谈生物固氮在林地水土保持上的应用丁玉贞徐昭壬陈德斌（霞浦县林业局３５５１００）（福建省林 业勘察设计院）（霞浦县林业局）．摘要本文对生物固氮类型、作用以及它在林地水土保持上的应 用现状作了全面的分析，并针对生物固氮工程的发展进行讨论和展望。关键词水土保持，生物固氮 ，固氮类型，豆科植物ｌ生物因组作用剖析氮素是组成蛋白质的主要元素，因而是植物生长所必需 的大量营养元素。空气中虽含有近８０％的氮气，但并不能直接为高等植物吸收利用。自然界中只 有极少数原核类低等微生物能自生或与少数植物共生固定大气氮素，其过程称为生物固氮作用。大 多数林木由于缺乏共同固氮作用而生长较为缓慢，加之大多数土壤缺乏氮素，因而氮ＢＢｆｆ往为 林木速生丰产的限制好子。为此，。当令世界迫切需要开辟氮素肥源，以增加林产品满足人类日益 增长的需要。７０年代以来，人工合成氮肥所耗费的能源巨大，经常施用所带来的环境污染问题也 日趋明显，人们开始认识到单纯施用化肥并非良策，于是生物固氮的研究日益受到各国重视。目前 ，生物固氮耶究已列为“国际生物学计划”（ＩＢＰ）的重点内容．美、“一苏、日等国都列为重 点研究课题。全世界每年生物固氮总量约为１７５００１万ｔ，其中林地固氮总量达５０００万ｔ 、而全世界每年工业生产的氮肥约５５Ｏ０万ｔ，可见林业生物固氮的规模和作用。但是，长期以 来、对林业上的生物固氮研究的较少／、特别是非豆科树木的固氮问题。无论是豆科或非豆科固氮 树种，由于具有共生固氮能力，能在密薄的土壤中生长，因此可作为荒山、水土范失区、海滩、“ 沙漠造林的先锋树种。研究树木的生物固氮，对于利用大气中的氮素资源，绿化造林、整治国土、 改善生态环境均有重大意义。２一生物固氮的类型划分２．ｌ豆科树木的共生固氮与豆科共生固氮 的共生菌为根瘤菌。全球的豆科植物有１８０００种．其中含羞草亚科２８００多种，苏木亚科２ ８０６多种，蝶形花亚科１２０００多种。据测定，，含羞章亚科大多数（９８％）能结瘤固氮， 其次是蝶形获亚科（６０％）和苏木亚种（３０％）。我国具有一定经济价值的豆科乔、灌木约有 注意属２７。多种，能与根瘤菌营共生，固氮。－２．２非豆科树木的共生固氮一·７·已经发现 的非豆科结瘤固氮树木中、榆科的共生菌为根瘤菌，苏铁科中的苏铁根瘤中为蓝细菌．其余现发现 的非豆科其它固氮菌均为放线菌。共生固氮放线菌有其特定的寄生范围。目前国外已报道的被放线 菌结瘤固氮的树木有８科、２１１：属、１９２种。在我国发布的非豆科结瘤固氮植物有消木属、 木麻黄属、马桑属、仙女术属、胡颓子属、沙棘属、杨梅属、悬钩子属。２．３联合共生固氮作用 这种固氮体系是介于自生固氮和其共生固氮体系的中间类型。固氮细菌与相应联合植物之间具有较 为密切的相互关系，但又不像形成根瘤那样具有共生结构。在这类固氮体系中，固氮细菌聚居于植 物狒际，根表，部分细菌进入根表细胞中。因此，Ｈａｒｄｒ把这种较为“松散”的共生类型称为 “联合共生”。联合共生固氮作用在林木中广泛存在，它们在提供土壤和林木氮素方面起一定的作 用，在生物工程技术飞速发展的今天，人们已试图把这种固氮细菌或固氮基因导入植物．细胞使非 豆科植物自主固氮。２．４蓝藻的共生固氮体系２．４．