徐州市不同綠地類型土壤微生物空間分布及其特征變化

吳天文等

摘要[目的]土壤微生物是陸地生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)重要的生命體，對其所生存的微環(huán)境十分敏感，是土壤生態(tài)系統(tǒng)變化的預(yù)警和敏感指標(biāo)。[方法]對徐州市4種不同綠地類型進(jìn)行土壤理化性質(zhì)和土壤微生物的相關(guān)分析，系統(tǒng)研究其土壤微生物空間分布及其特征變化。[結(jié)果]就不同綠地類型中土壤微生物數(shù)量分布狀況而言，公園綠地>生產(chǎn)綠地>居民小區(qū)綠地>道路交通綠地。不同綠地類型土壤微生物量碳和氮的含量變化較大，與土壤有機質(zhì)含量變化趨勢較一致，即公園綠地最高，道路交通綠地最低。另外，不同綠地類型土壤微生物量碳與微生物量氮呈正相關(guān)。[結(jié)論] 為了較科學(xué)地分析不同綠地類型土壤微生物特征變化，需要對該城市綠地土壤進(jìn)行長期的取樣調(diào)查分析，并且結(jié)合當(dāng)?shù)鼐G地土壤歷年變化資料以及綠地植被進(jìn)行綜合分析。

關(guān)鍵詞城市綠地；土壤微生物量；土壤微生物活性；徐州市

中圖分類號S154文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2014）15-04642-05

Abstract[Objective] Soil microorganisms were important organisms in terrestrial ecosystems， which were very sensitive to their survival of the microenvironment. It was the warning and sensitive indicator of soil ecosystem changes. [Method]There were four types of green space in Xuzhou City. The spatial distribution and characteristic changes of soil physical and chemical properties and soil microbial were analyzed. [Result] According to soil microbial quantity distribution of the different types of green space， the order was park green space> productive plantation area>residential green space>road green space. The content of soil microbial biomass （carbon and nitrogen） changes relatively largely in different types of green space. Its variation tendency performances were almost the same with variation of the organic content of soil. The orgamic content in park green space was the highest， but lowest in road green space. In Addition， soil microbial biomass carbon（C） had positive correlation with nitrogen （N） in different types of green space. [Conclusion] In order to analyze the changes of soil microbial characteristics of different kinds of green spaces， long term sampling， investigation and analysis should be conducted. And comprehensive analysis should be carried out combined historical changes with the green space.

Key wordsUrban green space； Soil microbial biomass； Soil microbial activity； Xuzhou City

隨著我國城市化進(jìn)程的加快，城市人口密度迅速膨脹，城市居住環(huán)境也在急劇惡化，人們越來越認(rèn)識到加強城市生態(tài)建設(shè)對促進(jìn)人類健康以及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要性。城市綠化發(fā)展后不僅能豐富生物種群，而且對城市生態(tài)環(huán)境起到一定的改善作用[1]。土壤是影響城鎮(zhèn)綠化植物生長的重要環(huán)境因子，是城市生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)內(nèi)的有機組成成分，也是城市綠地系統(tǒng)的重要組成因子[2]。城市綠地系統(tǒng)（Urban garden green space system）是由一定質(zhì)與量的各類綠地相互聯(lián)系、相互作用形成的綠色有機整體。國內(nèi)外對城市綠地系統(tǒng)的概念各不相同，但基本都包括城市范圍中對改善城市生態(tài)環(huán)境和生活條件具有直接影響的所有綠地[3]。綠地土壤作為城市綠地系統(tǒng)的重要組成部分，它不僅是城市植被的立地基礎(chǔ)、生長介質(zhì)，而且是城市生態(tài)系統(tǒng)、能量循環(huán)與轉(zhuǎn)化的必要環(huán)節(jié)[4]。綠地土壤受人類活動的影響強烈，破壞嚴(yán)重，不利于植被的生長。為了能最大化地發(fā)揮綠化的綜合效益，必須對城市綠地土壤進(jìn)行深入研究。

