4種景觀林對(duì)空氣微生物的抑制作用

周單紅，馬世鋒，王少登，姜麗麗，張汝民，侯 平

（浙江林學(xué)院 林業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，浙江 臨安 311300）

植物揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs，volatile organic compounds）是通過植物體內(nèi)的次生代謝途徑合成的低沸點(diǎn)、易揮發(fā)的小分子化合物大約有3萬種［1］，主要有萜烯類、苯基/苯丙烷類和脂肪酸衍生物［2－3］。在生態(tài)系統(tǒng)中，植物VOCs是重要的化學(xué)信息傳遞物質(zhì)，在調(diào)節(jié)植物的生長、發(fā)育和繁衍，抵御環(huán)境脅迫以及預(yù)防動(dòng)物和昆蟲的危害等方面具有重要作用［4］，同時(shí)具有抑制空氣微生物，改變環(huán)境的氧化還原狀態(tài)，改變空氣對(duì)流層化學(xué)成分和全球碳循環(huán)的作用［5－6］。在城市綠化中，人們從以往單純追求園林藝術(shù)效果，逐漸過渡到藝術(shù)與生態(tài)并重，越來越重視植物VOCs在 “植物—環(huán)境—人”關(guān)系中的作用。近年來，已有不少研究表明園林植物通過釋放VOCs能夠抵抗病原微生物的入侵、生長和繁衍，減少或殺死空氣中的微生物［7－9］，且不同園林植物除菌效果差異較大［10－11］。筆者選取園林綠化中使用頻率較高的桂花Osmanthus fragrans，樟樹Cinnamomum camphora，楊梅Myrica rubra和黃皮剛竹Phyllostachys sulphurea等4種園林景觀林開展研究，探索它們對(duì)空氣中微生物群體結(jié)構(gòu)影響的動(dòng)態(tài)，為揭示不同景觀林在清潔空氣方面的作用提供科學(xué)素材，為園林綠化設(shè)計(jì)者提供景觀設(shè)計(jì)依據(jù)。

1 研究地概況

浙江林學(xué)院東湖校區(qū)位于浙江省臨安市屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，溫暖濕潤，四季分明。校園總面積157.3萬m2，其中綠地占校園總面積的53.4%。東湖校區(qū)是一所校園與植物園兩園合一的大學(xué)校園，植物園內(nèi)建有木蘭園、桂花園、薔薇園、石竹園等22個(gè)園區(qū)，規(guī)劃設(shè)計(jì)各類植物2 188種。

本研究在校園內(nèi)選取了5個(gè)樣地，各樣地面積為400～500 m2：桂花Osmanthus fragrans林，樹高為2.5～3.5 m，枝下高0.5～0.8 m，郁閉度85%，混有少數(shù)雞爪槭Acer palmatum，林下雜草較多，緩坡；楊梅Myrica rubra林，樹高為2.0～3.5 m，枝下高0.5～1.0 m，郁閉度75%，純林，林下雜草較少，緩坡；黃皮剛竹Phyllostachys sulphurea林，株高為4.0～6.5 m，枝下高0.9～1.5 m，純林，郁閉度90%，純林，林下雜草較少，平地；樟樹Cinnamomum camphora林，樹高為7.0～9.0 m，枝下高1.5～2.5 m，郁閉度 70%，混有少量含笑 Magnolia figo，木蓮 Manglietia fordiana，杉木 Cunninghamia lanceolata等，林下雜草多，平地；以無植物生長的空曠地（五舟廣場(chǎng)）為對(duì)照樣地。

2 材料與方法

2.1 培養(yǎng)基的配制

采集空氣細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基，采集空氣真菌采用馬丁氏培養(yǎng)基，采集空氣放線菌采用高氏 1號(hào)瓊脂培養(yǎng)基［12］。

