泰安市不同綠地土壤微生物群落結(jié)構(gòu)分析

梁強(qiáng)++李傳榮++張鋒++張衍嵩+賈凱華++張彩虹

摘要：土壤微生物是土壤物質(zhì)循環(huán)和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的動(dòng)力，是土壤速效養(yǎng)分、有效養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)的儲(chǔ)備庫，可參與土壤生化過程，分解轉(zhuǎn)化有機(jī)質(zhì)固定養(yǎng)分。土壤微生物數(shù)量大小可直接反映一個(gè)地區(qū)土壤狀況好壞。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市中的功能區(qū)越來越多，為了解城市內(nèi)不同功能的綠化類型對(duì)于土壤環(huán)境狀況的影響，選取泰安市兩類不同的綠化類型（道路林和小區(qū)綠化林），利用稀釋平板法測(cè)定不同類型土壤微生物數(shù)量，從而探究不同類型的綠化植被和土壤質(zhì)量的變化規(guī)律。結(jié)果表明，土壤中微生物菌落總數(shù)為798.21×104 cfu·g-1干土，且大多數(shù)為放線菌﹥細(xì)菌﹥真菌；細(xì)菌、放線菌、真菌的數(shù)量都是道路區(qū)大于居民區(qū)；真菌與植被覆蓋率的關(guān)系明顯，植被覆蓋率大和小的區(qū)域土壤微生物數(shù)量均大于中等植被覆蓋率；植被類型對(duì)土壤中微生物數(shù)量有顯著影響，表現(xiàn)為以灌木為主>喬木為主>草本為主。說明，不同綠化類型對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)影響很大，科學(xué)合理的園林規(guī)劃有利于高效改善綠地土壤狀況。

關(guān)鍵詞：微生物數(shù)量；城市綠地；植被覆蓋率；群落結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：S731.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2017）02-0099-06

城市綠地是由各類綠地相互作用和聯(lián)系形成的有機(jī)整體[1]，可以有效降低噪聲污染，吸收工業(yè)和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排放的有毒氣體，吸附空氣中的細(xì)微顆粒物。土壤是城市綠地植物的載體，是影響城市綠地植物生長(zhǎng)的重要環(huán)境因子，是城市生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中不可缺少的組成部分，對(duì)城市的建設(shè)和發(fā)展有著不可取代的作用[2]。土壤微生物是土壤物質(zhì)循環(huán)和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的動(dòng)力，是土壤速效養(yǎng)分、有效養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)的儲(chǔ)備庫，對(duì)于土壤有效養(yǎng)分的變化十分敏感[3，4]。土壤為微生物生長(zhǎng)和增殖提供了良好的化學(xué)營(yíng)養(yǎng)和物理結(jié)構(gòu)，是微生物的“天然棲息地”[5]。微生物可參與土壤生化過程，分解轉(zhuǎn)化有機(jī)質(zhì)固定養(yǎng)分，又可使母巖、母質(zhì)分解釋放速效礦質(zhì)養(yǎng)分，供給植物吸收和利用，還可以形成根際微生物、菌根等，參與植物的生命活動(dòng)，對(duì)土壤肥力、植物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能都有重大影響[6，7]。

國內(nèi)對(duì)于城市綠地土壤微生物的活性和數(shù)量也有研究。蔣炳伸[8]對(duì)不同植被類型覆蓋的城市綠地土壤微生物特征分析結(jié)果表明：從三大類群微生物總數(shù)的平均狀況來看，花卉綠地>人工草灌地>人工林地>人工草地>人工灌木地>分車帶綠地>行道綠地，花卉綠地比行道綠地土壤微生物數(shù)量多 269×105 cfu·g-1干土，且不同綠地土壤微生物生物量碳、氮的含量變化較大，其變化趨勢(shì)與土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化趨勢(shì)一致。孫福軍等[9]認(rèn)為，隨著城市化水平的提高，土壤中微生物數(shù)量表現(xiàn)為明顯的減少趨勢(shì)，其中變化較大的是細(xì)菌，而真菌和放線菌的變化不明顯。宋博等[10]的研究表明：土壤動(dòng)物的多樣性指數(shù)與土壤污染程度具有顯著的負(fù)相關(guān)性，可以利用多樣性指數(shù)指示土壤綜合污染程度。侯穎等[11]對(duì)河南省商丘市的城區(qū)、郊區(qū)和農(nóng)田的研究表明：城區(qū)和郊區(qū)土壤中的微生物明顯少于農(nóng)田，城市化改造對(duì)自然土的擾動(dòng)導(dǎo)致土壤質(zhì)量發(fā)生變化，從而使土壤微生物減少，而且真菌、細(xì)菌和放線菌的數(shù)量比例在城區(qū)、郊區(qū)和農(nóng)田里也有顯著不同。

