白銀市東西大溝土壤理化性質(zhì)與微生物數(shù)量的關系

高 旭，王小娟*，高揚升

(1 中鐵西北科學研究院有限公司，甘肅蘭州 730000；2 蘭州國家高新技術產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)，甘肅蘭州 730000)

土壤污染是指超過土壤的自凈能力，就會引起土壤的組成、結構和功能發(fā)生變化，微生物活動受到抑制，有害物質(zhì)或其分解產(chǎn)物在土壤中逐漸積累，通過“土壤→植物→人體”，或通過“土壤→水→人體” 間接被人體吸收，達到危害人體健康的程度[1]。

白銀市白銀區(qū)位于蘭州市東北郊，距市中心約90 km，是以有色金屬冶煉、化學工業(yè)為主的新型工業(yè)區(qū)。全區(qū)基本上無地表水系，只有東、西2條季節(jié)性河溝，總長約45 km，常年無水，是該區(qū)污水的主要排放渠道。白銀市土壤屬砂質(zhì)土壤，地表層多由砂石組成，很容易吸收和阻留通過土壤的各種污染物，但土壤的凈化和緩沖能力是有一定限度的，長期排放不符合標準的污水，必然造成土壤有機污染、重金屬污染及酸、堿、鹽污染，使土壤板結、肥力下降、土壤酸堿失去平衡[2]。

工業(yè)污水和生活污水含有上千種物質(zhì)，其中大部分物質(zhì)是有毒的，如果含量超標則對生物有害，引起生態(tài)環(huán)境的破壞[3]。白銀市工業(yè)廢水和生活污水通過東、西大溝流入黃河，十幾年前，西大溝建立了污水處理廠，而東大溝污水仍對周邊土壤、環(huán)境造成危害。土壤微生物和土壤養(yǎng)分之間密切相關，土壤微生物的數(shù)量分布可以敏感地反映土壤肥力變化，土壤微生物數(shù)量可以作為評價土壤肥力水平的生物學指標[4]。東、西大溝土壤以及周邊農(nóng)田部分土壤已受到重金屬的嚴重污染[5]，重金屬在土壤環(huán)境中的行為受土壤理化性質(zhì)的制約。筆者研究東、西大溝土壤理化性質(zhì)與微生物數(shù)量的關系，為更好地理解重金屬污染、改善排污溝污染提供參考。

1 材料與方法

1.1土壤采樣及處理2017年3月中旬，在白銀市白銀區(qū)西大溝取5個點進行土樣采集，然后在東大溝取5個點進行土樣采集。選點原則按東、西大溝地形及上游到下游的長度而定[6]。土壤樣品按“S”型路線采集，選取5個點組成1個混合樣，垂直采集深度為0～20 cm，土壤混勻后裝入無菌塑料袋。在泡沫保溫箱中放冰凍的水瓶，將塑料袋放入泡沫保溫箱[6]。樣品采集結束后，一部分新鮮土壤保存在-4 ℃的低溫下，用來培養(yǎng)微生物；另一部分土壤風干后保存，用來測定土壤基本理化性質(zhì)。

1.2土壤理化性質(zhì)分析全N采用半微量凱氏定氮法[7]測定，全P采用氫氧化鈉熔融鉬銻抗比色法[7]測定，pH采用電位法[7]測定，含水量采用重量法[7]測定。

1.3微生物培養(yǎng)與計數(shù)

1.3.1培養(yǎng)基。細菌：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基[6]；真菌：馬丁氏培養(yǎng)基[6]；放線菌：高氏1號培養(yǎng)基[6]。

1.3.2儀器及設備。裝9 mL無菌水試管、裝90 mL無菌水及玻璃珠三角瓶、恒溫培養(yǎng)箱、高溫蒸汽滅菌鍋、無菌操作臺等[8]。

1.3.3土樣稀釋。稱取各土樣10 g，放入盛有90 mL無菌水并帶入玻璃珠的三角燒瓶，手搖約20 min，用移液管分別無菌吸取各樣品土壤懸液1 mL，移入裝9 mL無菌水試管中，即為10-2稀釋的土壤懸液[8]。如此操作，直到10-6稀釋。

1.3.4微生物培養(yǎng)。采用涂布平板法，經(jīng)恒溫培養(yǎng)即可得到單個菌落[6]。

1.3.5菌落計數(shù)。培養(yǎng)后，取出培養(yǎng)皿，選出每一土樣適合菌落計數(shù)的稀釋度，計算菌落平均數(shù)。1 g土壤中菌落形成單位=(菌落平均數(shù)×稀釋倍數(shù))/×(1-含水量)[8]。