2.2 采樣方法與時(shí)間

采用自然沉降法，于2008年3月中旬的晴朗天氣對(duì)所選樣地進(jìn)行采樣，各個(gè)樣地均設(shè)4個(gè)樣點(diǎn)，由林外向林內(nèi)依次設(shè)置，采樣時(shí)間為9∶00－11∶00，并于3月下旬對(duì)部分樣地做日變化規(guī)律研究，從7∶00－19∶00每3 h采樣1次，重復(fù)3次·樣點(diǎn)－1。暴露時(shí)間10 min，采樣高度1.2 m，使空氣中微生物粒子自然降落在平皿培養(yǎng)基表面，然后包好帶回實(shí)驗(yàn)室，在30℃下恒溫培養(yǎng)，細(xì)菌48 h，真菌72 h，放線菌96 h后檢查其菌落數(shù)。

2.3 數(shù)據(jù)處理

采用奧梅斯基公式［13］計(jì)算空氣微生物的濃度：E為空氣中微生物的濃度（個(gè)·m－3）；N為培養(yǎng)皿中菌落平均數(shù)（個(gè)）；A為培養(yǎng)皿的面積（cm2）；t為采樣時(shí)間（min）。抑菌率的計(jì)算公式為：Y為植物抑菌率（%）；Ej為對(duì)照地空氣微生物濃度（個(gè)·m－3）；Ei為林地空氣微生物濃度（個(gè)·m－3）。采用SPSS 16.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和方差分析。

2.4 評(píng)價(jià)

按中國科學(xué)院生態(tài)中心推薦使用的空氣微生物評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)空氣微生物狀況［14］。

3 結(jié)果與分析

3.1 4種景觀林對(duì)空氣微生物結(jié)構(gòu)特征的影響

采用自然沉降法對(duì)不同樣地中空氣微生物總濃度進(jìn)行了調(diào)查（表1）。分析可知，楊梅林、桂花林和竹林對(duì)空氣微生物具有明顯的抑制作用，與對(duì)照相比，分別降低了31.8%，45.8%和67.3%（P＜0.01），竹林抑菌效果最好，而樟樹林空氣微生物濃度略高于對(duì)照，與對(duì)照無顯著差異。方差分析表明，4種林分之間空氣微生物濃度差異呈極顯著水平（P＜0.01），竹林、樟樹林與其他林分之間都具有顯著差異（P＜0.05），楊梅林和桂花林之間差異不顯著。

表1 不同林分空氣微生物濃度Table 1 Airborne microbes concentration in different stand types

分別對(duì)樟樹林、楊梅林、桂花林和竹林中空氣細(xì)菌、真菌和放線菌的抑菌率進(jìn)行比較（圖1）：4種景觀林對(duì)空氣細(xì)菌均具有明顯的抑制作用，與對(duì)照相比空氣細(xì)菌濃度分別降低了38.9%，70.0%，62.2%和 91.1%（P＜0.01）；桂花和竹林對(duì)真菌和放線菌具有抑制作用，與對(duì)照相比，真菌濃度分別降低了 43.3%（P＜0.01）和 26.7%（P＜0.05），放線菌濃度分別降低了12.5%（P＜0.05）和 31.3%（P＜0.01）；而楊梅林和樟樹林對(duì)空氣真菌和放線菌反而具有促進(jìn)作用，與對(duì)照相比真菌濃度分別增加了6.7%和10.0%，放線菌濃度分別增加了75.0%和62.5%（P＜0.01）。

圖1 4種林分對(duì)空氣微生物的影響Figure 1 Effects on arborne microbes from 4 stand types

方差分析表明：4種林分之間對(duì)空氣細(xì)菌的抑制作用的差異為極顯著（P＜0.01），除楊梅林與桂花林之間差異不顯著，其他林分之間也都具有顯著或極顯著差異；林分之間對(duì)空氣真菌和放線菌抑菌率的差異也呈顯著水平（P＜0.05），樟樹林和楊梅林，桂花林和竹林彼此之間不顯著，其他林分之間差異為顯著或極顯著。

