添加葡萄糖对果园土壤微生物CO2释放量的影响

张丽君 陈锦亮 李巍 李春燕 罗旭辉

摘 要：在土壤中添加基础营养基质葡萄糖，观察不同葡萄糖量和不同时间土壤释放CO2量的动态变化。结果表明：随着添加葡萄糖量的增加，果园土壤CO2释放量呈先增后减少的趋势，葡萄糖添加量12 mg·g-1时CO2释放量达到峰值。在培养的5 h内，各添加浓度的葡萄糖处理随培养时间的延长土壤CO2释放量呈增加趋势，且在培养3 h时达到高峰。

关键词：土壤微生物；CO2释放量；葡萄糖；诱导

Abstract： Glucose， a basic nutrient substrate， was added to the soil to observe the dynamic changes of soil CO2 released at different glucose levels and in different time. The results showed that with the increase of the adding amount of glucose， the release amount CO2 in orchard soil increased first and then decreased， and the release amount of CO2 reached the peak when the glucose was added to 12 g·L-1. Within the culture of 5 h， the release amount of CO2 of soil under each treatment of adding glucose increased with the prolongation of culture time， and reached the peak at 3 h after culture.

Key words： Soil microorganism； release amount of CO2； glucose； induction

土壤中根系呼吸及微生物活动产生CO2，因此，土壤的呼吸强度反应土壤的生物活性高低，可作为土壤肥力的一个重要指标。土壤中的CO2绝大部分是来自微生物呼吸[1]，土壤微生物是土壤最活跃的部分，其新陈代谢周期短，繁殖代数高。土壤中的绝大多数微生物都能利用葡萄糖，加入易被微生物分解的有机物葡萄糖进行培养，CO2释放量迅速增加，并且保持4 h不变化[2-3]，此过程称为呼吸诱导作用。由于加入葡萄糖，土壤微生物在短时间内获得最大且稳定的呼吸量，称为基质诱导呼吸量[4]。在大气CO2浓度增加的情况下，因为果树及果园中其他生产者进行光合作用效率增加，一定程度上增加了土壤中可分解碳含量，这样就会加剧土壤微生物分解有机物的竞争，极大刺激土壤释放出更多的CO2[5-7]。果园是福建省最重要的土地利用类型之一，2014年福建省果园面积为54.1万hm2，占全省耕地总面积的10%。通过往果园土壤添加葡萄糖，诱导土壤微生物呼吸，研究不同葡萄糖添加量、不同培养时间土壤CO2排放动态，為土壤微生物量的定量测定提供基础数据。1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于福建省尤溪县西城镇玉池村，北纬26°2′、东经117°57′，气候类型为亚热带季风性湿润气候，降水充沛，光照资源丰富[6]。取样果园东南坡向，坡度为15°。成土母质为花岗岩残积坡积物，土壤类型为红壤。果树品种为台湾甜桃。

1.2 试验方法

1.2.1 样品采集 在果园选择3个点采集混合样品，取0～20 cm土层土壤。挑拣植物根系、动物的残体后过0.850 mm筛。

1.2.2 基质诱导 将所取得土样充分均匀混合，调节田间持水量为40%左右。称取44 g湿土，做3个平行，放入250 mL磨口三角瓶中，加入不同量的葡萄糖，调节基质葡萄糖含量分别为0、2、4、8、10、12、14、16 mg·g-1，以及滑石粉（预先按1∶5的比例混合研磨），瓶口垫上硅胶垫，封上封口膜，仔细检查气密性，并放置在光照培养箱中在25℃下培养。在培养过程中每隔1 h用针筒收集1次气体，气袋保存待测，共收集5 h。

计算公式：SIR（基质诱导呼吸量， mL·kg-1·h-1）=C×V/m/h

式中：C-三角瓶中CO2的浓度（mL·mL-1）

V-三角瓶中空气的体积（mL）

m-土壤烘干质量（kg）

h-培养时间

1.2.3 CO2浓度测定 使用安捷伦7890D气相色谱仪，将收集的气体常温下用气相色谱仪测定其CO2浓度。检测条件：FID；柱温：60℃；进样口温度：200℃；FID检测器温度：250℃；进样量：5 mL；毛细管柱尾吹气：15 mL·min-1。CO2标准品来源于中国计量科学研究院国家标准物质研究中心。

