《土壤微生物生物量的測定-底物誘導(dǎo)呼吸法》編制說明

（征求意見稿）

《土壤微生物生物量的測定-底物誘導(dǎo)呼吸法》編制組

二0一二年十二月一日

1、項目背景

為了更好地監(jiān)測土壤的質(zhì)量和保護土壤環(huán)境，根據(jù)國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫

總局國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會文件國標(biāo)委綜合【2011】82號《關(guān)于下達2011年第

三批國家標(biāo)準(zhǔn)制修訂計劃的通知》，《土壤微生物生物量的測定-底物誘導(dǎo)呼吸

法》順利立項。本標(biāo)準(zhǔn)由中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所和中國科學(xué)院南京土

壤研究所共同承擔(dān)，計劃編號201111824-T-326。2012年5月，中國科學(xué)院亞熱

帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所接到轉(zhuǎn)化《Soilquality-Determinationofsoilmicrobial

biomass-Part1Substrateinducedrespirationmethod》（ISO142402-1:1997）的任務(wù)

后，立即成立了標(biāo)準(zhǔn)編制組，小組成員包括多年從事土壤微生物分析研究和熟悉

國家標(biāo)準(zhǔn)編制的專家。

土壤微生物生物量是土壤有機質(zhì)最活躍和最易變化的部分，而且與土壤碳、

氮、磷、硫等養(yǎng)分的循環(huán)密切相關(guān)，可直接或間接反映土壤肥力和土壤環(huán)境質(zhì)量

的變化。目前土壤微生物生物量測定應(yīng)用較為廣泛的方法有底物誘導(dǎo)呼吸法、熏

蒸提取法等，但未制定國家標(biāo)準(zhǔn)。因此，土壤微生物生物量測定標(biāo)準(zhǔn)的編制，可

以規(guī)范土壤微生物生物量的測定方法和擴大其應(yīng)用范圍，有利于人們更好地了解

土壤-微生物-植物-環(huán)境相互作用。

2、標(biāo)準(zhǔn)制修定的必要性分析

2.1土壤微生物生物量的研究意義重大

土壤微生物生物量（soilmicrobialbiomass）是指生物體積小于5×103μm3

活的微生物總量，但不包括活的植物體，如植物根系等(吳金水等，2006；李振

高等，2008)。廣義的土壤微生物量應(yīng)包括微生物碳、氮、磷、硫。眾所周知，

土壤微生物是土壤有機質(zhì)和土壤養(yǎng)分(C,N,P,S等)轉(zhuǎn)化和循環(huán)的驅(qū)動力，它參

與有機質(zhì)的分解、腐殖質(zhì)的形成、養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和循環(huán)的各個生化過程（林先貴，

2010）。土壤微生物生物量雖然只占土壤有機質(zhì)的3%左右，但其作為土壤養(yǎng)分

的儲存庫和植物生長可利用養(yǎng)分的重要來源，與微生物個體數(shù)量指標(biāo)相比，更能

反映微生物在土壤中的實際含量和作用潛力。據(jù)估計植物吸收N、P、S的60%，

1

47%和28%分別來自微生物量N、P和S。而且，微生物是土壤中活的生命體，對

土壤各種環(huán)境因子的變化極為敏感，因而微生物量的變化常被作為土壤肥力、土

壤環(huán)境污染、其他各種擾動對土壤健康影響的靈敏性指標(biāo)。因此，了解土壤微生

物生物量有助于更好地理解影響土壤健康的主要因素，亦對制定良好措施來提高

土壤質(zhì)量有重要意義。

2.2土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化與土壤科研工作的需要

土壤微生物量是植物有效養(yǎng)分的儲備庫和源，其對土壤碳、氮、磷和硫的

植物有效性及在陸地生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)具有重要的影響。土壤微生物生物量庫的長

