542 土壤学报 57卷 图2田间原位气密植物生长控制系统 Fig. 2 In-situ field air-proof plant growth system 方法原理简单,只要测出试验期间输入、输出该系来计算生物固定的氮量。该方法一般不考虑其他输 统的各氮分量,多出的部分就是生物固氮的氮量。人和其他输出。该方法需要参照植物与固氮植物有 可实施起来非常困难。输入有土壤氮、干湿沉降、相似的根系分布、生长特性、吸氮能力和吸氮喜好。 通过灌溉水输入量、通过地下水输入量;输出有氨而且由于该方法需要有不固氮的参照系,在不能找 挥发、硝化-反硝化、径流、淋溶、土壤氮和植物带到不固氮参照系时无法使用。 走的氮。要准确测出这些输入、输出氮分量非常困 乙炔还原法是通过测定乙炔还原酶活性的变化 难。短时间内利用该法定量生物固氮量几乎不能实来表征稻田生物固氮能力的变化,主要用于生物固氮 现。如果通过长时间试验,忽视干湿沉降,通过灌的定性和半定量研究。固氮酶能将N还原成NH3 溉水输入量、地下水输入量、氨挥发、硝化-反硝化、也能将乙炔还原成乙烯。该方法一般是将样品采回来 径流和淋溶的氮,可以粗略地估算出生物固定的氮。放在实验室条件下,往样品中注λ乙炔,混匀。通过 1N同位素自然丰度法:土壤氮素自然转化过程测定两个时间点培养瓶中乙烯浓度的变化来计算乙 中N优先离开土壤系统而使得N在土壤中富集,炔还原量。然后通过乙炔还原量与固氮量的理论转化 造成土壤中的1N丰度高于生物利用大气氮固定氮系数来换算成生物固氮量。乙炔还原量与固氮量间的 的丰度10。也就是土壤中的N丰度与生物固定氮理论转换系数为3:1,即3mol乙炔还原量=1mol 的N丰度不一样。这个方法比较适用于没有人为固氮量。但固氮菌中的固氮酶在还原乙炔过程中受环 扰动的自然生态系统中,如不施肥草地和林地。如境条件影响,有很大的不确定性。Sp和Odul2 果自然生态土壤系统中的1N丰度高于大气,那么发现在砖红壤(1 atosols止上只有0.56,而Rce和Paul3 就可以用来定量研究生物固氮。但在农田生态系统发现在滞水条件下达15。 Nohrstedt发现水分含量 中,由于大量施用与大气1N丰度相似的氮肥,而对转化系数影响巨大:当土壤水分饱和时达157,而 使得农田土壤N与大气1N丰度相似,使得该方当土壤水分低于饱和水分的75%时只有26。 Hardy 法难以用于农田生态系统。 等给出了43作为平均转化系数。目前用乙炔还原 1N同位素稀释法:1N稳定性同位素稀释法是法研究生物固氮量时通常采用3作为转化系数。相对 研究共生固氮主要方法。该方法利用1N同位素标于1N2气体标记法,乙炔还原法简单、便宜和灵敏 记肥料对一个固氮植物和非固氮植物(参照植物)虽然乙炔还原量和固氮量间的转化系数存在不确定 进行标记,通过测定植物、土壤1N丰度和含量,性,但仍是研究生物固氮的常用方法 http://pedologica.issas.ac.cn542 土 壤 学 报 57 卷 http://pedologica.issas.ac.cn 图 2 田间原位气密植物生长控制系统 Fig. 2 In-situ field air-proof plant growth system 方法原理简单，只要测出试验期间输入、输出该系 统的各氮分量，多出的部分就是生物固氮的氮量。 可实施起来非常困难。输入有土壤氮、干湿沉降、 通过灌溉水输入量、通过地下水输入量；输出有氨 挥发、硝化-反硝化、径流、淋溶、土壤氮和植物带 走的氮。要准确测出这些输入、输出氮分量非常困 难。短时间内利用该法定量生物固氮量几乎不能实 现。如果通过长时间试验，忽视干湿沉降，通过灌 溉水输入量、地下水输入量、氨挥发、硝化-反硝化、 径流和淋溶的氮，可以粗略地估算出生物固定的氮。 15N 同位素自然丰度法：土壤氮素自然转化过程 中 14N 优先离开土壤系统而使得 15N 在土壤中富集， 造成土壤中的 15N 丰度高于生物利用大气氮固定氮 的丰度[10]。也就是土壤中的 15N 丰度与生物固定氮 的 15N 丰度不一样。这个方法比较适用于没有人为 扰动的自然生态系统中，如不施肥草地和林地。如 果自然生态土壤系统中的 15N 丰度高于大气，那么 就可以用来定量研究生物固氮。但在农田生态系统 中，由于大量施用与大气 15N 丰度相似的氮肥，而 使得农田土壤 15N 与大气 15N 丰度相似，使得该方 法难以用于农田生态系统。 15N 同位素稀释法：15N 稳定性同位素稀释法是 研究共生固氮主要方法。该方法利用 15N 同位素标 记肥料对一个固氮植物和非固氮植物（参照植物） 进行标记，通过测定植物、土壤 15N 丰度和含量， 来计算生物固定的氮量。该方法一般不考虑其他输 入和其他输出。该方法需要参照植物与固氮植物有 相似的根系分布、生长特性、吸氮能力和吸氮喜好。 而且由于该方法需要有不固氮的参照系，在不能找 到不固氮参照系时无法使用。 乙炔还原法是通过测定乙炔还原酶活性的变化 来表征稻田生物固氮能力的变化，主要用于生物固氮 的定性和半定量研究。固氮酶能将 N2 还原成 NH3， 也能将乙炔还原成乙烯。该方法一般是将样品采回来 放在实验室条件下，往样品中注入乙炔，混匀。通过 测定两个时间点培养瓶中乙烯浓度的变化来计算乙 炔还原量。然后通过乙炔还原量与固氮量的理论转化 系数来换算成生物固氮量。乙炔还原量与固氮量间的 理论转换系数为 3︰1，即 3 mol 乙炔还原量=1 mol 固氮量。但固氮菌中的固氮酶在还原乙炔过程中受环 境条件影响，有很大的不确定性[11]。Spiff 和 Odu[12] 发现在砖红壤（latosols）上只有0.56，而Rice和Paul[13] 发现在滞水条件下达 15。Nohrstedt[14]发现水分含量 对转化系数影响巨大：当土壤水分饱和时达 15.7，而 当土壤水分低于饱和水分的 75%时只有 2.6。Hardy 等[15]给出了 4.3 作为平均转化系数。目前用乙炔还原 法研究生物固氮量时通常采用 3 作为转化系数。相对 于 15N2 气体标记法，乙炔还原法简单、便宜和灵敏。 虽然乙炔还原量和固氮量间的转化系数存在不确定 性，但仍是研究生物固氮的常用方法