土壤质量指标

土壤微生物量•土壤（微）生物量(Soil(Microbial)Biomass)是广义土壤有机质中活的部分，不包括植物根和体积大于5*10-3mm3的土壤动物。主要是指土壤微生物的数量。•土壤微生物量通常占土壤有机质总量的1-3%。•土壤生物中微生物：60-80%；土壤动物：15-30%；植物根：5-10%土壤微生物量的重要性•物质循环的动力土壤微生物量是所有有机物质进入土壤所必须穿过的针孔•养分转化的枢纽土壤生物量是植物有效N、P、S的储库和供应源•土壤质量的指标土壤微生物量对土壤耕作管理措施及投入反应敏感土壤性状对管理的敏感性菌根测定潜在可矿化有机N微生物量C土壤全C持水量pH显示不同管理制度显著差异所需的时间养分的源和库•农田土壤中生物量为200-1000mgBc.g-1soil,含N、P分别为100-600和50-300kgP.ha-1,超过施肥施入的养分量•土壤有机N的1-6%，有机S的1-3%在土壤微生物量；微生物量P占有机P的比例：耕作土壤中为2-5%；在牧场土壤中20%相当于7-100kgPha-1•微生物组织中N的周转速度是土壤有机质的5倍土壤微生物量定量测定的方法•计数法•细胞中特异化学成分测定•熏蒸法•土壤生物活性测定计数法步骤•菌落计数法(Colonycounting)、最大或然数法(MostProbableNumberorExtinctiondilutionMethod)、稀释平板法(Dilutionplatecounting)•将土壤样品制成一系列不同稀释度的稀释液，使样品中的微生物细胞充分分散，计数接种在培养基平板上长出的菌落形成单位（CFU，ColonyformingUnits），乘以稀释倍数，得出数目；进行数目-体积-质量转化微生物量测定方法计数法计数法特点•测定样品中的活菌数；•仅适用于细菌。真菌由孢子而不是由菌丝成长为新菌丝；不同属真菌产孢能力不同•估计值偏低，为微生物总量的1-10%。缺乏能使所有种类均能生长的培养基；且许多细菌处于不可培养状态•繁琐，工作量大，结果的准确性与操作者的经验有很大关系•估算半径、含水量、密度时较大误差微生物量测定方法计数法直接显微镜镜检法•用酚苯胺蓝（Phenolicanilineblue）染色，在显微镜物镜视野中直接观察计数，测定出微生物细胞体积，然后将其转换为生物量•转换时需要细胞密度、含水量（或干物质含量）、干物质中C所占比例。微生物密度一般为1.1g鲜重cm-3，干物质含量为0.28g干重g-1鲜重，干物质含C量为0.47gCg-1干重.1.1*0.25*0.47=0.13gcm-3微生物量测定方法计数法直接镜检法特点•得数是平板计数法的10-100倍•可测量真菌菌丝的长度•酚苯胺蓝染色不能区分活的和死的微生物；可加入荧光物质加以区分；•用相差显微镜(Phasecontrastmicroscopy)可区分空的菌丝和具细胞内容物的菌丝微生物量测定方法计数法应用细胞中特异化学成分的前提•该物质仅存在于活的生物体中，在死亡微生物体或非生物的有机物质中量很小•在生物体中的浓度恒定：不随种类、生长条件和生理状态而变化•容易地从细胞和土壤中提取出来•有测定该物质灵敏、准确的方法至今没找到一种物质能完全满足以上要求微生物量测定方法测定细胞中特异化学成分特异化学成分的种类•胞壁酸(MuramicAcid)是细菌细胞壁的唯一组成成分，但大量存在于土壤中•几丁质(也称甲壳素Chitin)，是多数真菌细胞壁的组成成分其组成单体N-乙酰葡萄糖胺可用比色法精确测定不足之处是它也大量存在于节肢动物的外骨骼中微生物量测定方法测定细胞中特异化学成分麦角甾醇•麦角甾醇(Ergosterol)用于评估分解中的植物残体上真菌的量；•尽管在微型藻类中有少量存在，但在维管植物中极为罕见。•不同属真菌体内含量差异很大，且随真菌年龄变化较大。可以用来定量测定真菌群落结构的变化微生物量测定方法测定细胞中特异化学成分膜磷脂脂肪酸•磷脂脂肪酸（PLLA)仅存在细菌和真菌细胞膜中•特定微生物组具有特异性磷脂脂肪酸•磷脂脂肪酸可通过从中土壤提取出来，并用气相色谱测定其总量•磷脂脂肪酸可反映出微生物群体的多样性，以及微生物量中真菌和细菌比例微生物量测定方法测定细胞中特异化学成分ATP•ATP存在于所有活的生物细胞中；死亡生物体细胞内的及土壤中游离的ATP很快分解；•用荧光素—荧光素酶系统(luciferin-luciferasesystem)可精确测定ATP含量•细胞中ATP提取不完全；且在提取过程中会发生部分ATP酶促或化学水解•土壤组分对从细胞中释放出的ATP吸附强烈;•纯培养条件下微生物BC/ATP为200-250，土壤条件下为120-240。