微生物生物量氮

土壤微生物生物量氮是指土壤中體積<5000μm活的和死的生物體(不含活體植物根系)內氮的總和。它是土壤有機態氮中最活躍的組分, 是土壤中有機-無機態氮轉化關鍵的環節之一。

基本介紹

• 中文名：微生物生物量氮
• 外文名：MBN（Microbial biomass nitrogen）
• 測定方法：氯仿薰蒸培養法

簡介

土壤微生物生物量氮是土壤氮素的一個重要儲備庫，也是土壤有機氮中最為活躍的組分，在土壤氮循環與轉化過程中起著重要的調節作用。

含量

土壤微生物生物量氮占土壤全氮的2%～6%。與微生物生物量碳相似，不同土壤類型及生態環境下微生物生物量氮的變異很大，草地為40～496kg/hm(平均225kg/hm)，耕地40～385kg/hm(平均195kg/hm)，林地130～216kg/hm(平均170kg/hm)，總的趨勢是草地大於耕地大於林地。土壤微生物生物量氮在土壤中的絕對數量不大，但生物通過微生物轉化的氮素遠大於施入土壤中的氮素，也大於植物帶走的氮素，表明土壤微生物生物量是土壤養分的源與庫。

周轉速率

微生物量氮比植物殘體氮周轉速率快10倍。在草原土壤中，微生物量庫的氮素年通過量比其他庫的通過量大得多。Joergensen等認為，當微生物生物量氮周轉率低於1年時，礦化的無機氮量即可滿足植物生長的需要。土壤微生物生物量氮的礦化率較高，在土壤中很快發生礦化作用而釋放出有效態氮。土壤易礦化氮主要來自土壤微生物對氮的釋放。

影響因素

土壤微生物生物量氮含量是土壤微生物對氮素礦化與固持作用的反映。因此，凡是影響土壤氮素礦化與固持過程的因素都會影響土壤微生物生物量氮的含量。土壤微生物生物量氮含量多少決定於土壤中微生物的數量，同時與土壤全氮、土壤鹼解氮含量成極顯著的正相關關係。

土壤微生物生物量氮對環境條件亦非常敏感，施肥、耕作、栽培等技術措施都會影響土壤微生物生物量氮的數量。土壤氮素主要集中在耕層，其中93%～97%以有機氮的形式存在。在作物生長季節，約1%～3 %的土壤有機氮被礦化，釋放出無機氮，供作物利用。

測定

國外許多學者對土壤微生物生物量的側定方法進行了比較系統的研究，但由於土壤微生物的多樣性和複雜性，還沒有發現一種簡單、快速、準確、適應性廣的方法。目前廣泛套用的方法包括：氯仿熏蒸培養法(FI)、氯仿薰蒸浸提法(FE)、基質誘導呼吸(SIR)、精氨酸誘導氨化法和三磷膠腺苷(ATP)法。每種方法都有其優點、缺點和適用範圍及條件一般根據實驗室的儀器設備和條件，以及研究的目的，選擇測定土壤微生物生物量的方法。正如有些人指出的那樣：最好同時採用兩種以上的方法，以便驗證測定結果的正確性。

採樣與樣品預處理

土壤樣品的採集方法和要求與測定其它土鑲性質時沒有本質區別。採集到的新鮮土壤樣品立即去除植物殘體、根系和可見的土壤動物(如蚯蚓)等，然後迅速過篩(2mm～3mm),或放在低溫下保存。如果土壤太濕無法過篩，進行晾乾時必須經常翻動土壤，避免局部風乾導致微生物死亡。過篩的土壤樣品調節到40%左右的田間持水量在室溫下放在密閉的裝置中預培養1周，密閉容器中要放入兩個適中的燒杯，分別加入水和稀NaOH溶液，以保持其濕度和吸收釋放的CO₂。預培養後的土壤最好立即分析，也可放在低溫下保存。

氯仿薰蒸培養法（FI）

1、方法原理

該方法是基於以下5個假設：

①被殺死的微生物生物量中的碳較活體中的碳能更快地被分解；

②熏蒸熱滅菌處理很完全；

③沒有熏蒸滅菌的土壤，在培養期間微生物死亡極少，可以忽略不計；

④被熏蒸殺死的微生物，在培養期間被分解的比例。所有土壤都一樣，即所有的土壤可以用一個共同的轉換係數Kc值；

⑤熏蒸滅菌處理對土壤物理和化學性質沒有任何形響。

實際上，完全符合這5個假設是不可能的。目前所用的方法是基於土壤經氯仿薰蒸處理後，再進行培養時，有大量的CO₂釋放出來。所釋放CO₂是來源於被氯仿薰蒸殺死的微生物。以不薰蒸土壤在培養期間所釋放的CO2做為空白，根據二者之間的差值來什算土壤微生物生物呈碳。該方法最大的困難是空白的選擇，目前還沒有統一的看法。該方法不適用於pH <4.5的酸性土壤，也不能用於含有大量易分解有機物的土壤，用於漬水土壤和石灰性土壤時也要慎重。

