滬寧高速公路兩側(cè)土壤微生物量空間分布特征分析

楊寶玲 鄭阿寶 阮宏華

摘要[目的]研究滬寧高速公路兩側(cè)土壤微生物量的空間分布特征。[方法]以滬寧高速公路兩側(cè)土壤為研究對象，按不同的土地利用方式（有林帶和無林帶）采集土壤樣品，研究了公路兩側(cè)土壤微生物量的分布特征及土壤重金屬對微生物量的影響。[結(jié)果]滬寧高速公路兩側(cè)土壤微生物量則表現(xiàn)為表層0～10 cm高于下層10～25 cm；土壤微生物量隨公路垂直距離的增加而增加，100 m處土壤微生物量已達較高水平；土壤重金屬Cu含量與微生物量具有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。[結(jié)論]該研究為控制污染和綠色通道建設(shè)提供理論依據(jù)和參考。

關(guān)鍵詞高速公路；重金屬污染；土壤微生物量；空間分布

中圖分類號S188文獻標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2015）05-192-02

土壤微生物量是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的重要組成部分，在森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化中占有特別重要的地位。土壤微生物量及其周轉(zhuǎn)對植物有效養(yǎng)料起著儲備庫和源的作用，對土壤碳、氮、磷、硫的植物有效性及陸地生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)發(fā)生深刻影響[1-2]。微生物完成自身全部碳素的更新所需的時間稱為微生物量碳的周轉(zhuǎn)期，常作為土壤碳素循環(huán)的重要指標(biāo)之一[3]。因此土壤微生物量指標(biāo)被公認(rèn)為土壤生態(tài)系統(tǒng)變化的預(yù)警及敏感指標(biāo)[4]，對了解土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、循環(huán)、土壤微生物多樣性研究具有重要意義。公路建設(shè)對周圍環(huán)境特別是周圍的土壤生態(tài)環(huán)境有很大的影響，了解公路旁土壤微生物生物量特征、土壤重金屬污染對微生物量的影響，建立重金屬污染的微生物評價診斷指標(biāo)，為控制污

染和綠色通道建設(shè)提供理論依據(jù)和參考。筆者在此以滬寧高速公路兩側(cè)土壤為研究對象，按不同的土地利用方式（有林帶和無林帶）采集土壤樣品，研究了公路兩側(cè)土壤微生物量的分布特征及土壤重金屬對微生物量的影響。

1材料與方法

1.1研究地概況

滬寧高速東起上海，西止于南京馬群，為全封閉、全立交、高等級、多功能的現(xiàn)代化高速公路，全線采用交通部部頒標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，主線高速公路路基26 m，雙向8車道，每車道寬3.75 m，中央設(shè)3 m寬分隔帶，外側(cè)設(shè)2.5 m寬的緊急停車帶，通過能力每天達6萬輛次。以滬寧高速公路湯山至常州段為研究樣段，該路段周圍開闊，無工業(yè)污染源。采樣點用GPS精確定位，采樣點具體概況如表1所示。

1.2樣品采集

在公路沿線一側(cè)選取3個綠色通道段（有林帶）和3個對照段（無林帶）（表1），分別距路基5、10、20、50、100 m處采集0～10和10～25 cm層次的土壤樣品，在每個距離處并列等間距設(shè)置5個面積為1 m×1 m的小樣方，

作者簡介楊寶玲（1983-），女，山東濰坊人，講師，博士，從事森林生態(tài)學(xué)研究。*通訊作者，教授，博士，博士生導(dǎo)師，從事土壤生態(tài)學(xué)、森林生態(tài)學(xué)研究。

收稿日期2014-12-26

每個小樣方內(nèi)按照梅花形布點重復(fù)取樣，然后將5個小樣方采集的樣品充分混合，按“四分法”舍棄多余樣品，保留約 1 kg 土壤樣品。土壤樣品揀去根系、石塊、垃圾等雜物分別裝入自封袋中，同時記錄采集時間（2006年9月）、地點，帶回實驗室處理。該研究共采集60個土壤樣品。

1.3土壤重金屬測定

土壤樣品自然風(fēng)干、磨碎后過0.16 mm篩，用體積比為5∶1的HNO3-HClO4消煮，最后用美國PE公司的電感耦合等離子儀（ICP）測定樣品中Pb、Cu、Zn的含量。