ｌ与苔类的共生固氮体系一苔留植物森林 生态系统中，许多固氮蓝藻能与苦薛类共生固氮，当共生时，共生体依靠苔薛类营光合作用供给光 合产物，当环境中化合态氮较少时，固氮蓝藻为宿主提供固定的氮素。２，４．２与真菌共生的固 氮体系一地衣地衣是复合生物，由真菌和藻类形式的紧密共生结合体，但只有与蓝藻共生的结合体 才具固氮能力。地衣是重要的先锋植物，能在极为严酷的生境中生长，在许多生态环境中，如比较 干旱贫瘠的水土流失区、它们是生物有效氮的主要生产者。在森林生态系统中的地衣．其固氮量在 ｌｌｋｇＮ／ｈａ。ａ左右。２．５自生固氮菌如森林生态系统中，这类固氮菌主要是细菌类的微 生物，如梭菌、固氮菌和固氮螺菌，它们在森林土壤中大量存在，不与植物发生直接的联系。这类 固氮菌所固定的大气中的氮是土壤中氮素的主要来源，其固氮率达到２５ｋｇＮ／ｈａ·ａ。３生 物固氮在林地水土保持上的应用研究我省素有“八山一水一分田”之称，因此，防止林地水土流失 的是我省水土保持的一项重要工作。防止林地水土流失首先要使林地绿色覆盖。长期以来，对生物 固氮研究结果表明：无论是豆科或非豆科结瘤固氮植物基本都能在较为贫瘠的林地上生长、实践证 明，选择适宜的结瘤固氮植物，既可较为迅速地实现林地绿色覆盖，防止水土流失。又可较快地提 高土壤肥力，培肥改土，同时也．可创造一定的经济效益。同安县小坪林场在水土流失区营造固氮 树种台湾相思，三年林地植被覆盖率即达８６％，有效地防止了水土流失。同时其固氮量达ｓｅｕ ｇｗ／ｎａ，土壤肥力得到了有效的提高；邵武市林委在新开公路下方新土裸露地营造消木，二年 林地就郁闭，’年生林木高度达６．ｓｉｎ，固氮量为８６ｋｇＮ／ｈａ，有效地防止了弃土面的 水土流失；广东、福建沿海木麻黄防风固沙林固氮量每年可达ｓｋｇＮ／ｈａ；福建亚热带植物研 究所报道闽南山地水土流失区栽培金合欢三年即可达到郁闭，固氮量为６２．７ｋｇＮ／ｈａ；尤 溪县林委在分水岭、山脊线上大力营造固氮树种杨梅，既保持了水土．又提高了经济效益，福建林 学院在长汀河田镇水土流失区营造消术获得成功．保持了水土，提高了土壤肥力；林业用地采伐迹 地炼山是我省林业用地水土流失的主要原因之一，福建林学院在杉木幼林林地套种豆科固氮植物印 度页豆等作物，既保持了水土，又提高了土壤肥力，增加了经济收入，做到了社会、生态、经济三 大效益的发挥。固氮树种一般落叶量大，分解迅速，可改良土壤结构，调节水分，培肥改土。据四 川林科院报道，消木是一优良的肥料树种，其叶含氮量为２．７％，根瘤含氮量３．９％，用它与 柏木混交，可使柏木的高生长量提高１．７倍，胸径生长量提高１．４倍。混交林蓄积量比纯林增 加３０～５０％，且能朋显地培肥改土，提高地力。北方各省区也有利用赤杨、沙棘、胡枝子、紫 穗槐、沙枣等与针阔乔木树种混交，使土壤肥力提高和增加生长量的事例。利用固氮植物作为防止 水土流失，培肥改土的植物，是使林地始终保持绿色覆盖，实现生物多样性，防止水土流失，地力 衰退的重要途径。在自生固氮菌应用方面，美国路易斯安纳州采用室内人工培养自生固氮菌，再施 入林地土壤的方法，其与对照相比，固氮量增加３６ｋｇ／ｈａ·ａ。４问题讨论及展望如何更好 地利用空气中近８０％的气态氮是世界各国极力研究的课题，随着生物工程技术的发展，目前已找 到多种途径可以人工扩大根瘤菌宿主范围。