國外對于城市土壤微生物數(shù)量、微生物活性等方面的研究較多[5-8]。國內(nèi)對城市綠地土壤的研究雖較多，大多都局限于土壤污染、土壤形成、土壤肥力、土壤理化性質(zhì)等方面[9-14]，但對城市綠地土壤有關(guān)微生物方面的研究較少[15-16]。土壤微生物是陸地生態(tài)系統(tǒng)中重要的生命體，對所生存的微環(huán)境十分敏感，并且在土壤形成、肥力演變、植物養(yǎng)分有效化、有毒物質(zhì)降解及凈化等方面起著重要作用。土壤微生物學(xué)指標(biāo)（微生物數(shù)量、微生物量）被公認(rèn)為是土壤生態(tài)系統(tǒng)變化的預(yù)警及敏感指標(biāo)，對土壤質(zhì)量狀況研究具有重要的意義[17-18]。因此，應(yīng)及時開展對土壤微生物的系統(tǒng)研究，促進(jìn)綠色生態(tài)化城市的建設(shè)。以徐州市不同綠地類型為例，筆者研究了土壤微生物空間分布及特征變化，為城市綠化提供指導(dǎo)依據(jù)，使得土壤學(xué)與園林學(xué)有機結(jié)合，拓展土壤學(xué)的研究領(lǐng)域，同時為當(dāng)?shù)爻鞘芯G地合理布局和土壤質(zhì)量改良提供技術(shù)支持。

1材料與方法

1.1研究區(qū)域概況徐州市地處江蘇省西北部，地理位置為33°43′～34°58′N，116°22′～118°40′E，總面積1 157 100 hm2，總?cè)丝? 006.85萬人，其中市區(qū)面積（不包括賈汪區(qū)）有24 500 hm2，人口130.87萬人。該區(qū)屬于暖溫帶季風(fēng)氣候，年均氣溫14.3 ℃，1月平均氣溫0 ℃，7月平均氣溫27.0 ℃，極端最高氣溫40.6 ℃，極端最低氣溫-22.6 ℃；多年平均降水量847.9 mm，季節(jié)分配不均，春季、夏季、秋季、冬季降水分別占全年降水量的18.6%、56.8%、18.9%、5.7%。建成市區(qū)園林綠地面積3 823.20 hm2，綠地率32.4%；綠化覆蓋面積4 283.40 hm2，綠化覆蓋率36.3%；公共綠地面積1 046.24 hm2，人均公共綠地面積7.96 m2。市區(qū)土壤主要包括粗骨褐土與淋溶褐土2個亞類，自然生長有雜草、旱生闊葉林植被，土壤層次發(fā)育明顯，其剖面形態(tài)一般由表土層、淀積層、母質(zhì)層組成。據(jù)分析統(tǒng)計，表土層質(zhì)地為輕壤～中壤，土壤容重為1.18～1.39 g/cm3，總孔隙度為40.7%～519%，非毛管孔隙度為4.8%～12.7%；石灰反應(yīng)強，碳酸鈣含量為85～110 g/kg，土壤pH 7.5～8.5，表土層至淀積層陽離子交換量為10.7～23.6 cmol/kg土，表土層有機質(zhì)平均為10.3～28.2 g/kg，全氮0.70～1.63 g/kg，全磷0.62～1.35 g/kg，全鉀20.1～30.3 g/kg，堿解氮55.0～105.0 mg/kg，速效磷3.0～8.5 mg/kg，速效鉀120.5～195.0 mg/kg[4]。

1.2研究方法該文研究對象是徐州市不同綠地類型土壤。先將徐州市綠地按利用方式的不同劃分公園綠地、居民小區(qū)綠地、道路交通綠地及生產(chǎn)綠地4種類型[19]；再根據(jù)實際調(diào)查條件，每個綠地類型選取2個采樣區(qū)，共8個典型采樣區(qū)，采集相應(yīng)土樣，帶至實驗室，進(jìn)行土壤理化性質(zhì)和土壤微生物的相關(guān)分析。城市綠地各樣區(qū)土壤基本狀況見表1。