2、儀器及設備

培養箱；真空乾燥器；真空泵；往復式振盪機(速率200次每min)；1L廣口玻瑞瓶。

3、試劑

（1）氫氧化鈉溶液[c(NaOH)=1mol·L-1]：稱取40.0g氫氧化鈉(NaOH，分析純)溶於去離子水中稀釋至1L；

（2）鹽酸標準溶液[c(HCI)=0.05 mol·L-1]：量取約4.2mL的鹽酸(HCI.p=1.19g·mL-1，分析純)，放入1000mL容量瓶中，用去離子水定容。用Na₂CO₃標定其準確濃度；

（3）氯化鋇溶液[c(BaCl₂)=1mol·L-1]：稱取244.28g氯化鋇(BaCl₂·2H2O，分析純)溶於去離子水中，稀釋至1L；

（4）酚酞指示劑：0.5g酚酞溶於50mL95環乙醇中，再加50mL去離子水，滴加氫氧化鈉溶液[[c(NaoH)=0.01mol·L-1]至指示劑呈極淡的紅色；

（5）氯化鉀溶液[c(KCl)=2mol·L-1]：稱取149.0g氯化鉀(KCI，分析純)溶於去離子水中稀釋至1L；

（6）無乙醇氯仿(CHCl₃)：市售的氯仿都含有乙醇(作為穩定劑)，使用前必須除去乙醇。

方法為:量取500 mL氯仿於1000mL分液漏斗中，加入50mL硫酸溶液[ψ (H₂SO4)=5%]，充分搖勻，棄除下層硫酸溶液，如此進行3次。再加入50mL去離子水，同上搖勻，棄去上部的水分，如此進行5次。將下層的氯仿轉移到蒸油瓶中，在62℃的水浴中蒸餾，餾出液存放在棕色瓶中，並加入約20g無水K₂CO₃，在冰櫃的冷藏室中保存備用。

4、操作步驟

（1）薰蒸 稱取相當於25.0g烘乾土重的濕潤土壤3份，分別故在約100mL的玻瑞瓶中，一起放入同一乾燥器中，乾燥器底部放置幾張用水濕潤的濾紙，同時分別放入一個裝有50mL NaOH溶液和一個裝有約50mL無乙醇氯仿的小燒杯(同時加入少量抗暴沸的物質)，用少量凡士林密封乾燥器，用真空泵抽氣至氯仿沸騰並保持至少2min。關閉乾燥器的閥門，在250C的黑暗條件下放124h。打開閥門，如果沒有空氣流動的聲音。表示乾燥器漏氣，應重新稱樣進行薰蒸處理。當乾燥器不漏氣時，取出裝有水和氯仿的玻瑞瓶，氯仿倒回瓶中可重複使用。擦盡乾燥器底部，用真空泵反覆抽氣，直到土壤聞不到氯仿氣味為止。同時稱同樣量的土壤3份，不進行薰蒸處理，放入另一個真空乾燥器中，作為對照。

（2）培養 向每份薰蒸處理的土壤加入10mg未薰蒸的新鮮土壤，混合均勻。調節土壤含水量到田間持水量的55%左右，放入約lL的廣口瓶中（每瓶放入一個土樣），同時放入一個裝有5mL NaOH溶液和一個盛有20mL去離子水的玻璃瓶，密封廣口瓶。在250C的黑暗條件下培養10d。不加新鮮土壤，將對照土壤作同上處理，再做3個不加任何土壤的空白對照。

（3）測定CO培養結束後，取出裝有NaOH溶液的玻璃瓶，立即全部轉移到100mL的容量瓶，定容。準確吸取10mL於150mL三角瓶中，加入10 mL去離子水和1mL BaCl₂溶液，再加入2滴酚酞指示劑，用鹽酸標準溶液(試劑2)滴定至終點。

（4）微生物量氮的浸提與測定培養結束後，將薰蒸和未熏蒸的土樣分別全部轉移250mL三角瓶中，立即加入100mL KCI溶液(試劑5)，在往復式振盪機上浸提30min(液土比為4∶1),濾液立即測定或放在低溫下存放。濾液中的NH₄和NO₃分別用靛酚蘭比色法和代氏合金還原蒸餾法測定。

5、結果計算

（1）CO₂-C的釋放量(Fc)

ω(C)=(V1一V2)×c×M×1000×ts/m

式中: ω(C)——CO2-C的釋放量 (Fc)質量分數mg · kg；

V1——土樣處理滴定時所消耗的鹽酸體積，mL；

V2——無土空白對照滴定時所消耗的鹽酸體積，mL；

c——鹽酸標準溶液的濃度, mol·L-1;

M——碳的毫摩爾質量 M(C)=12mg/mmol；

1000——轉換為kg的係數；

ts——分取倍數；

m——土壤樣品的烘乾質量，g。

（2）微生物生物量氮(Bm)的計算:

ω(N)=FN/KN

式中: ω(N)——微生物量氮(BN)質量分數，mg· kg-1;

FN=[ (薰蒸土樣中NO₃-N+NH₄-N)一(未薰蒸土樣中NO₃-N+NH₄-N)],mg·kg；

KN為培養期間被殺死的微生物量中的氮轉化為NH₄-N和NO₃-N的比例，一般為0.57 。