城市功能區(qū)是整個(gè)城市職能的載體，可以集中反映城市所具特性，越發(fā)達(dá)的城市其功能區(qū)也就越多。不同功能區(qū)中綠地土壤的微生物群落結(jié)構(gòu)可能會(huì)有很大差別，不同的綠地配置也會(huì)使土壤微生物群落結(jié)構(gòu)受到影響。泰安市是旅游城市，道路眾多而且繁雜，道路區(qū)和居民區(qū)綠地面積較多。由此，以泰安市的道路區(qū)和居民區(qū)的綠化帶土壤為研究對(duì)象，探究泰安市主要綠地類型土壤中微生物的數(shù)量特征和不同綠地配置對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響，為泰安市科學(xué)合理的園林規(guī)劃和高效改善綠地土壤情況提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)域概況

泰安市位于山東省中部的泰山南麓，地理坐標(biāo)在東經(jīng)116°20′～117°59′、北緯35°38′～36°28′，屬于溫帶大陸性半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，寒暑適宜，光溫同步，雨熱同季。春季干燥多風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季晴和氣爽，冬季寒冷少雪。年平均氣溫13℃，7月份氣溫最高，平均26.4℃，1月份最低，平均-2.6℃。年平均降水量697 mm。泰安地處魯中山區(qū)，整個(gè)地勢(shì)自東北向西南傾斜，境內(nèi)擁有多種地貌類型，山地、丘陵、平原、洼地、湖泊兼而有之。

具體研究區(qū)域位于泰山區(qū)、岱岳區(qū)龍?zhí)堵泛蜏厝穬蓚?cè)，區(qū)域內(nèi)地勢(shì)由東北向西南逐漸降低，以山地、平原為主。南北約跨越0.103個(gè)緯度，東西約跨越0.045個(gè)經(jīng)度。

1.2樣地設(shè)計(jì)及土樣收集

于交通區(qū)道路林和居民區(qū)綠化林兩個(gè)功能區(qū)，選取10個(gè)樣地，其中A、B、C、D、E位于居民區(qū)，F(xiàn)、G、H、I、J位于交通區(qū)。具體樣地信息如表1所示。

采樣時(shí)，先去除地表凋落物，用鐵鏟挖開地下土層，在每個(gè)樣地0～10 cm深度取土樣，裝入自封袋帶回實(shí)驗(yàn)室，置于-4℃冰箱保存，供室內(nèi)土壤微生物數(shù)量測(cè)定。

1.3土壤微生物的培養(yǎng)與測(cè)定

細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量的測(cè)定采用稀釋平板測(cè)數(shù)法，其中，細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，真菌采用高氏1號(hào)培養(yǎng)基，放線菌采用孟加拉紅培養(yǎng)基。分別接種后置于無菌培養(yǎng)室進(jìn)行培養(yǎng)，其中，細(xì)菌37℃下培養(yǎng)2～3天，真菌28℃下培養(yǎng)3～5天，放線菌28℃下培養(yǎng)2～4天。然后，記錄每種菌的數(shù)量，并根據(jù)稀釋倍數(shù)進(jìn)行換算。每克土壤微生物數(shù)量=菌落數(shù)×稀釋倍數(shù)/取樣體積。

1.4分析方法

所有數(shù)據(jù)的處理和分析均由Microsoft Excel軟件和SPSS 19.0軟件完成。不同功能區(qū)水平間的數(shù)據(jù)用t檢驗(yàn)對(duì)比分析其差異顯著性（P<0.05）；不同植被類型間微生物數(shù)量的差異顯著性采用單因素方差分析（P<0.05）。各類微生物數(shù)量在不同植被覆蓋率、不同植被類型下的差異顯著性采用單因素方差分析（P<0.05）。