對采集的土樣做室內(nèi)分析，土壤理化性質(zhì)分析項目及方法[20]為：土壤硬度測定用硬度計法，土壤含水量測定用烘干法；土壤有機質(zhì)測定采用重鉻酸鉀氧化—硫酸亞鐵還原滴定法，全氮測定采用半微量凱氏法，堿解氮測定采用堿解—擴(kuò)散法，有效磷測定采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法，pH測定采用酸度計法。土壤微生物分析項目及方法[21]為：土壤主要微生物類群數(shù)量分析采用平板梯度稀釋法；土壤微生物量碳測定采用氯仿熏蒸—培養(yǎng)法；土壤微生物量氮測定采用氯仿熏蒸—浸提法；土壤呼吸強度測定采用堿吸收滴定法；FDA水解值測定采用FDA水解活性分析法。

2結(jié)果與分析

2.1不同綠地類型土壤微生物數(shù)量分布狀況

2.1.1不同綠地類型土壤微生物數(shù)量的變化。由于城市綠地利用方式的不同，土壤微生物數(shù)量上存在一定的差異。按植被類型的不同，可劃分為喬木、灌木、草灌、花卉等類型。由表2可知，細(xì)菌、真菌、放線菌三大類群微生物總數(shù)的大小順序為公園綠地>生產(chǎn)綠地>居民小區(qū)綠地>道路交通綠地。其中，公園綠地類型中花卉綠地土壤微生物數(shù)量最高，比道路交通綠地土壤微生物數(shù)量高出近2.08×107/g。公園綠地土壤表層植物群落較豐富，人為栽植培育較多，有利于微生物的生長；居民小區(qū)綠地、生產(chǎn)綠地植被較單一，植物長勢較一般；道路交通綠地由于城市道路建設(shè)、管道鋪設(shè)等人為活動的擾動，植物長勢較差，土壤結(jié)構(gòu)受到破壞，相對的土壤微生物數(shù)量較少。

2.1.2不同綠地植被類型對微生物數(shù)量構(gòu)成的影響。土壤中重要的微生物類群有細(xì)菌、放線菌、真菌等。細(xì)菌大多數(shù)是異養(yǎng)型的。異養(yǎng)型細(xì)菌在土壤中最主要的作用是分解有機質(zhì)，并且釋放CO2和礦物質(zhì)養(yǎng)分。真菌大多數(shù)為多細(xì)胞的微生物，少部分為單細(xì)胞。真菌是異養(yǎng)型的，并且基本上是好氣性的，主要集中在表層活動。它們具有復(fù)雜的酶系統(tǒng)，分解植物殘體的能力很強，纖維素、脂類、木質(zhì)素、單寧等較難分解的有機質(zhì)也能被分解掉。放線菌以分解有機物為主，其分解纖維素和含氮有機物的能力較強。由表2可知，按不同植被類型城市綠地土壤中細(xì)菌、真菌、放線菌所占的百分比平均狀況來看，生產(chǎn)綠地細(xì)菌數(shù)量的百分比最高為906%，其次是公園廣場綠地83.8%，居民小區(qū)綠地72.5%，道路交通綠地67.1%；道路交通綠地放線菌數(shù)量的百分比最高為265%，其次是居民小區(qū)綠地20.5%，公園綠地131%，生產(chǎn)綠地7.5%；居民小區(qū)綠地真菌數(shù)量的百分比最高為7.0%，其次是道路交通綠地6.5%，公園綠地6.0%，生產(chǎn)綠地23%。應(yīng)用SPSS軟件進(jìn)行差異性分析，可知不同綠地類型間細(xì)菌數(shù)量所表現(xiàn)出的差異性較明顯；就放線菌數(shù)量來說，道路交通綠地、公園綠地的土壤微生物數(shù)量之間具有較明顯的差異；不同綠地類型間真菌數(shù)量上差異較復(fù)雜?？傊煌脖活愋蛯ν寥牢⑸飻?shù)量的影響較大，其中對細(xì)菌數(shù)量的影響最大，對真菌數(shù)量的影響最小。

