(完整版)第九章水稻田土壤的微生物学

➢ 在前期，氧气消耗很快，大量释放CO2，细菌数量达 到高峰。同时硝酸盐消失，锰和铁离子被还原，土壤Eh 值迅速下降。
➢ 在第二阶段中，形成有机酸、CH4、H2和H2S，厌气 性细菌的数量增长。
➢ 在这两个时期中，从O2的消失到CH4的形成可以分为 7个阶段。
稻田泡水以后l天或几天内O2就消失了，还原过程开始时Eh值 为0.6伏左右，到了最后沼气生成阶段就下降到负0.19伏左右。 在前期Eh都是正值，到了后期硫酸盐还原阶段后，降到了负 值。这时专性厌气菌活跃起来，梭菌属在Eh未降到-0.1~-0.2伏时， 不能生长繁殖。
在水稻田里，硝酸盐主要来源于硝态氮肥料和微 生物的硝化作用。
当它们由于脱氮细菌的反硝化作用而消失时，也 正是水田还原化过程前期的第二阶段。因为脱氮 细菌是兼厌气性细菌，所以这一作用主要是在还 原层内进行的。
锰在旱地里是以二氧化锰的形态存在，它 是紫黑色，还原后变为二价锰离子(Mn2+)， 紫黑色消失了。
水稻和水生植物组织内具有细胞间隙，可以由叶 面输送氧气到根系，水稻根系中的空间占整个根 组织的5~30%，而大麦根的空间不到1%。
由于氧气扩散到根面，在泡水条件下，水稻的根 土界面处形成一个氧化带，所以水稻根际是好气 性和兼厌气性细菌活动的重要部位。
在土壤氧化层和根土界面处，由于具备O2和CO2，所以自 养微生物能够在这里生长繁殖。
这些变化反映在土壤剖面特征上，并使水稻土耕作层分为 明显的两层，即氧化层和还原层。
这种剖面特征与作物的生长发育有密切关系，也使水稻田 土壤微生物活性具有特异性。
第一节 水稻田土壤耕作层的还原化 过程和微生物类群
耕作层的还原化过程
➢ 水稻田土壤大部分时间是在泡水状况下，水层隔断了氧气 和土壤的接触。特别是在绿肥等大量有机物质翻耕进入土壤 以后，微生物进行旺盛的呼吸作用，使耕作层中氧的消耗量 超过了供应量，为厌气性和兼厌气性微生物的发展创造了条 件，逐渐进入发酵作用为主的有机质分解过程。
➢ 由于缺乏氧气，微生物以土壤中的各种氧化物(如硝酸盐和 硫酸盐等)中的氧和有机质分解的中间产物作为受氢体，这就 是水田土壤中进行的“还原化过程”。在这一过程中，物质 转化和微生物类群的更替是一致的。
➢ 高井等将水稻田土壤的还原层形成过程分为两个主要 时期，以铁的还原作为标志，在铁还原以前称为前期， 铁完全还原后称为后期。
水稻田微生物的复杂性及丰Байду номын сангаас性
从前面表中已看到，水田中各类细菌的数量一般都比旱地多， 特别是兼厌气性细菌占有很大的比重，因此水田微生物是非 常丰富的，而且它们的组成也是很复杂的。
水稻田的硝化微生物
水稻田的硝化微生物是属于兼厌气型类群。 在蓄水条件下，由于反硝化作用的强烈进行，造成氮 素的损失 。
水稻田的固氮微生物
在表层施硫酸铵后，铵就会由硝化细菌氧化为硝酸盐，硝 酸盐容易转移到下面还原层，成为反硝化作用的基质而引 起氮素损失。
在水稻田土壤中，细菌对锰的氧化有重要作用，可以形成 锰块。
在氧化层和根际也有铁细菌进行亚铁的氧化作用。 在氧化层和根际中，硫杆菌可以将硫化物氧化为硫酸，使
硫成为可给态。
2．微生物厌气性呼吸所引起的物质转化
表中数据是秋季落干 后的调查结果，尽管 由于落干使厌气性细 菌受到抑制，但厌气 性细菌仍占优势，如 果在泡水情况下调查， 则厌气性细菌数量可 能会更多。
从表中还可以看出水田中好气性细菌也比旱地多，一方面是因 为大量的细菌是兼性的，另一方面由于水田中放线菌和真菌减 少，细菌能够得到更多的养科。
在水田中，细菌是物质转化的主要推动者。 水田的细菌类群中，常常是兼厌气性细菌数量多于厌气性细菌。 水田中的严格厌气性细菌多为芽孢梭菌。 水田中兼厌气性细菌多为芽孢杆菌。
第九章 水稻田土壤的微生物学
泡水条件下的水稻田土壤是微生物的一种特异生态环境， 在某些方面，它的生物活性比旱地表现得更为旺盛，各种 生物的和生物化学的变化非常复杂而频繁。
泡水以后土壤的物理化学条件起了变化，土壤微生物群社 的特征也随之而变化。
好气性微生物减少，兼厌气性和厌气性微生物发展，土壤 中氧化还原电位(Eh)同时降低，pH也有一定的改变。
二价锰离子易溶于水，它和铁离子不同， 在碱性条件下不容易沉淀，水稻很容易吸 收，所以水稻缺锰现象较少。
水稻田土壤中固氮微生物非常丰富，除了存在许多固氮蓝 细菌 (即蓝藻)外，还有其它光合固氮细菌和有机营养型的 固氮细菌。
即使是在泡水条件下，好气性固氮菌还是相当多。 国内外研究工作都证明水稻田具有旺盛的生物固氮作用，
固氮微生物数量多，而且具备着各种固氮体系。除自生的 固氮细菌和蓝细菌外，还有蓝藻和红萍共生固氮体系，在 水旱轮作中，根瘤和豆科作物共生固氮体系也占有重要的 地位。
厌气性呼吸作用是利用无机化合物中的氧作为有 机质氧化过程中最终电子受体的氧化作用。
土壤泡水以后，当好气性微生物耗尽了氧气时， 微生物的厌气性呼吸作用就成为主要的代谢类型。
它们利用硝酸盐、氧化锰、硫酸盐和碳酸盐等作 为电子受体将它们还原成分子态氮、低价的锰和 铁化合物、硫化氢和甲烷等还原性物质。
第二节 水稻田土壤中微生物所引起 的物质转化的特点
1．微生物好气性呼吸所引起的物质转化
➢ 在好气性微生物的氧化作用中，分子氧是最终的电子受体； 当有分子态氧时，有机质主要氧化为CO2。 ➢ 泡水以后，好气性异养微生物旺盛地分解有机物质时，微 生物的需氧量可能超过水层所扩散到土壤中的氧量。 ➢ 当大部分易于分解的有机物质被分解后，表面土层（不到 l厘米）中的氧量超过了土壤细菌的需要，这就是氧化层。 ➢ 氧化层中异养细菌所得的碳水化合物可以通过扩散作用来 自还原层的厌气带。
这样，泡水以后，首先由于O2量供应的变化，引起了微生物 种类和代谢类型的改变，表现出水稻田土壤生物活性的特点。
微生物类群的特点和优势种类
稻田泡水以后，由于氧化还原电位等条件的变化，使土壤中 微生物类群的特点与旱地土壤很不相同。
从三类厌气性细菌来 看，水田中都比旱地 里多，这反映了水田 的氧化还原状况。