实验证明，采用生长素和酶处理等方法，可以突破植物 细胞壁屏障，不但可以引导根瘤菌扩大豆种宿主共生范围，而且还可以导入非豆科植物细胞，实现 一菌多用的广谱根瘤接种剂的研制．这将为农林业生产带来明显的经济效益。目前，采用生物细胞 工程引导根瘤菌进入非宿主植物细胞已切实可行。世界各国生物学家目前都正在致力于这方面的研 究，这些突破性进展标志着固氮遗传工程研究正进入一新的历史阶段，为扩大共生固氮范围和向非 豆科植物转移固氮能力的研究开拓了新路。目前，由于人工林的比重越来越大，林地水土流失，地 力衰退的问题也日显突出，如何解决这一问题，笔者认为，在林业调查与设计中，挖掘和研究豆科 和非豆科结瘤固氮树种，并将其应用于造林、营林生产实践中，是解决这一问题的途径之一。营造 固氮树种，能有效覆盖林地、保持水土、恢复地力、培肥改上、营造固氮树种与主要针阔造林树种 混交林，能解决主要树种养分不敷出的问题，并提高生物多样性，当前，这是世界造林营林的趋势 之一。而且，挖掘与研究固氮树种，也是解决恶劣条件下逆境造林的有效生物技术手段。谈生物固 氮在林地水土保持上的应用@丁玉贞，徐昭壬，陈德斌$霞浦县林业局，福建省林业勘察设计院， 霞浦县林业局水土保持，生物固氮，固氮类型，豆科植物本文对生物固氮类型、作用以及它在林地 水土保持上的应用现状作了全面的分析，并针对生物固氮工程的发展进行讨论和展望。氮量为８６ ｋｇＮ／ｈａ，有效地防止了弃土面的水土流失；广东、福建沿海木麻黄防风固沙林固氮量每年可 达ｓｋｇＮ／ｈａ；福建亚热带植物研究所报道闽南山地水土流失区栽培金合欢三年即可达到郁闭 ，固氮量为６２．７ｋｇＮ／ｈａ；尤溪县林委在分水岭、山脊线上大力营造固氮树种杨梅，既保 持了水土．又提高了经济效益，福建林学院在长汀河田镇水土流失区营造消术获得成功．保持了水 土，提高了土壤肥力；林业用地采伐迹地炼山是我省林业用地水土流失的主要原因之一，福建林学 院在杉木幼林林地套种豆科固氮植物印度页豆等作物，既保持了水土，又提高了土壤肥力，增加了 经济收入，做到了社会、生态、经济三大效益的发挥。固氮树种一般落叶量大，分解迅速，可改良 土壤结构，调节水分，培肥改土。据四川林科院报道，消木是一优良的肥料树种，其叶含氮量为２ ．７％，根瘤含氮量３．９％，用它与柏木混交，可使柏木的高生长量提高１．７倍，胸径生长量 提高１．４倍。混交林蓄积量比纯林增加３０～５０％，且能朋显地培肥改土，提高地力。北方各 省区也有利用赤杨、沙棘、胡枝子、紫穗槐、沙枣等与针阔乔木树种混交，使土壤肥力提高和增加 生长量的事例。利用固氮植物作为防止水土流失，培肥改土的植物，是使林地始终保持绿色覆盖， 实现生物多样性，防止水土流失，地力衰退的重要途径。在自生固氮菌应用方面，美国路易斯安纳 州采用室内人工培养自生固氮菌，再施入林地土壤的方法，其与对照相比，固氮量增加３６ｋｇ／ｈａ·ａ。４问题讨论及展望如何更好地利用空气中近８０％的气态氮是世界各国极力研究的课题，随着生物工程技术的发展，目前已找到多种途径可以人工扩大根瘤菌宿主范围。实验证明，采用生长素和酶处理等方法，可以突破植物细胞壁屏障，不但可以引导根瘤菌扩大豆种宿主共生范围，
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