全 文 ：© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
　文章编号 :100028551 (2001) 0220106205
根际土壤微生物量氮周转率的研究
庞　欣　张福锁　王敬国
(中国农业大学植物营养系　北京　100094)
摘 　要 :用15N 示踪法研究了不同植物对根际及非根际微生物量氮周转率的影响。结
果表明 ,不同植物对微生物量氮周转率的影响不同。栽种豆科植物三叶草由于其根
系分泌物中的含氮有机物含量较高 ,所以土壤中微生物量氮的周转率快于栽种黑麦
草。两种植物根际土壤的微生物量氮的周转率都快于非根际土壤 ,与土壤蛋白酶活
性的研究结果一致。
关键词 :微生物量氮 ;周转率 ;根际 ;黑麦草 ;三叶草
收稿日期 :1999206223
基金项目 :北京市自然科学基金重点资助项目。
作者简介 :庞欣 (1970～) ,女 ,山西临汾人 ,中科院生态环境研究中心博士后 ,从事环境化学研究
微生物在土壤中分解有机质释放养分 ,同时转化土壤碳素和固定无机营养元素形成微生
物量 ,所以土壤微生物对植物营养的调控作用已引起普遍关注。微生物的周转率 ,即单位时间
内单位面积 (或体积)土壤的微生物消长 (或转移) 量 ,可由倍减期 (t 1
2
) 和转化时间 ( T) 来描述 ,
其关系为 t1/ 2 = T ln2[1 ] 。虽然已有大量文献描述了不同生态条件和农业田间管理条件下的微
生物量 ,同时也有一些定量测定和模型估算土壤微生物量的周转率的报道[2～4 ] ,但所得结果差
异很大 ,且很少测算或间接估算通过微生物的养分流通。本试验采用15N 标记技术 ,对根际、非
根际微生物量氮的周转率进行研究 ,以期更准确、更客观地反映植物对土壤微生物量氮周转率
的影响。
1 　材料与方法
111 　供试土壤
土壤采自中国农业大学昌平试验站 ,土样全部风干 ,过 1mm 筛。土壤理化性状见表 1。
表 1 　土壤的基本理化性状
Table 1 Physical and chemical properties of soil
全氮 total N
( %)
速效磷 olsen2P
(P mgΠkg) 速效钾 NH4AC2K( K mgΠkg) 有机质 O. M.( %) pH(CaCl2)
01064 4120 4514 0196 7123
601 　核 农 学 报　2001 ,15 (2) :106～110Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
112 　供试作物
作物为红三叶草 ( Trifolium prafensel)和黑麦草 ( Lolium perence) 。
图 1 　根箱示意图
Fig. 1 　Experimental root box
113 　试验用根箱
考虑到氮的移动性较大 ,选用聚氯乙烯材料做成有隔层分开
的大根箱 (图 1) 。隔层尼龙网膜厚 30μm ,可允许水分和养分自由
通过 ,但阻止根系穿过。其中一室装土 1kg ,另一室装土 2kg ,土壤
容重为 112kgΠcm3 ,作物种在较小的一室内。
114 　标记微生物量氮
加入丰度为 2010 %的 ( 15 NH4 ) 2 SO4 进行标记 , 施氮量为
150mgΠkg 土。同时加入葡萄糖 ,使 C/ N 比为 20/ 1 ,培养 3 周 ,在播
种前采样测定土壤微生物量氮[5 ] 。
115 　试验处理
两作物处理相同。施肥 (mgΠkg) : (15 NH4 ) 2 SO4 ,150 ; KH2 PO4 ,
150 ; KCl + KH2 PO4 , 100 ; MgSO4 , 50 ; EDTA2Fe , 5 ; ZnSO4 ·7H2O , 5 ;
CuSO4·5H2O ,5。分 4 次采样 ,2 个重复 ,每次收获 2 盒 ,共 8 盒。
将拌好肥料的土壤分别装入根箱的两室 ,装填平整均匀。浇水至田间持水量的 70 % ,保
持水分 ,培养 3 周后播种。向根箱较小一室内插入经饱和 CaSO4 催芽的黑麦草和三叶草种子 ,
密植 ,覆以塑料薄膜 ,以减少水分的蒸发。在以后生长期内 ,控制水分的供应 ,保证土壤适宜含
水量。
根箱置于中国农业大学植物营养系的网室中 ,近似自然条件。
116 　土样采集
打开根箱边盖 ,将外室土壤 (不种植物的一室) 倒入相应尺寸的木框内 ,保持土壤原形不
变 ,靠内室依次切取 0～2mm ,15～25mm 及 25～40mm 的土样 ;然后打开内室网膜 ,挑出内室根
系和残余根 ,这部分土壤称为根室土壤 ,每个根箱 4 个土样。
117 　测定项目
微生物生物量氮测定采用氯仿熏蒸浸提测定法[6 ] 。
微生物生物量氮的浸提液经开氏消煮 ,再用 40 %NaOH 蒸馏 ,以测定全氮。各馏出液用
1molΠL H2 SO4 酸化至 pH3 后 ,经旋转蒸发器浓缩至每毫升溶液中含 015～1 mgN 时 ,用质谱测
定15N[5 ] 。土壤蛋白酶活性测定用茚三酮比色法[7 ] 。
2 　结果与讨论
211 　根际与非根际土壤蛋白酶活性的比较
植物生长 56d 后根际及非根际土壤蛋白酶活性见图 2。由图可看出 ,根室土壤的蛋白酶
活性显著高于其它几种土样 ,而根际土壤蛋白酶活性又显著高于非根际土壤 ,且离根际越远 ,
土壤蛋白酶活性越低 ,15～25mm 和 25～40mm 处土壤蛋白酶活性差异不大 ;种植三叶草的土
壤蛋白酶活性比种植黑麦草的略高一些 ,尤其以 0～2mm 的根际的土壤蛋白酶活性差距最大。
蛋白酶是广泛存在于土壤中的一大酶类 ,主要来自于微生物释放出的内蛋白酶和外蛋白
701　2 期 根际土壤微生物量氮周转率的研究
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
