【稻麦田生态系统中生物固氮】
稻田肥力的保持主要依靠生物固氮。日本的科研人员根据长期田间试验结果估计，在不施氮的稻田中，每年的生物固氮量至少有20kg氮／hm2。Alimagno等(1977)报道，菲律宾稻田的生物固氮量变动在2．3～33．3kg／hm2。在氮肥施用不足的稻田中，自生固氮细菌对水稻生的贡献是很显著的。稻田中主要的自生固氮菌是异养型光能利用细菌和BGA。在印度，一些研究者曾用异养型细菌接种水稻植株，他们发现，在一些施氮水平低的稻田中，接种有利于提高水稻的产量和氮吸收量。
一般来说，淹水可抑制蓝细菌的光合固氮作用。菲律宾国际水稻所Ventura和Watanabe(1983)以及中国朱兆良用不接种土壤试验结果表明，水稻相当数量的N(20%～35%)来自联合固氮，这肯定了前人用N素平衡法和乙炔还原活性法所得的结果。在此，不进行固氮生物的分离和鉴定。菲律宾和日本做的另一些水稻固氮研究都涉及接种。未灭菌土壤接种极毛杆菌(H8)和生脂固氮螺菌(34H)的试验均未表现固氮效应。其后，用耐药标记(链霉素和利福平)的同一类群生脂固氮螺菌(34HStrRifr)所做的工作表明，两个水稻品种的固氮反应不一致。接种菌可在未灭菌土壤定居，但数量甚少，且随试验过程进展迅速减少。后者研究说明了应用耐药标记或免疫荧光法测定接种菌在土壤中是否定居和存活的重要性。日本研究者用克氏杆菌和阴沟肠杆菌接种水稻研究取得了可喜的结果。在一热灭菌的土壤试验中，Yoo等(1986)认为：克氏杆菌(NG13)和一非粘性突变体(NG1320)对一印度型水稻(C5444)的N素营养有显著贡献。菌株NG13最初是从C5444根际分离得到的。但后来由Fujii(1987等)在未灭菌土壤所做同类试验中未能重现这一结果，而接种NG13和E26菌种(阴沟肠杆菌)及基因变异的NG13和E26菌种(NG13／pMC71A和E26／pMC71A)的日本型水稻(T65)却表现出明显的固氮效应，而且这些菌株在有
时能营固氮作用。基因变异的菌种与水稻(T65)联合固氮能力并不优于野生型菌株。在渍水土壤中，加入有机物质可以刺激异养型固氮生物固氮。Yoneyama等(1977)和Ladha等(1986)指出，在菲律宾，稻草还田对渍水土壤的生物固氮有影响。施用作物残体或堆肥可以提高稻田的肥力，日本在1960年以前一直是通过施用大量的堆肥来提高水稻的产量和质量。1960年后，化学氮肥用量增加堆肥的用量也相应减少，大量的稻草和谷壳在田间烧掉。80年代末稻草还田已逐渐被采用。Shiga(1984)采用一种新方法来研究稻田有机物质的分解。他把土壤和有机物质的混合物放入一个用玻璃滤纸纤维制造的试管里，然后埋置于稻田耕层之中，分析管内混合物的C、N含量的变化。在培养期间，不管加入的材料的化学成分如何，其C含量均逐渐降低。C／比＞30的材料的N含量增加，直至该比值变为30为止。在小麦茎杆与土壤的混合物中，N含量比原来大2．2倍。C／N比＜30的材料，N没有类似的增加。N的增加被认为是由生物固氮或是扩散性矿质氮的固定引起的。Ono(1990)研究了施用有机质对渍水土壤的氮素固定的影响。他指出微溶性碳水化合物(如淀粉和糖原)的影响比可溶性的低分子量物质(如葡萄糖和有机酸)的影响大，可能是由于它们能够为生物固氮提供更长久的能源。当1hm2稻田施用稻草4t时，1hm2稻田固定的氮素的推断值为32～37kg。Hamada(1987)用15N2和O2的混合气体(80∶20)饱和的灌溉水示踪技术测定了稻田的生物固氮量。1hm2施用大麦杆4t，生物固氮量增加25%。氮肥的施用刺激生物固氮，尽管在水稻生长初期生物固氮受到抑制。但是，在一个栽培季节中作物吸收和矿化的氮仅为固定氮的10%，其余部分贮存在土壤之中。表土中主要的自生固氮生物是BGA。Ono(1990)测定了表土的物生固氮潜力。每季作物中1hm2稻田的固氮量为23～29kg。Roger等(1986)对BGA的生物固氮潜力及其在水稻栽培中的应用进行了综述。根据开花期稻田最大生物量估算，固氮量为10～20kg／hm2；根据稻田淹水和表土的碳素输入量估算，在每季作物中，固氮量为37～150kg／季／hm2。