3.2 4種景觀林抑菌作用的日變化特征

不同林分對(duì)空氣細(xì)菌、真菌和放線菌抑制作用的日變化特征（圖2）顯示：楊梅林、樟樹林、桂花林對(duì)空氣細(xì)菌的抑菌率的日變化基本一致（圖2a），從7∶00－13∶00抑菌作用逐漸增強(qiáng)，13∶00后呈下降趨勢(shì)，桂花和樟樹在16∶00后又略有增加。中午13∶00抑菌作用均最強(qiáng)，與對(duì)照相比細(xì)菌濃度分別減少了85.4%，29.2%，70.9%（P＜0.01），與7∶00和16∶00相比，楊梅分別降低了35.4% 和30.0%（P＜0.01），樟樹分別降低了 20.7% 和 17.7%（P＜0.05），桂花分別都降低了 54.3%（P＜0.01）。可見在一天中，不同林分對(duì)空氣細(xì)菌都具有顯著的抑制作用，抑菌作用的日動(dòng)態(tài)特征也基本一致，并且在各個(gè)觀測(cè)時(shí)段林分之間的抑菌率都存在顯著差異（P＜0.05）。

林分對(duì)空氣放線菌和真菌抑菌作用日變化規(guī)律與細(xì)菌不同：早、晚相對(duì)較高，在10∶00－13∶00抑菌作用最弱（圖2b和圖2c）。對(duì)空氣放線菌抑菌作用的日變化（圖2b）為：樟樹林在10∶00抑制作用最弱，與對(duì)照相比增加了 36.7%（P＜0.05），最高抑菌率在 16∶00比對(duì)照降低了 79.4%（P＜0.01）；竹林和桂花林在13∶00抑制作用最弱，與對(duì)照相比分別增加了29.2%和51.7%（P＜0.01），最高抑菌率均在7∶00，分別比對(duì)照減少了87.5%和85%（P＜0.01）?？諝庹婢志饔玫娜兆兓▓D2c)早晨7∶00，桂花林、樟樹林和竹林與對(duì)照相比具有抑菌作用，分別降低了7.7%，50.0%和55.4%（P＜0.01），然后抑菌作用逐漸減弱，到10∶00林地空氣真菌濃度反而高于對(duì)照，分別增加了67.6%，35.9%和25.0%（P＜0.05），10∶00－13∶00抑菌作用又逐漸增強(qiáng)，13∶00以后各林分抑菌率變化規(guī)律不是很一致。一天不同時(shí)刻，林分對(duì)空氣真菌和放線菌的作用效果不同，早晚具有明顯的抑制作用，而大多在中午時(shí)刻卻起到了顯著的促進(jìn)作用，且不同林分之間的變化特征存在差異。

4 結(jié)論與討論

圖2 空氣微生物抑菌率日變化曲線Figure 2 Diurnal variations of airborne microbes inhibitory rates

竹林、桂花林、楊梅林和樟樹林對(duì)空氣細(xì)菌都具有極顯著的抑制作用，不同植物之間差異顯著，抑菌作用強(qiáng)弱依次為竹林、楊梅林、桂花林和樟樹林（圖1），且4種景觀林對(duì)空氣細(xì)菌抑制作用的日變化均是中午抑菌效果最好，早、晚較差，不同林分的抑菌效果在全天各個(gè)觀測(cè)時(shí)段一直存在顯著差異（圖2a）。林分對(duì)空氣細(xì)菌抑菌作用及其日變化規(guī)律，符合植物殺菌素形成與植物生長發(fā)育規(guī)律相關(guān)的假說：植物VOCs主要是由于植物與自然的協(xié)同進(jìn)化而產(chǎn)生的，一方面，植物VOCs產(chǎn)生受昆蟲、微生物、人類和環(huán)境等因素干擾的影響；另一方面植物VOCs能對(duì)昆蟲、微生物起到抑制作用，減少自身受傷害［15－16］。植物分泌具有殺菌作用的物質(zhì)，就是為了保護(hù)植物本身不受外界微生物的危害，尤其是對(duì)植物有致病力的微生物的危害。植物殺菌素在植物生長旺盛時(shí)殺菌作用最強(qiáng)，隨著植物生長代謝減弱或個(gè)體死亡，則分泌殺菌素的過程也即中止。多數(shù)植物VOCs的釋放遵循晝夜節(jié)律變化，即白天VOCs的釋放量增加，而夜間釋放量減?。?5－16］，所以早、晚植物抑菌殺菌作用較弱。