1.4數(shù)據(jù)分析試驗數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS 17.0軟件處理和統(tǒng)計分析[9-10]。

2 結果與分析

2.1土壤理化性質(zhì)由表1可知，東大溝土壤中的全N、全P平均值比西大溝分別高100.00%和117.89%。西大溝土壤pH為7.22～7.39，土壤呈微堿性或堿性，東大溝土壤pH為6.92～7.04，土壤呈微酸性或中性。

東大溝土壤全N、全P含量顯著高于西大溝(P<0.05)，pH極顯著低于西大溝(P<0.01)。說明東、西大溝污水排放情況不同，由于西大溝建立了污水處理廠，離工廠較遠，因此，西大溝污染比東大溝較輕。

表1東、西大溝土壤理化性狀

Table1PhysicalandchemicalpropertiesofsoilinthewestandeastgroovesofBaiyinCity

采樣點Samplepoint全NTotalnitrogeng/kg全PTotalphosphorusg/kgpH西大溝Westgroores0.300.957.31東大溝Eastgroores0.602.077.03

2.2土壤三大微生物類群數(shù)量由表2可知，東、西大溝細菌平均值分別為3.9×107、9.0×106CFU/g干土，放線菌平均值分別是5.7×105、4.2×105CFU/g干土，真菌平均值分別為5.4×104、3.3×104CFU/g干土。東、西大溝三大微生物均以細菌數(shù)量最多，放線菌次之，真菌數(shù)量最少，這符合土壤微生物類群分布的一般特征[11]。

東大溝細菌、真菌數(shù)量顯著低于西大溝(P<0.01)，放線菌差異不顯著(P>0.05)。盡管放線菌均值差異不顯著，但細菌、真菌均值差異極顯著，說明東、西大溝污染程度不同。

表2東、西大溝三大微生物類群數(shù)量

Table2ThenumberofthreemicrobialgroupsinthewestandeastgroovesofBaiyinCity

采樣點Samplepoint細菌BacteriaCFU/g干土放線菌Actinomy-cetesCFU/g干土真菌FungiCFU/g干土西大溝Westgrooves3.9×1075.7×1055.4×104東大溝Eastgrooves9.0×1064.2×1053.3×104

2.3相關性分析由表3可知，N、P、pH與細菌、放線菌均呈負相關(其中P與放線菌顯著負相關，pH與放線菌極顯著負相關)，N、P、pH與真菌呈正相關。真菌和放線菌與N的相關性較強，放線菌與P、pH相關性較強。

表3西大溝土壤理化性質(zhì)與微生物數(shù)量相關性

Table3Thecorrelationbetweenthephysicalandchemicalpropertiesofsoilandthemicrobialpopulationinthewestgrooves

指標IndicatorsPpH細菌Bacteria放線菌Actinom-ycetes真菌FungiN0.930*0.812-0.239-0.8120.815P0.954*-0.550-0.903*0.631pH-0.731-0.969**0.546細菌Bacteria0.635-0.069放線菌Acti-nomycetes-0.630

注：“*”表示P<0.05；“**”表示P<0.01

Note* stands forP<0.05;** stands forP<0.01

由表4可知，N、P、pH與細菌分別呈正相關、負相關、負相關，N、P、pH與放線菌分別呈負相關、負相關、正相關，N、P、pH與真菌均呈負相關。真菌與N、P、pH相關性較強。

表4東大溝土壤理化性質(zhì)和微生物數(shù)量相關性

Table4Thecorrelationbetweenthephysicalandchemicalpropertiesofsoilandthemicrobialpopulationintheeastgrooves

指標IndicatorsPpH細菌Bacteria放線菌Actinom-ycetes真菌FungiN0.844-0.3780.084-0.296-0.756P-0.404-0.290-0.726-0.855pH-0.1330.183-0.118細菌Bacteria0.8300.350放線菌Acti-nomycetes0.634

2.4土壤微生物數(shù)量與理化性質(zhì)的多元線性回歸分析

(1)西大溝細菌數(shù)量與全N(X1)、全P(X2)、pH(X3)的關系模型：

Y1=1.380X1-0.750X2-1.137X3

(R=0.956，P>0.05)

(2)西大溝放線菌數(shù)量與全N(X1)、全P(X2)、pH(X3)的關系模型：

Y2=-0.830X1+1.655X2-1.874X3

(R=0.977，P>0.05)

(3)西大溝真菌數(shù)量與全N(X1)、全P(X2)、pH(X3)的關系模型：

Y3=2.476X1-3.042X2-1.437X3

(R=0.941，P>0.05)