1.3 数据处理方法

数据用EXCEL和SPSS 17.0版软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 采样果园土壤理化性质

土壤是地球上最大的碳库，土壤的中的元素含量决定其自身的理化性质，从而影响其中微生物的活性[8]。取样测定表明：果园土壤呈微酸性，土壤较为肥沃，属于典型的亚热带果园土壤，有利于微生物繁殖生长。0～5 cm的表土层与5～20 cm的土层除了C/N有所差异外，其他指标基本一致，且C/N随土壤深度的增加而减少。

2.2 添加不同葡萄糖量土壤微生物CO2释放量

在土壤中添加不同的葡萄糖量，测定土壤微生物释放的CO2量（1～5 h平均值），结果（图1）表明：随着添加葡萄糖量的增加，果园土壤CO2释放量呈先增后减少的趋势。其中葡萄糖添加量12 mg·g-1时，土壤CO2释放量达到峰值，在持续检测的5 h内，CO2释放量分别为671.94、1212.68、1269.31、1354.99、1485.96 mg·L-1，比没有添加葡萄糖处理高105.63、595.18、739.78、425.11、463.77 mg·L-1。

2.3 不同培养时间土壤微生物CO2释放动态

由图2可知，随着培养时间的延长，土壤CO2释放量呈增加趋势，并在培养第3 h稳定下来，随后的2 h基本保持不变。对5 h内土壤CO2释放量进行方差分析，结果表明：添加量为0、2、4 mg·g-1时，5 h内的CO2释放量无显著差异；添加量为6 mg·g-1时，培养1 h的CO2释放量与培养3、4 h差异显著，与培养5 h差异极显著；添加量为8 mg·g-1时，培养1 h的CO2释放量与培养4 h差异显著，与培养5 h有极显著差异；添加量为10 mg·g-1时，培养1 h的CO2释放量与培养3 h差异显著，与培养4、5 h有极显著差异；添加量为12 mg·g-1时，培养1 h的CO2释放量与培养2 h差异显著，与培养3、4、5 h差异极显著；添加量为14 mg·g-1时，培养1 h的CO2释放量与培养4、5 h差异极显著；添加量16 mg·g-1时，培养1 h的CO2释放量与培养4、5 h有极显著差异。

3 结论与讨论

微生物是土壤中最为活跃的生命群体，微生物以土壤为寄体进行生命活动，其新陈代谢影响土壤的理化性质。土壤作为微生物的生存环境，其营养基质直接决定微生物的种类和数量。本试验通过在土壤中添加基础营养基质葡萄糖，观察土壤微生物在不同葡萄糖量和不同时间两个梯度下释放CO2量的动态变化。试验结果表明，随着添加葡萄糖量的增加，果园土壤CO2释放量呈先增后减少的趋势。其中葡萄糖添加量12 mg·g-1，土壤CO2释放量达到峰值。在培养的5 h内，各添加浓度的葡萄糖处理随培养时间的延长土壤CO2释放量呈增加趋势，且在培养3 h时达到高峰，随后2 h基本保持不变。

参考文献：

[1]李海防，夏汉平，熊燕梅.土壤温室气体产生与排放影响因素研究进展[J].生态环境，2007（6）：1781-1788.

[2]林启美.土壤微生物量研究方法综述[J].中国农业大学学报，1997（S2）：1-11.

[3]DROBNIK J.Primary oxidation of organic matter in soil：Ⅰ.The form of respiration curves with glucose as the substrate[J].Plant and Soil，1960（7）：199-211.

[4]林启美.葡萄糖加入形式对基质诱导呼吸量测定的影响[J].中国农业大学学报，1997（S2）：53-58.

[5]牟晓杰. 闽江河口湿地碳氮循环关键过程对氮输入的响应[D].北京：中国科学院研究生院，2013.

[6]黄毅斌，羅旭辉，郑仲登，等.垦植方式对山地果园水土流失的影响[J].中国水土保持科学，2009，7（3）：30-34，41.

[7]鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M].北京：中国农业科技出版社，2000.

[8]刘珊珊.基于宏基因学的农田土壤微生物响应气候变化的机理解析[D].北京：清华大学，2014.

（责任编辑：刘新永）