2結(jié)果與分析

2.1土壤微生物群落數(shù)量特征

不同種類微生物具有不同的生物學(xué)性狀，10個(gè)取樣點(diǎn)的土壤微生物數(shù)量分布主要特征如表2， 可以看出，樣地土壤微生物菌落總數(shù)為798.210×104 cfu·g-1干土，其中細(xì)菌菌落總數(shù)為383.755×104 cfu·g-1干土，放線菌菌落總數(shù)396.125×104 cfu·g-1干土，真菌菌落總數(shù)為18.330×104 cfu·g-1干土，總體微生物數(shù)量組成模式為放線菌>細(xì)菌>真菌，細(xì)菌和放線菌數(shù)量相當(dāng)且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于真菌數(shù)量。

從不同樣地來看，樣地A、D和I的微生物組成模式為細(xì)菌﹥放線菌﹥真菌， B、C、E、F、G、H、J的微生物組成模式為放線菌﹥細(xì)菌﹥真菌。樣地H的微生物數(shù)量明顯少于其它9個(gè)樣地，為6.165×104 cfu·g-1干土，少了有一個(gè)數(shù)量級(jí)之多。樣地F的微生物數(shù)量最多且明顯高于其它樣地，為179.890×104 cfu·g-1干土。從各個(gè)樣地三種微生物比例來看，樣地C、E、H、J中放線菌所占比例最大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于細(xì)菌和真菌比例，樣地D、I細(xì)菌所占比例最大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于放線菌和真菌比例，其余4個(gè)樣地中細(xì)菌和放線菌比例相當(dāng)且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于真菌比例。

表2 三類微生物的數(shù)量分布樣地

從圖1可以看出，三種類型微生物均顯示出相同變化規(guī)律，即道路區(qū)土壤微生物數(shù)量顯著大于居民區(qū)（P<0.05）。

2.3植被覆蓋率對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響

根據(jù)植被覆蓋率將樣地分為3組。一組植物覆蓋率<50%，包括采樣點(diǎn)C；二組50%≤植被覆蓋率< 80%，包括采樣點(diǎn)D、G、H、I、J；三組植被覆蓋率≥80%，包括采樣點(diǎn)A、B、E、F。

由圖2可知，二組微生物菌落總數(shù)顯著低于一組和三組（P<0.05），一組和三組間差異不顯著（P>0.05）；對(duì)于細(xì)菌來說，一組、二組、三組間

圖1不同功能區(qū)各類微生物數(shù)量的比較

均沒有顯著差異（P>0.05），細(xì)菌數(shù)量與植被覆蓋率無明顯相關(guān)關(guān)系；對(duì)于放線菌來說，二組顯著低于一組和三組（P<0.05），一組和三組之間差異不顯著（P>0.05），說明中等水平的植被覆蓋率能顯著降低土壤放線菌數(shù)量；對(duì)于真菌來說，其數(shù)量大體上隨著植被覆蓋率的增加而減少，一組真菌數(shù)量顯著高于二組和三組（P<0.05），但是二組和三組間差異不顯著（P>0.05）。

2.4植被類型對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響

為探討植被類型對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響，將調(diào)查樣地分為3組：Ⅰ組包括樣地A、B、D、F、I，植被類型以灌木為主；Ⅱ組包括樣地C、G、J，植被類型以喬木為主；Ⅲ組包括樣地E、H，植被類型以草本為主。

由圖3可知，三種植被類型的土壤微生物總數(shù)之間差異顯著（P<0.05），并表現(xiàn)為以灌木為主的植被類型>以喬木為主的植被類型>以草本為主的植被類型；對(duì)于土壤細(xì)菌數(shù)量而言，Ⅰ組顯著高于Ⅱ組和Ⅲ組（P<0.05），Ⅱ組和Ⅲ組之間差異不顯著（P>0.05），說明以灌木為主的植物配置類型中土壤細(xì)菌數(shù)量最多；對(duì)于土壤放線菌數(shù)量而言，Ⅱ組和Ⅲ組之間差異顯著（P<0.05），

Ⅰ組和Ⅱ組、Ⅰ組和Ⅲ組之間差異不顯著（P>0.05），說明以喬木和灌木為主的植物配置類型中土壤放線菌數(shù)量較多；對(duì)于土壤真菌數(shù)量來說，Ⅱ組顯著高于Ⅰ組和Ⅲ組（P<0.05），Ⅰ組和Ⅲ組之間差異不顯著（P>0.05），說明以喬木為主的植被配置類型中土壤真菌數(shù)量最多。3討論