2.1.3不同綠地類型土壤物理性質(zhì)對微生物主要類群的影響。土壤硬度是土壤的物理性質(zhì)之一，對土壤翻耕的難易程度、水分狀況、植物根系的發(fā)育和分布等都有重要意義，而含水量是土壤含水特性的重要指標(biāo)[22]。由表3可知，公園綠地中的泉山森林公園由于離市區(qū)較遠(yuǎn)且地域面積較大，人為干擾影響較小，表層土壤硬度為13.15 kg/cm2，小于道路交通綠地的土壤硬度20.57 kg/cm2。道路交通綠地土壤含水量最低，土壤硬度最高，土壤較裸露；草、灌木植被類型中的土壤微生物數(shù)量從大到小的順序為生產(chǎn)綠地>居民小區(qū)綠地，主要是由于生產(chǎn)綠地植物種類較多，有草地和草灌地，含水量較高，可滿足微生物生長的需求；居民小區(qū)綠地植被種類相對較少，同時受人為干擾、周圍環(huán)境的影響較大；公園綠地土壤含水量較高，硬度相對較低，土質(zhì)疏松，通氣好，有利于微生物的生長。

2.1.4不同綠地類型土壤養(yǎng)分狀況對土壤微生物的影響。土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分匯集的巨大動力。一個高質(zhì)量的土壤應(yīng)該具有良好的生物活性和穩(wěn)定的微生物種群組成。因此，土壤微生物被認(rèn)為是表征土壤質(zhì)量變化最敏感、最有潛力的指標(biāo)[23]。城市綠地土壤特殊的形成過程與相關(guān)的物理性質(zhì)導(dǎo)致其養(yǎng)分狀況、化學(xué)性質(zhì)與其他土類不同[24]。由表4可知，土壤有機質(zhì)平均含量的大小順序為生產(chǎn)綠地>公園綠地>居民小區(qū)綠地>道路交通綠地；土壤全氮平均含量的大小順序為公園綠地>生產(chǎn)綠地>居民小區(qū)綠地>道路交通綠地；土壤堿解氮平均含量的大小順序為公園綠地>生產(chǎn)綠地>居民小區(qū)綠地>道路交通綠地；土壤速效磷平均含量的大小順序為生產(chǎn)綠地>公園綠地>居民小區(qū)綠地>道路交通綠地；土壤pH均在8.0～8.6之間，相差不大，土壤向偏堿性方向演變。生產(chǎn)綠地、公園綠地的有機質(zhì)平均含量較高，其他養(yǎng)分指標(biāo)也較高。相對居民小區(qū)、道路交通綠地而言，2類綠地在使用過程中注重人工施肥培育來提高土壤肥力，如割草、澆水、打理等，植物長勢較好，生產(chǎn)綠地土壤有機質(zhì)含量高達(dá)13.46 g/kg，堿解氮為56.80 mg/kg，較好地為土壤微生物生長提供養(yǎng)料。居民小區(qū)綠地土壤有機質(zhì)含量相對較低，主要是由于居民小區(qū)保潔人員對枯枝落葉的清理以及小區(qū)各方面建設(shè)的影響、建筑垃圾填埋以及土質(zhì)中砂礫石、塵土較多。道路交通綠地各項指標(biāo)均最低。道路鋪設(shè)翻新等行為導(dǎo)致行道樹土壤表層有機質(zhì)含量降低，塵土、砂礫石含量多，土壤微生物數(shù)量最少。