對(duì)于空氣真菌和放線菌的現(xiàn)在研究較少［17－18］。本研究表明，4種景觀林對(duì)空氣真菌和放線菌有起到抑制作用的，也有起到促進(jìn)作用的（圖1），可以推測(cè)，不同林分對(duì)空氣真菌和放線菌的作用特點(diǎn)存在差異，還需更多的研究。雖然林分可能對(duì)真菌和放線菌具有促進(jìn)作用，但也并不說明這種作用對(duì)環(huán)境一定是不利于人們的健康。因?yàn)檎婢谧匀唤缰杏?0萬多種，其中能引起人或動(dòng)物感染的僅占約300種，而大多數(shù)放線菌對(duì)人、畜和植物的病害具有重要保護(hù)價(jià)值。所以，在今后的研究中有必要進(jìn)一步了解不同林地中真菌和放線菌的組成結(jié)構(gòu)，進(jìn)而判斷其影響利弊。

空氣真菌和放線菌抑菌率日變化規(guī)律與細(xì)菌不同，是早、晚相對(duì)較高，在10∶00－13∶00間抑菌作用最弱（圖2b和圖2c）。其原因是空氣中真菌、放線菌的主要來源大都是土壤、污水和腐化物等，10∶00以后經(jīng)太陽輻射林地內(nèi)溫度逐漸升高，同時(shí)林內(nèi)地面水分蒸發(fā)，使得林內(nèi)濕度較高，林內(nèi)空氣對(duì)流較強(qiáng)，這種情況比較易于真菌、放線菌從土壤進(jìn)入空氣當(dāng)中，所以與對(duì)照相比其濃度明顯升高；同時(shí)依據(jù)植物殺菌素形成假說，也是空氣中真菌和放線菌對(duì)植物的干擾沒有空氣細(xì)菌所產(chǎn)生的影響大，所以植物沒有產(chǎn)生大量相應(yīng)防御性的VOCs對(duì)真菌和放線菌起到抑制作用，這一觀點(diǎn)需進(jìn)一步驗(yàn)證。

空氣微生物濃度已成為評(píng)價(jià)空氣清潔程度的重要指標(biāo)之一［19］，園林植物可以降低空氣微生物濃度。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)（表1），4種園林景觀林的空氣微生物濃度都小于3 000個(gè)·m－3屬于清潔范圍，但樟樹林非常接近3 000個(gè)·m－3，竹林卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)濃度。竹林和桂花林不僅有較強(qiáng)的抑菌能力，并且對(duì)空氣中3類微生物都具有很好的抑制作用，所以，在今后的園林建設(shè)中除考慮竹子的色彩、姿態(tài)和桂花的香氣外，還可以更多地考慮它們改善空氣質(zhì)量的生態(tài)價(jià)值，進(jìn)行合理配置。楊梅林和樟樹林雖然對(duì)真菌和放線菌具有促進(jìn)作用，但還需要進(jìn)一步研究來判別它們對(duì)環(huán)境影響的利弊。另外，本研究只對(duì)春季林分的抑菌率日動(dòng)態(tài)規(guī)律進(jìn)行調(diào)查，今后將進(jìn)一步開展這些林分在其他季節(jié)的抑菌效果研究，為園林建設(shè)中合理選擇和配置樹種提供更有效的依據(jù)，發(fā)揮植物凈化空氣功能，改善生活環(huán)境。

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