图 2 　两种植物对土壤蛋白酶活性的影响 (出苗后 56d)
Fig. 2 　Effects of plants on the activity of soil protease
(56th day after emergency of seedling)
酶及植物根系释放的蛋白酶 ,它能将各
种蛋白质及肽类化合物水解为氨基酸 ,
因此土壤蛋白酶活性与土壤氮素营养状
况有极其重要的关系[7 ] 。由于蛋白酶部
分来源于植物根系 ,因而根际土壤的蛋
白酶活性显著高于非根际土壤 ,这一结
果支持了 Marumoto[5 ] 等的观点。同时 ,
由于三叶草是豆科植物 ,其分泌物中含
有较多的氨基酸等含氮化合物 ,这是种
三叶草的土壤蛋白酶活性高于种黑麦草
的原因之一。
212 　根际及非根际土壤微生物量15 N 的
递减
从图 3 可以看出 ,随着植物生长时间的延长 ,根际及非根际土壤的微生物量15 N 均有所降
低 ,且根际土壤中的微生物量15N 下降得更快一些。不同的采样区域 ,三叶草与黑麦草处理的
变化不完全一致。在根室土壤 ,二者差异不显著 ,只是处理 28d 后三叶草比黑麦草处理略低一
些 ,表明随植物的生长三叶草根室土壤的微生物量15 N 比黑麦草递减得更快。三叶草 0～2mm
根际土壤的微生物量15N 在整个处理期间除处理后第 56 天与黑麦草的大致相同外 ,均比黑麦
草递减得稍快。15～25mm 的土壤二者的变化趋势与 0～2mm 的近似 ,但两种植物对微生物量
15N 影响的差异比 0～2mm 的小。25～40mm 的土壤二者始终交替变化 ,最终表现为三叶草递
减得更快。
图 3 　两种植物距根不同距离土壤微生物量15N 的变化
Fig. 3 　Changes of SMB215N in different distance from roots of two kinds of plants
801 核　农　学　报 15 卷
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
213 　距根不同距离土壤微生物量15N 的倍减期和周转时间
从表 2 可得 ,在该试验条件下 ,两种作物的土壤微生物量氮的周转时间均为根区土壤最
短 ,距根越远 ,周转时间越长 ;并且除 15～25mm 外 ,三叶草各层土壤微生物量氮的周转时间均
短于黑麦草。
在本试验中 ,黑麦草和三叶草的周转时间分别为 0127 和 0125 年 (表 2) ,快于大田土壤的
周转时间 (0141～1162 年) [8 ] ,与 Chaussod 等[9 ]实验室培养的 SMB2N 周转时间的结果一致。这
与植物的生长条件、土壤肥力状况等有很大关系。该试验植物的整个生长过程都保持较好的
温度、水分、光照等条件 ,而且由于植物的生长时间较短 (84d) ,一直处于植物生长旺盛时期 ,因
此根系分泌物的量较大 ,微生物活度较高 ,加之施用了葡萄糖来调节 C/ N 比 ,这种条件下的土
壤微生物周转会比自然条件下更快一些。
表 2 　距根不同距离土壤微生物量15 N的倍减期和周转时间
Table 2 　Effects of the distance from roots on half time and turnover time of SMB215N
植物 plant 根室 root zone 0～2mm 15～25mm 25～40mm
　黑麦草　ryegrass
　倍减期　half time (d) 6817 7817 9818 10312
　周转时间　turnover time (d) 9911 11315 14215 14819
　三叶草　clover
　倍减期　half time (d) 6217 6619 11615 7816
　周转时间　turnover time (d) 9014 9615 16714 11314
由于碳源是影响微生物生长繁殖的重要限制因子 ,植物根系分泌物又是微生物获得碳源
的重要途径 ,而不同植物根系分泌物的量和成分都大不相同 ,因此不同植物对土壤微生物量和
微生物量周转率的影响有很大差异。黑麦草是禾本科植物 ,而三叶草是豆科植物 ,两种植物根
系分泌物的量和种类相差很大 ,一般来讲 ,豆科植物根系分泌物中含氮有机化合物多一些 ,对
微生物量氮的影响大于禾本科植物 ,因此三叶草和黑麦草微生物量氮的周转时间有所不同 ,但
由于未能测定根系分泌物的量和成分 ,目前还不能确定三叶草的周转率快于黑麦草就一定是
由根分泌物造成的。
Joergensen 等[10 ]指出 ,当微生物量氮周转率低于 1 年时 ,矿化的无机氮量即可满足植物生
长的需要。该试验中虽然有外加碳源葡萄糖和无机氮肥的作用 ,使得土壤微生物量氮周转有
所加快 ,但仍可以说明新形成的土壤微生物量氮属于一种稳定性较低的氮保留形态。在植物
生长期中可不同程度地矿化 ,以供植物生长之用 ,对植物营养具有重要的意义。
3 　小 　结
11 种植不同植物 ,土壤蛋白酶活性不同 ;根际土壤的蛋白酶活性高于非根际土壤。
21 根际土壤的微生物量15N 的周转率快于非根际土壤。
31 种植不同植物 ,土壤微生物量氮的周转率不同 ,与根分泌物有一定的关系。
901　2 期 根际土壤微生物量氮周转率的研究
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
参考文献 :
[ 1 ] 　高云超 ,朱文珊 ,陈文新. 土壤微生物量周转和估算. 生态学杂志 ,1993 ,12 (6) :6～10