微生物數(shù)量是衡量微生物生長(zhǎng)的重要指標(biāo)，能直接顯示某一地區(qū)土壤肥力、土壤健康狀態(tài)和是否有人類活動(dòng)的脅迫效應(yīng)[12]。姚晶晶[13]認(rèn)為土壤微生物是恢復(fù)環(huán)境的最先鋒，微生物的各項(xiàng)生理活動(dòng)可以顯著增強(qiáng)土壤生態(tài)系統(tǒng)的緩沖能力。土壤中微生物的種類和數(shù)量是土壤具有生物活性的決定者，土壤肥力狀況與微生物關(guān)系非常密切，微生物數(shù)量愈大，土壤微生物活性越高，肥力亦增大。本研究結(jié)果表明，土壤微生物總數(shù)為798.210×104 cfu·g-1干土，其中放線菌數(shù)量最多，為396.125×104 cfu·g-1干土，占微生物總菌落數(shù)的49.63%；細(xì)菌數(shù)量次之，為383.755×104 cfu·g-1干土，占微生物總菌落數(shù)的48.07%；真菌數(shù)量最少，只有18.330×104 cfu·g-1干土，占微生物總菌落數(shù)的2.3%。Aibalch等[14]的研究認(rèn)為在肥力好的土壤中，細(xì)菌所占比例較高；而在難分解物質(zhì)較多的土壤中，土壤微生物細(xì)菌所占比率相對(duì)較低，真菌和放線菌比率相對(duì)較高。宋敏等[15]對(duì)中亞熱帶喀斯特峰叢洼地坡耕地、草叢、人工林、灌叢、次生林 5 個(gè)不同生態(tài)系統(tǒng)土壤微生物的數(shù)量研究表明，其土壤微生物總數(shù)量為 4.27×104～3.14×106 cfu·g-1，其中人工林和次生林則為細(xì)菌>放線菌>真菌，坡耕地、草叢、灌叢土壤三大菌類的組成為放線菌>細(xì)菌>真菌。本研究區(qū)域與北亞熱帶喀斯特地貌相比，溫度較低，降雨量少，土壤微生物數(shù)量較少，三大菌類的組成與其研究結(jié)果一致，多為放線菌>細(xì)菌>真菌，表明不同綠化植被和水熱條件對(duì)土壤微生物數(shù)量、分布存在重要影響。

城鎮(zhèn)化也是影響土壤微生物數(shù)量的一個(gè)重要原因，隨著城市化的加深，土壤微生物數(shù)量會(huì)整體減少[16]。本研究樣地主要集中在道路區(qū)域和居民區(qū)域，道路兩旁綠化帶土壤每天會(huì)吸收道路上車輛排出的有毒氣體和細(xì)小顆粒物，還會(huì)遭到踐踏、車壓等人為擾動(dòng)[17]。在長(zhǎng)期凈化過程中，有的微生物形成了以有機(jī)污染物作為唯一碳源的代謝特點(diǎn)，從降解污染物中獲得能量進(jìn)行生長(zhǎng)增殖[18，19]，有的微生物還通過共代謝和共氧化降解有機(jī)污染物[20]。居民區(qū)綠地土壤更多的是遭受翻動(dòng)、回填、客土等人為擾動(dòng)。本研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量均是道路區(qū)>居民區(qū)，可能由于泰安是旅游城市，道路綠化帶每天澆水，從而增加了道路綠化帶土壤水分含量，使道路土壤微生物大量增殖。

本研究中，樣地植被覆蓋率差距較大，植被覆蓋率最大可達(dá)95%左右，最小只有40%左右。結(jié)果表明，最大植被覆蓋率條件下，土壤微生物數(shù)量最多，原因一方面可能由于高植被覆蓋率可以避免土壤直接被陽光暴曬，有效減少土壤吸收紫外線，起到保護(hù)微生物的作用，另一方面植被覆蓋率越大的地方人為干預(yù)越小，從而避免土壤被人為破壞和踩踏。此外，高覆蓋率區(qū)域凋落物多，有效增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)土壤微生物生長(zhǎng)繁殖。

