表现在累积的NO3 N含量亦最多，而且随温度的上升呈现逐渐增
多的趋势(表 1) 由于在NH 和 N0 的氧化过程都释出 H ，导致环境变酸 ，所以温室
土壤表现出 pH值随硝化活性的增强和 NO7积累量的增多而下降(表 1)，这可能也不利于
植物根系的发育。
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月份
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图 1 3种处理土壤中亚硝酸细菌和硝酸细菌数量的比较
Fig．1 Comparison of number 0f NH+ Oxidizer and N听 一Oxidizer amony three tl~atment of soi]s
表 1 3种土壤中总盐量 NOs—N含量，pH和含水量的变化
Table 1 Change in total salt，No —N content，pn and moisture content in throe treatment of soils
露地土壤
OP朗 eU
0．79
0．81
1 1
0 51
O．63
0．78
7．72
8．02
8．06
8．00
2O．0
17 4
17．7
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3期 殷永娴等：设旌栽培下土壤中硝化 、反硝化作用的研究
值得提出的是 ．在一般土壤中是很少积累
NO2的，因为氧化 NO{的亚硝酸细菌和氧化
O 的硝酸细菌总是相伴而生，且硝酸细菌
一 般 比亚硝酸细菌为多．但是 ，研究表明，在
温室、大棚土壤中却积累了相当数量的 NOr—N
(图 2)。虽然其量随时间而呈逐渐下降的趋势，
但是含量大大超过 了 Chapman 指出的“旱田
0～6英寸表土内含有高达 0．o9 g／kg的 No
数量” 而且Champan与 Binghan 。用水培法确
认 了 NO。对大 麦、蚕豆 与番 茄均 有 显著 毒
害 r。同时根据周燮教授的研究，当NOr含量
达 0．01 g／kg时 ．稻苗即 出现烂根等毒 害【
因此 ，可以说明温室 、大棚土壤中有含量较 多
的NOr积累，是造成温室，大棚植物生长受抑
制的原因之一。
2．2 温室、大棚土壤的反硝化作用
越
抽
图 2 3种趾理土壤中NO N古量的动态
F* 2 Dynamics ofNO2㈣N t目】t
in three tlearnlents of soil
表 2是温室、大棚、露地 3种处理土壤中反硝化细菌数量的动态变化，由表 2看出以温
室土壤中的反硝化菌数多于大棚又多于露地土壤；而且数量变化随温度升高而增加，可能
温室土壤高温高湿(图 1和表 1)有利于反硝化细菌。
表 2 3种土壤中反硝化细酋数量的动态变化(个／g干土)
T日hle 2 Dynamics of denRr~iers numb~~in three treaUnents or soils(1nd／g．D．s)
在反硝化细菌数量多，又适于反硝
化作用 的条件下，其反硝化活性亦较
强，如表 3所示 ，以温室土壤的反硝化
活性高于大棚土壤又大于露地土壤。而
且经相关分析 ，土壤中反硝化菌数与反
硝化活 性 呈 正 相 关，相 关 系 数 一
0．5794 ，Y一 2．7457— 0．0431 z( 一
12)
表 3 3种土壤 的反硝化盾性 ’
Table 3 DeuRrfying potential in three trP IHm b of ¨
释出的 N20量，10 g／g干土，培育 3 d
Rel~seN20 ㈣ nt．10 g／gD．S．culture 3 days
为了进一步观察 NO 浓度对植物的影响，进行了一组模拟试验，在盆钵 中施用不同
浓度的 Ca(NO3) ，采用了0 g／kg，1．25 g／kg，2．5 g／kg，5．0 g／kg，7．5 g／kg，10 g／kg6个
浓度 ，5个重复。供试植物为辣椒 实验结果是 N0 —N浓度为 0 g／kg的长势良好，浓度从
2．5 g／kg到 5 g／kg的植株逐渐矮小，僵缩甚至枯黄 ，产量下降，浓度增加至 7．5 g／kg和
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生 态 学 报
l0 g／kg时，植株已不能立苗 试验过程分别测定了各处理的pH、N0 、N O 及反硝化细
菌数量 ，测定结果见表 4
表 4 Ca(NO，) 浓度对反硝化菌数 ，活性及 pH的影响
Table 4 Effect of Ca(NO,)2 concentration on count of denitrifiers，denitrlfying potential aud pH
由表 4看出，随着 N()；盐浓度的增高，由于提供 r较多的电子受体 ，反硝化细菌数量
随之增加，反硝化活性也随之增强 ，与温室和大棚土壤结果相似。当 NOa盐含量达到 1．4
g／kg时，作物生长出现抑制的现象。除了 NOa的影响外，～定浓度的NO 对植物有何影
响以及温室、大栅、露地土样中反硝化活性为何 比盆钵试验高，还有待进一步研究。
综上所述，作物受害的王要原因有二：① 土壤中 NOa盐含量过高造成植株生理障碍
所致。因温室 3～8月份 ，大栅 3～4月份土壤中的 N0 盐含量都远远大于 0．95 g／kg(见表
4)，根据有关材料分析 ：“盐分过多使土壤溶液的渗透势提高，作物吸水田难 ，当土壤中盐
分的浓度超过 2～2 5 g／"kg时．作物就不能正常生长 ，甚至会出现盐害，如蛋白质合成
被抑制 ，叶绿 素被破坏” 。这就是温室、大栅作物不能正常生长，产量下降的重要原因 ，
当5月上、中旬塑料大棚被拆除后．由于雨水的淋洗冲刷．大栅土壤中的盐分浓度便大幅度
下降．此时植株的生理 障碍就得到缓解 ，植抹生长逐渐恢复正常。可是，温室土壤中的盐
分．由于玻璃温室的遮档．使温室中的温度高于大栅和露地．因而温室土壤的蒸发量较大
栅和露地大 ，故温室土壤返盐现象随着使用年限的增长而不断加剧 ，甚至使植株达到无法
立苗的程度。② 温室、大棚土壤中有较高浓度的 NO7积累．毒害植株正常生长。
3 小结
3．1 温室、大棚中有强烈的硝化作用和较多的 () 、NOF盐积累．这是温室、大栅作物产
量下降的重要原 因之一。
3 2 温室、大棚中反硝化作用强度与土壤中的 NO7盐含量有关．与反硝化菌数量呈正相
关 ，反硝化作用的中间产物 N。o的含量也随着反硝化作用强度的增强而增多，所释放 的
N O对大气造成污染
参 考 文 献
l ：美]M．亚所山大著．土壤微生物学导论 北京：科学出版社，1 983，1祀
2 中国科学院南京土壤研究所微生物室编，土壤微生物研究法 北京 ：科学出版社，1 985，58
3 [日]土壤微生物研究会编．土壤馓生物实验法 北京：科学 出版杜，1983，295～398
4 李良谟著．硝化-反硝化作用与土壤氮索损失．南京：中国科学豌南京土壤研究所出版。1985，58～64．1 53
5 北京农业大学主编．皇国统用教材“植物生理学” 北京：农业 出版社，1 980 400
6 涂大正主编．皇国统 用教材 植物生理学” 长春：东北师范大学出版社 ．1 989 31 3
7 周鞋等编著 早稻烂秧及其防浩．上海 ；上海科技出版社 ，1 978，44，47
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