期或是季節(jié)性變化都可作為土壤質(zhì)量的可靠的指示，對于了解土壤養(yǎng)分的動態(tài)變

化具有重要的作用。土壤微生物生物量是一種可快速測定和重復(fù)性好的參數(shù)，也

可以用于對土壤的粗略比較以及反映土壤管理的改變和污染的影響。土壤微生物

生物量的定量分析是了解微生物對土壤有機質(zhì)與養(yǎng)分循環(huán)和轉(zhuǎn)化作用的重要方

法。土壤微生物生物量的測定方法既有傳統(tǒng)方法，也有現(xiàn)代方法。在20世紀(jì)初

發(fā)展起來的微生物計數(shù)方法至今仍在應(yīng)用。同時隨著土壤生物學(xué)和生物化學(xué)的不

斷發(fā)展，新的方法也層出不窮。

在土壤微生物生物量測定方法中，底物誘導(dǎo)呼吸法是Anderson&Domsch

（1978）首先提出的，根據(jù)添加的易分解底物在培養(yǎng)初期的分解速率來估計土壤

微生物生物量。該方法操作簡單，耗費低，準(zhǔn)確度較高，是土壤微生物生物量分

析中的經(jīng)典方法。該方法已形成了國際標(biāo)準(zhǔn)，為了擴大土壤微生物生物量的測定

方法的應(yīng)用范圍，以及在土壤科學(xué)的科研工作中測定土壤微生物生物量指標(biāo)時形

成準(zhǔn)確的、統(tǒng)一、可比較的數(shù)據(jù)，制定《土壤微生物生物量-底物誘導(dǎo)呼吸法》

的國家標(biāo)準(zhǔn)十分必要。

2.3國家及土壤質(zhì)量主管部門的要求

目前，我國越來越重視標(biāo)準(zhǔn)化工作，國家標(biāo)準(zhǔn)制定的工作任務(wù)中要求形成

我國自有知識產(chǎn)權(quán)的適合我國土壤質(zhì)量監(jiān)測與分析的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。借此機遇，土壤

科研領(lǐng)域的專家成立了“全國土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會”，以期大力發(fā)展土壤

質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化工作，逐漸構(gòu)建我國土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化體系。根據(jù)國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢

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疫總局國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會文件國標(biāo)委綜合【2011】82號《關(guān)于下達2011年

第三批國家標(biāo)準(zhǔn)制修訂計劃的通知》的要求，全國土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化委員會有15

個土壤質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)通過國家標(biāo)準(zhǔn)委的審批并立項，“土壤微生物生物量-底物

誘導(dǎo)呼吸法”即為其中的一個項目。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)制定工作的任務(wù)及土壤質(zhì)量國

家標(biāo)準(zhǔn)制定的需要，完成該標(biāo)準(zhǔn)的制/修訂，對于指導(dǎo)我國土壤質(zhì)量監(jiān)測與監(jiān)管

有重要意義。

3、土壤微生物生物量研究方法的歷史

早在20世紀(jì)70年代，土壤微生物學(xué)研究者采用土壤微生物細胞培養(yǎng)計數(shù)

法，從土壤中提取和計數(shù)微生物的數(shù)量，但此種方法僅能獲得土壤中極少部分微

生物，且不能得到有關(guān)這部分微生物活性方面的信息，遠不能滿足對土壤微生物

特征的描述及研究其對土壤的重要作用。由于傳統(tǒng)的土壤微生物細胞培養(yǎng)計數(shù)