1.4土壤微生物量測定

土壤樣品采用Jenkinson和Powlson于1976年提出的熏蒸培養(yǎng)方法（The fumigation incubation method，F(xiàn)I）。其原理就是將待測土樣經(jīng)氯仿熏蒸后，其中被殺死的微生物被后加入的原土樣中的微生物分解而釋放出CO2，根據(jù)釋放的CO2量和微生物礦化常數(shù)計算出該土樣中的微生物量[5]。

2結(jié)果與分析

2.1土壤微生物量在不同土層中的分布

滬寧高速公路空白段，距公路垂直距離5、10、50、100 m表現(xiàn)為表層0～10 cm微生物量高于下層10～25 cm，20 m處下層略高于上層；滬寧高速公路綠色通道段，除距公路垂直距離100 m處表層低于下層外，5、10、20、50 m均表現(xiàn)為表層0～10 cm高于下層10～25 cm（圖1）。

由此可見，滬寧高速公路土壤微生物量隨土壤層次的變化表現(xiàn)為表層0～10 cm高于下層10～25 cm，但有個別地方表現(xiàn)為下層略高于上層，主要原因是公路空白段均為農(nóng)田，綠色通道段除林帶外，林帶周圍或林帶中間也均被開墾為農(nóng)田，農(nóng)業(yè)耕作的深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止于試驗所設(shè)定的25 cm，加之農(nóng)田施肥、澆水、松土等一系列因素均對微生物量的大小有影響。

2.2土壤微生物生物量隨公路垂直距離的變化

滬寧高速公路無論空白段還是綠色通道段均表現(xiàn)為隨距公路距離的增加，土壤微生物生物量有明顯增加的趨勢，且綠色通道段微生物量的增加趨勢明顯高于空白段（圖1）。原因可能是高速公路兩側(cè)，尤其是空白段，由于沒有綠色通道的防護作用，受汽車尾氣、粉塵、重金屬等一系列污染較重，微生物活動受到抑制，酶活性降低，從而使微生物量降低；且滬寧高速公路路側(cè)土壤較貧瘠，修路痕跡明顯，石子、沙粒明顯，故距路基20 m范圍內(nèi)土壤微生物量均較低；綠色通道段由于樹木的遮擋防護作用，在50、100 m時土壤微生物量明顯高于空白段。

2.3土壤微生物生物量與重金屬之間的相關(guān)性分析

土壤微生物生物量在土壤中所占比例很小，但卻是土壤中有機質(zhì)最為活躍的部分。它調(diào)解著土壤養(yǎng)分的釋放和吸儲，對提高土壤養(yǎng)分的生物有效性和利用率起著積極的作用，因此，土壤微生物生物量可以反映出土壤養(yǎng)分的有效狀況及土壤生物活性，它是土壤質(zhì)量的一個重要方面。了解土壤微生物量與土壤重金屬之間的相關(guān)性，對研究重金屬污染下的土壤微生物的生態(tài)效應(yīng)，包括對土壤微生物及生物活性土壤中N、C、P和土壤肥力的影響，建立重金屬污染的微生物評價診斷指標(biāo)，為控制污染提供必要理論依據(jù)。

從表2可以看出，滬寧高速公路，重金屬Cu的含量與微生物量具有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。隨重金屬含量的增加，土壤微生物生物量碳逐漸減少。與一些研究一致[6-12]。而土壤重金屬Zn、Pb與土壤微生物生物量之間沒有明顯相關(guān)性。

綜上所述，重金屬污染對微生物量存在不同程度的影響，其影響程度與重金屬種類、濃度、土壤理化性質(zhì)、重金屬單一或復(fù)合污染有關(guān)，現(xiàn)在還缺乏足夠的知識建立一套重金屬毒性影響微生物生物量的系統(tǒng)理論，還無法解釋研究中存在的矛盾和分歧。

3結(jié)論

（1）滬寧高速土壤微生物生物量則表現(xiàn)為表層0～10 cm高于下層10～25 cm。

（2）滬寧高速公土壤微生物生物量隨公路垂直距離的增加而增加，100 m處土壤微生物生物量已上升到較高水平。

（3）滬寧高速公路土壤重金屬Cu含量與微生物量具有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，而土壤重金屬Zn、Pb與土壤微生物生物量之間沒有明顯相關(guān)性。

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責(zé)任編輯宋平責(zé)任校對李巖