微生物量测定方法测定细胞中特异化学成分熏蒸法背景•Störmer(1908)CS2处理土壤，作物生长良好；提出分解高峰出现源于熏蒸杀死微生物，死亡微生物组织被残存下来的微生物分解，释放出其中的N；•Jenkinsen等(1966)将14CO2标记的黑麦草加入到土壤中，一年后取土壤样本用辐射、氯仿熏蒸和80ºC烘干处理后发现：处理显著增加CO2释放量；并且处理土壤所释放的CO2中14C标记CO2所占比例大；重复用氯仿熏蒸土壤不会增加CO2的释放量•Jenkinsen和Powlson(1976)提出氯仿熏蒸培养法(SoilBiol.Biochem.,8,209–213)微生物量测定方法熏蒸法熏蒸培养法基本原理和步骤微生物量C=(熏蒸CO2-对照CO2)/Kc•氯仿熏蒸24小时杀死微生物；•除去氯仿后接种少量未熏蒸土壤，培养10天，测定释放出的CO2(熏蒸CO2),减去在相同条件下培养的未熏蒸的CO2量(对照CO2),得出死亡微生物分解所产生的CO2量；•矿化系数(Kc)：死亡微生物C在10天培养过程中转化为的CO2比例系数。由2种酵母、2种真菌、1种放线菌、7种细菌和1种无脊椎动物熏蒸后培养测得为0.5,后来经查阅文献，修正为0.45。微生物量测定方法熏蒸法基本假设微生物量测定方法熏蒸法熏蒸培养法1.死亡微生物组织的有机C比活的微生物中的有机C易分解为CO22.氯仿熏蒸可将微生物全部杀死；熏蒸对除微生物以外的其他土壤组分无影响3.未熏蒸对照样本中死亡微生物比例与熏蒸处理相比可忽略不计4.死亡微生物组织中C的矿化率（Kc)在所有土壤中都相同熏蒸CO2对照CO2；Kc恒定存在问题微生物量测定方法熏蒸法熏蒸培养法1.耗时，需要10天的培养时间；氯仿有毒性；CO2测定及变异导致精确度±20%2.不适用于新加入新鲜有机残体的土壤：对照CO2过大（比薰蒸土样中活的微生物群体大）；3.不适用于pH5.0或过粘重、过湿的土壤4.不同土壤特别是pH不同时，土壤微生物群落结构不同，Kc有别于文献中的数值。Kc值变化熏蒸提取法步骤微生物量测定方法熏蒸法BC=（熏蒸提取有机C-对照提取有机C/KecKec=0.30~0.35(平均0.31)：重铬酸钾氧化法；0.36~0.48(平均0.43)：自动全碳分析仪土壤样本氯仿熏蒸24h土壤样本0.5MK2SO4提取熏蒸提取有机C对照提取有机C熏蒸提取法测定生物量C,N,P,S微生物量测定方法熏蒸法熏蒸提取法BC:还原CVanceetal.,1987BN:无机N、茚三酮反应NAmato&Ladd,1988BP:无机PBrookesetal.,1982BS:硫酸盐Saggaretal.,1981熏蒸提取法优点微生物量测定方法熏蒸法1.直接提取释放的有机碳(不必再等其矿化)，避免了培养过程带来的问题，节省时间;2.适用于酸性土壤、有机土壤、添加了新鲜有机物质的土壤以及水田土壤矿化系数kC提取系数kECkENkEP微生物量测定方法熏蒸法这些系数基于实验室中在营养充足条件下纯培养的少数微生物获得，和长期处于碳源和养分匮缺况状的、生物多样性巨大土壤微生物群落应该有差别；尽管如此，不同土壤中ATP(11mmolATPg-1biomassC)、大小土壤生物量的总体积比例具有很大相似性。因此相同的系数应可以用于不同类型的但通气良好的表层土壤(Jenkinsonetal.SoilBiol.Biochem.,36(2004)5–7)底物诱导法微生物量测定方法微生物活性•土壤可利用的有机物质常是微生物活动的限制因素•测定加入适量底物（葡萄糖或精氨酸），后微生物呼吸或氨化速率初始变化（生长开始前）•葡萄糖诱导呼吸法，结合使用选择性抗生素(链霉素和放线菌酮分别抑制细菌和真菌),估算细菌真菌比例底物诱导法测定出是具有代谢活性的微生物量；而氯仿熏蒸测定土壤微生物总量土壤呼吸活性微生物量测定方法微生物活性•土壤呼吸活性•表征微生物吸收有机C的效率，以及C矿化的强度代谢商(Metabolicquotient)微生物量测定方法微生物活性•代谢商qCO2，也称比呼吸速率（specificrespiratoryrate）：单位微生物量的呼吸速率•表征微生物吸收有机C的效率，以及C矿化的强度•当生态系统受胁迫（如重金属污染）时，代谢商提高微生物商•微生物商(Microbialquotient):微生物-C占土壤全C的比例•通常该比例越高说明土壤的肥力，即养分循环、抵抗植物病原物以及形成良好土壤结构的能力越高，•较高的MQ能缓冲不良管理的影响，并说明土壤的物理和化学性状良好；用于有机质含量不同的土壤之间的比较土壤酶活性微生物量测定方法微生物活性土壤酶是土壤中具有高度专一性和催化活性的蛋白质。植物根系、土壤微生物和土壤动物都能分泌释放酶•土壤磷酸酶•土壤纤维素酶•土壤蛋白酶•脱氢酶土壤酶活性测定原理微生物量测定方法微生物活性•土壤+过量底物•最适温度（37°C)•合适缓冲液pH(酸性碱性磷酸酶)•合适的培养时间：防止产物抑制•微生物生长抑制剂•测定产物（比色法测定对硝基酚量）对硝基酚磷酸—对硝基酚(黄色)＋磷酸