法，提取和培養(yǎng)方法存在的不足，使得到的結(jié)果重復(fù)性較差，甚至相差3個數(shù)量

級。盡管如此，培養(yǎng)計數(shù)法在很長時期內(nèi)仍然是微生物學(xué)家了解土壤微生物數(shù)量

的基本方法。培養(yǎng)計數(shù)法的優(yōu)點是適合于對某些特殊土壤微生物的研究，但在使

用該方法時應(yīng)反復(fù)檢查其適應(yīng)性。

到1976年Jenkinson和Powlson提出間接法測定微生物生物量后，土壤微

生物生物量庫在生態(tài)學(xué)和微生物學(xué)上才得到重視。該方法是基于氯仿熏蒸將土樣

中微生物細胞殺死和溶解，再用土壤接種，測定培養(yǎng)10天內(nèi)土樣的呼吸，與未

熏蒸對照土樣比較，由于熏蒸土樣微生物被殺死和微生物生物碳的分解，從而使

釋放的CO2增加。該方法稱為熏蒸－培養(yǎng)法（FI）。與此同時還提出采用FI法

測定土壤微生物生物量氮。Anderson等在1978年提出了測定微生物生物量的另

一生理學(xué)方法，即所謂的底物誘導(dǎo)呼吸法（Substrate-inducedrespiration，SIR）。

該方法主要基于微生物在純培養(yǎng)時對易利用底物（如葡萄糖）供應(yīng)在呼吸作用上

有直接的響應(yīng)，由此推斷易利用底物引起的呼吸量變化與土壤微生物生物量碳呈

線性關(guān)系。FI和SIR法都有其不足之處。FI法需較長時間（10天），且不適合

酸性土壤。SIR法是采用FI法校準(zhǔn)，不同的校正系數(shù)使采用SIR測定的數(shù)據(jù)計

算得到的微生物生物量碳常常會產(chǎn)生爭議，此外SIR法不適合添加了新鮮有機底

物的土壤。

3

Anderson和Domsch于1975年提出采用選擇性抑制技術(shù)分別測定土壤細菌

和真菌生物量，通過添加特異性抗生素能抑制土壤中的細菌或真菌的生長，從而

可測定計算得到真菌與細菌的比率。West等1987年提出了通過測定土壤麥角甾

醇含量估計土壤真菌生物量，因為麥角甾醇是大多數(shù)子囊菌、擔(dān)子菌和半知菌類

中主要的甾醇，可作為真菌生物量的指示。但目前還發(fā)現(xiàn)沒有一個通用的轉(zhuǎn)換系

數(shù)將麥角甾醇含量轉(zhuǎn)換為真菌生物量，該方法測定真菌生物量引起科研人員的質(zhì)

疑，指出麥角甾醇含量只能反映土壤真菌細胞膜量。盡管如此，麥角甾醇含量仍

然能在一定程度上估算土壤中真菌群落生物量。至今仍用于土壤真菌生物量的測

定。

1976年，Jenkinson和Powlson等最先提出了土壤微生生物量碳的熏蒸培養(yǎng)

法，為土壤微生物生物量的測定找到一種較為方便的間接方法。但該方法對熏蒸

滅菌、熏蒸后去除氯仿及培養(yǎng)裝置的密封性、培養(yǎng)條件和時間需要嚴(yán)格的要求，

而且培養(yǎng)時間較長，不適宜樣品的大量分析。Brookes等在1982和1985年分別

提出了更直接的估算土壤微生物生物量磷和氮的方法。經(jīng)氯仿熏蒸的土樣直接提

取（即熏蒸－提取法，F(xiàn)umigation-extration，F(xiàn)E）后測定土壤微生物生物量磷和

氮。1981年Sagger等采用FE法測定土壤微生物生物量硫。1987年Vance等在

FE法的基礎(chǔ)上，建立了氯仿熏蒸提取-容量分析法測定土壤微生物生物量碳。之

后，Wu等（1990,1993）對FE法測定土壤微生物生物量的方法進行了改進，又

建立了氯仿熏蒸提取-儀器分析法，該方法更為快速、簡便、精確，適于大量樣

品的分析。SIR和FE法已成為測定土壤微生物生物量最常用的2種方法，目前

這2種方法已被一些國家（如德國）權(quán)威機構(gòu)認(rèn)定為土壤常規(guī)監(jiān)測方法，形成了

國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO142402-1:1997:E和ISO142402-2:1997:E）。國內(nèi)在土壤科學(xué)研