用乙炔还原法分析往往得到错误的结果，因为在白天ARA是变化的，而且分析结果还取决于把ARA值换算为固氮量所用的系数的大小。根据报道的ARA数据计算得到的平均值为每季作物27kg氮／hm2。Roger等(1986)认为BGA的固氮潜力比豆科作物或红萍小。由于影响接种物质量和生长的技术问题以及接种增产不大而限制了它们的利用。一些热带、亚热带地区的国家曾广泛研究了红萍－鱼腥藻共生固氮的农业利用。在适宜的条件下，红萍－鱼腥藻的共生固氮活性很高。Watanabe等(1980)在一年中收获红萍22次，固氮总量达465kg／hm2。但是，在稻田中红萍的固氮作用受到H+浓度、温度、光强度、昆虫的为害和养分(特别是磷)供应水平低等很多环境因素的限制。在南亚一些国家布置的12个田间试验点的试验结果表明，将红萍加入稻田可以提高稻谷产量20%。Asakawa等(1988)在水稻移栽前在稻田中放养红萍38天。在1985年和1986年，他们加入红萍60和63t／hm2，相当于给土壤加入了60和110kg氮／hm2。在60t／hm2的稻田中，每个栽培季节水稻的氮素吸收量增加49%和42kg／hm2；在63t／hm2的稻田中，每个栽培季节水稻的氮素吸收量增加42%和33kg／hm2。在低温(17～20℃)条件下获得大量健康的红萍接种物，这些稻田的灌水时间比周围稻田提早一个月，这两个方面也是很重要的。事实上，在温带地区的集约农业中，红萍－鱼腥藻共生作为绿肥的应用很有限。麦田固氮研究都进行接种。一半试验的接种物使用芽孢杆菌(C－11－25)。除一个试验用肺炎克氏杆菌(43)外，其余试验均使用一个或多个大氮螺菌接种。从报道的干物质或干物质含氮量及籽粒产量来看，试验小麦具有明显的接种效应。而Kapulnik等(1986)认为N素效应不是接种固氮生物的固氮作用所致，因与未接种的对照相比，接种并用i5N标记的小麦收获物没有同位素稀释效应。有人认为植物对固氮螺菌或其它固氮生物的接种效应是由这些菌分泌的生长调节物质所致，这些生长调节物质包括生长素，赤霉素和细胞分裂素。而这些物质可影响根系生长和根毛的形成及根对某些离子的透性。Boddey等(1986)也报道了固氮细菌硝酸还原酶在促进宿主植物N素同化方面的作用。在一些研究中，尽管固氮菌接种处理小麦的15N加富度显著低于对照小麦，但接种却未产生明显的N素效应。Renic等(1983)认为同位素稀释效应是小麦联合固氮所致，并认为小麦未表现N效应是因其有着补偿机制，如当固氮同化最低于从土壤库吸收的N量，或固氮同化是量高于由土壤库吸收的N量时，这二者可互相补偿。根据同位素稀释法的测定结果，Kucey(1988)计算出接种芽孢杆菌和固N螺菌适合的联合固氮量，盆栽Chester和Fielder小麦固氮量是植株N量的0～8%；而大田Fielder小麦为5%～11%。再则，Rennie等计算出接种固氮菌为盆栽和大田小麦提供了大量的N素营养。如1984年，田间的小麦(adet)因接种芽孢杆菌后其相对固氮量为47．4%(52．4kg·N·hm2－1)这与报道过的某些一年生籽实豆科作物的固氮量相同。Kucey(1988)指出因方法学上的问题，固氮量的计算可能有误。如试验中接种植物根系所占土壤体积仅为未接种植物根系的50%～80%，因同位素15N在土层深度分布是不均匀的，因而根系伸长体积不同，供试植物和对照植物由土壤吸收N的同位素含量就不同。所以降低了根系体积的计算结果可为他的及Renie等的试验所观察的无接种固氮效应予以解释，同时也支持了Renie等(1983)提出的补偿机制理论。根据形态学和总氮量与同位素稀释量之间缺乏相关这两点，Boddey等(1986)对Renie等(1983)求取接种固氮量的计算准确度提出质疑。Renie和Thomas(1987)求得的高值也令人置疑。在没有测定接种菌在小麦根系定居或存活的条件下，所报道的有关小麦固氮方面的研究均非定论。【参考文献】：1 Chalk P M．Plant and Soil，1991，140(1)：29～392 Ishizuka J．Plant and Soil，1992，141(1－2)：197～209(安徽省农业科学院程翔撰)