[ 2 ] 　Jenkinson DS , Parry LC. the nitrogen cycle in the broadbakl wheat experiment :A model for the turnover of nitrogen through the soil
microbial biomass. Soil Biol Biochem , 1989 ,21 :535～541
[ 3 ] 　Okano SM , Nisho M , Sawada Y. Turnover rate of soil biomass nitrogen in the root mat layer of pasture. Soil Sci Plant Nutr ,1987 ,
33 :373～386
[ 4 ] 　Smith JL. Cycling of nitrogen through microbial activity. In : Hatfield JC , Stewat BA(eds. ) . Soil Biology : Effects on Soil Quality ,
CRC Boca Raton , 1994 ,91～120
[ 5 ] 　Marumoto T. Turnover of microbial bioamss nitrogen in rhizosphere soils of upland crops. Symposium Session of Commission , 1991
[ 6 ] 　Jenkinson DS , Powlson DS. Effect of microbial treatments on metabolism in soli . V. A method for measuring soil biomass. Soil Biol
Biochem ,1976 ,8 :209～213
[ 7 ] 　郑洪元 ,张德生. 土壤蛋白酶活性的测定及其性质. 土壤通报 ,1981 ,12 (3) :32～34
[ 8 ] 　Gaunt JL , Nene HV , Cassman KG. Microbial biomass and organic matter turnover in wetland rice soils. Biol Fertil Soils , 1995 ,19 :
330～342
[ 9 ] 　Chaussod R , Houot S , Guiraud G, Hetier JM. Size and turnover of the microbial biomas in agricultural soil :Laboratory and field
measurements. In : Jenkinson DS , Smith KA(eds. ) . Nitrogen Efficiency in Agricultural Soils. New York : Elsevier Science Publish2
ing Co. 1988 ,312～326
[10 ] 　Joergenson RG, Anderson TH , Wolters V. Carbon and nitrogen relationships in the microbial biomass of soils in beech( Fagus sylvat2
ica L. )forests. Biol Fertil Soils. 1995 ,19 :141～147
TURNOVER OF MICROBIAL BIOMASS IN RHIZOSPHERE
SOILS OF CLOVER AND RYEGRASS
PANG Xin 　ZHANG Fu2suo 　WANGJing2guo
( Department of Plant Nutrition , China Agricultural University , Beijing 　100094)
ABSTRACT :The turnover rate of microbial biomass nitrogen in the rhizosphere of clover ( Trifo2
lium prafensel) and ryegrass ( Lolium perence) was investigated with 15 N isotopic technique. The
results showed that the activity of soil protease was higher in rhizosphere during the growth period
of clover and ryegrass. It also indicated that the activity of soil protease of clover was higher than
that of ryegrass. Turnover rate of biomass 15 N was in the following order :root zone > 0～2mm >
15～25mm > 25～40mm. It is suggested that the principal function of microbe in rhizosphere is to
accelerate the nutrient cycling compared to nonrhizosphere soil .
Key words :turnover rate ;soil microbial N ;soil protease ;rhizosphere ;clover ;ryegrass
011 Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
2001 ,15 (2) :106～110