究中，根據(jù)其目的的不同也多采用SIR和FE法對土壤微生物生物量進行測定分

析，但還尚未形成國家標(biāo)準(zhǔn)。

4、標(biāo)準(zhǔn)編制的原則

（1）本標(biāo)準(zhǔn)的編寫依據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫》

和《標(biāo)準(zhǔn)化工作指南第2部分：采用國際標(biāo)準(zhǔn)》

4

（2）本標(biāo)準(zhǔn)的制定與國際標(biāo)準(zhǔn)《Soilquality-determinationofsoilmicrobial

biomass-Part1substrateinducedrespirationmethod》（ISO142402-1:1997:E）的一

致性為等同的原則

（3）本標(biāo)準(zhǔn)方法準(zhǔn)確可靠，能滿足土壤科學(xué)研究與土壤質(zhì)量監(jiān)測分析測試

的要求

（4）本標(biāo)準(zhǔn)方法具有普遍適用性，操作簡單，耗費低，易于推廣應(yīng)用。

5、標(biāo)準(zhǔn)制定的目標(biāo)、主要技術(shù)內(nèi)容及說明

本標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容包括：術(shù)語和定義、原理、測量條件、試劑與材料、儀

器、程序、及結(jié)果計算等。

5.1方法研究的目標(biāo)

（1）確定方法的適用范圍

（2）轉(zhuǎn)化ISO142402-1:1997方法，形成標(biāo)準(zhǔn)文本

（3）通過實驗和驗證，確定方法的可行性和適用性

5.2適用范圍

等同轉(zhuǎn)化ISO142402-1:1997標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定土壤微生物生物量-底物誘導(dǎo)呼吸法

的測定方法。

等同轉(zhuǎn)化ISO142402-1:1997標(biāo)準(zhǔn)適用于通氣良好的農(nóng)業(yè)土壤及礦質(zhì)土壤中

好氣型異養(yǎng)微生物生物量的測定，但不可用于土壤化學(xué)物質(zhì)對生物量影響的測

定。

5.3術(shù)語和定義

土壤微生物生物量

土壤中所有微生物細胞的生物量。這一指標(biāo)可通過計算這些細胞中碳或氮

的含量來測定，或者通過它們礦化外加碳源的能力計算。在用碳或氮含量分析時

可能包括死細胞或者細胞碎片，但用呼吸法時，測量的是活細胞生物量。

土壤呼吸速率

一定溫度條件下，單位時間單位質(zhì)量土壤釋放出的CO2量。

5

5.4原理

本標(biāo)準(zhǔn)通過向土壤加入葡萄糖，形成系列葡萄糖含量梯度，直到達到最高

呼吸速率（一般不超過1小時）。這一呼吸速率作為最大初始呼吸速率，可用于

估算土壤活性生物量。

5.5測量條件

本標(biāo)準(zhǔn)生物量的測定需要在恒溫（22±1℃）恒濕環(huán)境中進行。土壤樣品含

水量要求與原狀土一致。需要注意的是，土壤呼吸速率到生物量的轉(zhuǎn)化系數(shù)，其

計算的溫度條件是22±1℃。

5.6試劑與材料

土壤樣品

土壤采樣，處理及貯存參考ISO10381-6進行。土壤樣品的分析等效轉(zhuǎn)化

ISO142402-1:1997的方法。

材料

粉末狀D-葡萄糖，細石英（顆粒直徑為0.1-0.5mm）或者滑石粉。

儀器

除常用實驗室儀器設(shè)備，還需要以下儀器：

陶瓷研缽、攪拌機、全自動紅外氣體分析儀或氣相色譜。

5.7分析步驟

等同采用ISO142402-1:1997中的分析步驟

5.8結(jié)果計算

本標(biāo)準(zhǔn)中土壤微生物生物量碳（X）的測定采用以下公式:

X=40R+0.37

其中

X是土壤微生物生物量碳，單位mgkg-1

-1-1

R是CO2的釋放速率，單位mlhkg

式中40為轉(zhuǎn)換系數(shù)，由熏蒸-培養(yǎng)法測定的土壤呼吸速率與土壤微生物生物

6

量關(guān)系得出。

6、對實施本標(biāo)準(zhǔn)的建議

《土壤微生物生物量測定-底物誘導(dǎo)呼吸法》標(biāo)準(zhǔn)操作簡單，耗費低，適用

范圍廣，能夠適用我國土壤肥力監(jiān)測的要求。但土壤誘導(dǎo)呼吸量受土壤濕度影響

很大，為了減少因土壤濕度對分析的影響，建議用葡萄糖水溶液代替葡萄糖粉劑，

同時改變換算系數(shù)。

7、參考文獻

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