由表5可知，不同綠地類型土壤微生物數(shù)量變化與土壤養(yǎng)分（有機質(zhì)、堿解氮、有效磷）呈正相關(guān)，即土壤微生物數(shù)量隨著土壤養(yǎng)分的增加而增加，反之減少。這主要是因為土壤養(yǎng)分為微生物生長提供養(yǎng)料；同時，土壤養(yǎng)分增加，土壤微生物活性增強，不斷分解枯枝落葉等有機質(zhì)，改善土壤的理化性質(zhì)，在一定程度上為微生物的生長提供養(yǎng)料，微生物數(shù)量增加。在綠地土壤管理改良的過程中，適當(dāng)增加土壤養(yǎng)分是很有必要的。不同綠地類型土壤微生物數(shù)量與pH呈負(fù)相關(guān)，即徐州市綠地土壤有呈堿性發(fā)展的趨勢，隨著土壤堿性的增強，土壤微生物數(shù)量慢慢減少。

2.2不同綠地類型土壤微生物量碳、氮的變化

2.2.1不同綠地類型土壤微生物量碳的變化。土壤微生物量碳在土壤全碳含量中所占比例小，一般只有百分之幾，但它是土壤有機質(zhì)中最活躍的一部分。土壤微生物量碳對土壤環(huán)境因子的變化很敏感，土壤的微小變化都會引起土壤活性的變化[25]。不同綠地類型土壤微生物量碳的變化較大。由圖1可知，公園綠地土壤微生物量碳含量最高，生產(chǎn)綠地次之，道路交通綠地即行道旁人工喬木、灌木叢土壤微生物量碳含量最低。不同綠地類型土壤微生物量碳含量之間的差異性也較大，公園綠地與其他綠地類型之間的差異大，道路交通綠地與居民小區(qū)綠地即行道綠地（人工喬木地、人工灌木叢）之間差異較小，變化趨勢較緩。這主要與相應(yīng)的綠地管理措施、植被類型、城市建設(shè)等方面的原因有關(guān)。從土壤微生物量碳與土壤有機質(zhì)含量相關(guān)性分析（圖2）可以看出，土壤微生物量碳與土壤有機質(zhì)含量大致呈正相關(guān)關(guān)系，土壤微生物量碳與土壤有機質(zhì)含量的一元一次回歸方程為：y=3.06x-1441，r=0.511 1，即綠地土壤有機質(zhì)含量高，土壤微生物量碳含量也高，反之相應(yīng)減少。

3結(jié)論與討論

（1）由于城市綠地利用方式不同，土壤微生物數(shù)量存在一定差異。從細(xì)菌、真菌、放線菌三大類群微生物總數(shù)的平均狀況來看，公園綠地>生產(chǎn)綠地>居民小區(qū)綠地>道路交通綠地。其中，公園綠地類型中花卉土壤微生物數(shù)量最高，比道路交通綠地土壤微生物數(shù)量高出近2.08×107個/g干土。在三大類群微生物中，土壤微生物以細(xì)菌為主，其次是放線菌，真菌較少。

（2）土壤微生物數(shù)量與土壤有機質(zhì)、土壤養(yǎng)分呈正相關(guān)，隨著有機質(zhì)含量的增加而增加，反之減少；土壤微生物數(shù)量與pH呈負(fù)相關(guān)，隨著土壤堿性的增強微生物數(shù)量減少。

（3）不同綠地土壤微生物量碳、氮含量變化較大，其變化趨勢與土壤有機質(zhì)含量的變化趨勢較一致。公園綠地土壤微生物量碳、氮含量最高，道路交通綠地土壤微生物量碳、氮含量最低；土壤微生物量碳氮之間呈正相關(guān)，兩者變化趨勢相似。

（4）該研究對徐州市不同綠地類型土壤僅進(jìn)行了一次性的取樣分析，但由于土壤整體環(huán)境是不斷演變的，為了可以較科學(xué)地分析不同綠地類型土壤微生物特征變化，需要對該城市綠地土壤進(jìn)行長期的取樣、調(diào)查、分析，并且結(jié)合當(dāng)?shù)鼐G地土壤歷年變化資料以及綠地植被進(jìn)行綜合分析。

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