土壤微生物固氮和来自大气的氮培训课件.doc

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1、土壤微生物固氮和来自大气的氮培训课件土壤中的某些自生细菌和蓝绿藻也可固氮 (表5-2)。美国康奈尔大学的 Alexander 汇编了具有这种作用的微生物明细表，下面将讨论其中最重要的几种。(表：表5-2 生物固氮中具有重要经济价值的细菌 )生物 一般特性 农业应用 自生固氮菌 好气,自生固氮,生长在土壤、水、根际和叶片表面 尚未证实对植物有利,可刺激根系和植株生长 固氮螺菌属 低好气型,自生固氮,或与禾本科草根共生。根内共生？ 可能用于增加禾本科草产量,接种对作物有益。可刺激根系和植株生长 根瘤菌属 在豆科植物-根瘤共生体内固氮 接种适宜菌种对豆科作物有益 放线菌、法兰克氏菌属 与桤木、杨梅属

2、、木麻黄属等非豆科植物共生固氮 可能对造林和木材生产是重要的 蓝绿藻、鱼腥藻 像高等植物一样含叶绿素,水生和陆生 改善水稻土上的水稻生产,红萍(水蕨)-蓝绿藻共生用作绿肥 注释：资料来源：Okon, Phosphorus Agr., 82: 3 (1982). 一、蓝绿藻蓝绿藻在多种环境和条件下均可生存，如岩石表面或不毛之地，属完全自养型生物，只需光、水、游离N2、CO2和含必需矿物元素的盐。通常它们在淹水土壤中数量远大于排水良好的土壤。因其需要光，所以在旱地农业土壤上植冠郁闭时只能提供少量氮。在沙漠和半干旱地区，蓝绿藻或含蓝绿藻的地衣，随着偶然的降雨，短暂的生命会变得十分活跃，在适宜湿度下会

3、固定相当多的氮。炎热气候条件下，特别是热带水稻土，蓝绿藻固氮的经济效益显著。土壤形成初期，蓝绿藻将氮变为可被其他生物吸收利用的形态，这一点相当重要。在温带和热带水域中，红萍鱼腥藻(一种蓝绿藻)与红萍 (水蕨) 的共生关系值得注意。蓝绿藻在水蕨的叶腔中可免受不利条件危害，并为寄主植物提供全部所需氮。这种组合极为重要，因为是水蕨的庞大采光表面弥补了制约自生蓝绿藻固氮的表面积不足。在美国加利福尼亚州和菲律宾进行的研究表明，水蕨-蓝绿藻组合可能对水稻生产有利。红萍施适量磷后，既能在休闲期用作绿肥，又能作为水稻田的复被植物。在加利福尼亚州戴维斯地区，水蕨-蓝绿藻组合如生长繁茂，每生育期可提供氮7公斤/亩

4、，约为水稻需求量的75%。加利福尼亚州用蕨类作绿肥，每亩含氮34公斤，与对照相比，水稻产量明显增加。自生细菌比蓝绿藻的固氮作用对农业更重要，这类生物除红螺菌外，需要有机残体作适用的能源，有机残体氧化释放出能量的一部分用于固氮。对自生生物的实际固氮量做过很多推测，有些估计高达 1.53.4公斤/亩/年。最近的研究表明，较公认的数值为0.45公斤/亩。二、联合固氮菌有些固氮细菌可生长在玉米、牧草、小米、水稻、高粱、小麦和许多其他高等植物的根表面，或在一定程度上深入根组织内部与作物联合固氮。固氮螺菌属为固氮细菌，现在已鉴别出2个种：巴西固氮螺菌(Azospirilum brasilense) 和生脂

5、固氮螺菌(A.Lipoferum)。固氮螺菌属需要的能量由植物的碳分泌物提供，估计其固氮量为每天0.13575克/亩。三、非共生 (自生) 固氮菌人们十分注意研究植物根际，即与根紧密接触的土壤部分。此处根分泌的有机化合物及其脱落的组织都是高能物质，且被认为是固氮菌(Azotobacter)和梭菌(Clostridium)固氮的场所。前苏联农学家认为，种子接种这些微生物后可促进植物生长。USDA的研究者没能验证出这些结果，他们只能支持这两种菌在集约农业中对土壤不起作用的普遍看法。Steyn和Delwiche在加利福尼亚州4个试验点上研究非共生固氮中发现，在最适宜的环境条件下每年也只固氮约0.3公

6、斤/亩；在一个较干旱、有天然植被的试验点上，固氮量还不到此量的1/2。冬季比其他季节固氮量高，土壤水分和可溶性有效能源似乎是固氮的主要限制因子。拜叶林克氏菌属(Beijerinckia) 栖于很多热带植物的叶面。有人认为，其固氮活动发生在这些叶片上而不是土壤中。拜叶林克氏菌几乎只在热带才有，有人认为它是叶栖生物而不是真正的土壤细菌。异养土壤微生物能固定较多的氮，其群体大，生长繁殖快。此外，其所含大部分氮也直接来自大气。四、来自大气的氮大气含有氮化合物，随雨水回落地面，其形态有NH3、NO3-、NO2-、N2O和有机结合态氮。NH3主要来自利用和制造氮肥的场所，无疑其中一些氨是因土壤中发生某些反

7、应而从土表逸出的。有机氮可能是有机残体碎屑由地面被风吹到空中的。土壤具有吸附大气氨的强大能力。在美国新泽西州的实验室内进行的研究表明，对6种土壤加已知量氨气到空气后，这些土壤年吸氨量为3.85公斤/亩，吸附量与NH3浓度和温度呈正相关。氨浓度高于正常值的局部地区，土壤吸氨量很大，这一数量当然与雨水带入土体的氨无关。因大气中NO2-量很少，所以一般将其并入NO3-的数值。一般认为，NO3-在大气放电时产生，但最近的研究表明，只有10%20%的NO3-来自雨水和大气，其余来自工业废气或土壤。大气氮化合物不断随雨水进入土壤，由此带走的总固定态氮量约为75375克/亩/年，具体因地而异。在工业密集区一般数量较大，热带比极地或温带为多。有关酸雨中硝态氮问题请参阅第二章。 就商品农业来看，工业固氮是植物氮营养最重要的来源。鉴于这一问题范围较广，第十章将作专门讨论。