各類微生物對(duì)于生長(zhǎng)環(huán)境的要求也不同，一般認(rèn)為，細(xì)菌在濕潤(rùn)的環(huán)境下更易增殖，能耐受低氧水平；真菌耐旱但是氧含量水平過低會(huì)導(dǎo)致大量減少；放線菌具有喜熱且耐旱的特性，但是生長(zhǎng)增殖慢，在土壤中主要參與難分解物質(zhì)的分解，只有當(dāng)土壤中各類微生物競(jìng)爭(zhēng)壓力減少時(shí)才會(huì)大量出現(xiàn)[12]。本試驗(yàn)采樣點(diǎn)分為三種類型：灌木為主、喬木為主和草本為主。不同植被類型組成導(dǎo)致其土壤中微生物生存的微環(huán)境不同。從土壤微生物總數(shù)來看灌木為主類型>喬木為主類型>草本為主類型。以灌木為主的植被類型更適合細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖，以喬木為主的植被類型更適合放線菌和真菌生長(zhǎng)繁殖，以草本為主的植被類型中，細(xì)菌、真菌和放線菌的數(shù)量都很小，說明草本為主的植被類型不適合微生物生長(zhǎng)繁殖。這與孫其遠(yuǎn)[21]研究的灌木類綠地>草坪類綠地>喬木類綠地有所不同。出現(xiàn)本研究結(jié)果的原因可能是：灌木為主的植被類型生長(zhǎng)旺盛，為土壤微生物提供了良好的濕熱條件，同時(shí)生長(zhǎng)旺盛的灌木凋落物較多，為土壤提供了較多的有機(jī)質(zhì)；喬木植物的根多在土壤深處，而且受人為破壞嚴(yán)重，有機(jī)質(zhì)含量偏少就造成了微生物數(shù)量減少；草地雖然根系發(fā)達(dá)，但人為踩踏嚴(yán)重，土壤壓實(shí)，抑制了土壤微生物的呼吸作用，導(dǎo)致土壤微生物數(shù)量較少。

4結(jié)論

通過對(duì)泰安市道路區(qū)域綠化帶土壤和居民區(qū)綠地土壤微生物群落的研究及植被類型和植被覆蓋率對(duì)其影響的探討，可以得出以下結(jié)論：一，泰安市道路林和小區(qū)綠化林的土壤微生物數(shù)量模式除A取樣點(diǎn)（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)本部）、D取樣點(diǎn)（豐園小區(qū)居民區(qū)）和I取樣點(diǎn)（天外村）為細(xì)菌>放線菌>真菌外，其它均表現(xiàn)為放線菌>細(xì)菌>真菌，這三個(gè)點(diǎn)綠化較好，水肥管理也比較得當(dāng)，而且植被類型均是灌木為主。二，泰安市道路區(qū)微生物數(shù)量>居民區(qū)微生物數(shù)量，這可能由于泰安市旅游城市道路區(qū)有專人負(fù)責(zé)澆水，保證了土壤中良好的濕熱條件。三，植被覆蓋率對(duì)土壤微生物數(shù)量有一定影響，中等植被覆蓋率對(duì)土壤中放線菌數(shù)量影響最大，植被覆蓋率大的區(qū)域和植被覆蓋率小的區(qū)域土壤微生物數(shù)量均大于中等植被覆蓋率。四，植被類型對(duì)土壤中微生物數(shù)量影響很大，泰安市表現(xiàn)為灌木為主>喬木為主>草本為主。

總之，泰安市在以后的園林規(guī)劃中，應(yīng)該選用土質(zhì)較好的土壤，加強(qiáng)管理，定期松土、施肥，保持土壤微生物生存需要。另外，在規(guī)劃中，要采用草本、灌木、喬木結(jié)合的方式，可以上部是喬木，下部是灌木。在綠化過程中，要加強(qiáng)道路林建設(shè)，同時(shí)提高人民素質(zhì)，減少對(duì)綠化帶人為擾動(dòng)現(xiàn)象。

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收稿日期：2016-07-15

基金項(xiàng)目：四川省煙草公司重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目（SCGY201401）

作者簡(jiǎn)介：郭可謙（1991-），女，吉林長(zhǎng)春人，在讀碩士研究生，主要從事煙草原料質(zhì)量評(píng)價(jià)研究。E-mail：13526797573@163.com

通訊作者：許自成，男，教授，博士生導(dǎo)師。E-mail：zichengxu@126.com