(4)東大溝細菌數(shù)量與全N(X1)、全P(X2)、pH(X3)的關系模型

Y4=-0.774X1+0.078X2+0.36X3

(R=0.522，P>0.05)

(5)東大溝放線菌數(shù)量與全N(X1)、全P(X2)、pH(X3)的關系模型：

Y5=1.095X1-1.684X2-0.083X3

(R=0.940，P>0.05)

(6)東大溝真菌數(shù)量與全N(X1)、全P(X2)、pH(X3)的關系模型：

Y6=-0.189X1-0.923X2-0.563X3

(R=0.999，P<0.05)

多元線性回歸分析表明，對東、西大溝細菌影響較大的是全N含量，其次是pH，但不顯著；對西大溝放線菌影響較大的是全P含量，其次是pH，但不顯著；對西大溝真菌影響較大的是全P含量，其次是全N含量，但不顯著；對東大溝放線菌影響較大的是全P含量，其次是全N含量，但不顯著；對東大溝真菌影響較大的是全N含量，其次是pH，且均呈顯著負相關，相關系數(shù)為0.999。

3 結論與討論

(1)白銀市西大溝土壤細菌、真菌、放線菌均值分別為3.9×107、5.4×104、5.7×105CFU/g干土，袁耀武等[8]研究了河北保定污灌油菜地的微生物，其中細菌、真菌、放線菌均值分別為3.8×108、5.0×105、6.9×104CFU/g干土[8]，可見西大溝土壤細菌比河北保定污灌油菜地的細菌、真菌少，而放線菌較多[11]。說明白銀市排入西大溝的污水對西大溝造成了一定的影響。西大溝十幾年前建立了污水處理廠，東大溝仍有污水的排放，污水排放對東大溝的影響大于西大溝。

東大溝土壤細菌、放線菌均值分別為9.0×106、4.2×105CFU/g干土，時唯偉等[12]研究了上海鹽漬化土壤的微生物，其中細菌、放線菌均值分別為0.79×106、0.89×104CFU/g干土，說明東大溝土壤可能會向鹽堿化發(fā)展。

(2)N、P、pH與細菌、放線菌均呈負相關，N、P、pH與真菌呈正相關，說明真菌和放線菌與N的相關性較強，放線菌與P、pH相關性較強。N、P、pH與細菌分別呈正相關、負相關、負相關，N、P、pH與放線菌分別呈負相關、負相關、正相關，N、P、pH與真菌均呈負相關，說明真菌與N、P、pH相關性較強。

對東大溝真菌影響較大的是全N含量，其次是pH，且均呈顯著負相關，相關系數(shù)為0.999。對東、西大溝其余微生物有影響，但不顯著，可能是因為采樣、試驗以及數(shù)據(jù)處理過程中產(chǎn)生了誤差。影響微生物分布的主要因素有營養(yǎng)物質(zhì)、溫度、溶解氧、氧化還原電位、pH等[13]，這些因素對微生物數(shù)量也產(chǎn)生了一定的影響。白銀市土壤屬砂質(zhì)土壤，地表層多由砂石組成，很容易吸收和阻留通過土壤的各種污染物，對微生物的影響較復雜。土壤作為一個綜合體，其理化性質(zhì)受到多種因素的影響，生長于其中的微生物活動又受土壤理化性質(zhì)的影響[14]，也對結果產(chǎn)生影響。

[1] 賈建麗，于妍，王晨.環(huán)境土壤學[M].北京：化學工業(yè)出版社，2012.

[2] 王國利，劉長仲，盧子揚，等.白銀市污水灌溉對農(nóng)田土壤質(zhì)量的影響[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學學報，2006，41(1)：79-82.

[3] 付紅，付強，姜蕊云，等.水稻污水灌溉技術與應用[J].農(nóng)機化研究，2002(1)：108-110.

[4] 李玥，張金池，王麗，等.上海市沿海防護林土壤微生物三大類群變化特征[J].南京林業(yè)大學學報(自然科學版)，2010，34(1)：43-47.

[5] 雷思維，吳國振，王興峰.白銀區(qū)土壤和春小麥中重金屬分布規(guī)律調(diào)查分析[J].甘肅冶金，2007，29(4：86-88.

[6] 李振高，駱永明，滕應.土壤與環(huán)境微生物研究法[M].北京：科學出版社，2008.

[7] 鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

[8] 袁耀武，張偉，李英軍，等.污水灌溉對土壤中不同微生物類群數(shù)量的影響[J].節(jié)水灌溉，2003(6)：15-17.

[9] 徐向宏，何明珠.試驗設計與Design-Expert、SPSS應用[M].北京：科學出版社，2010.

[10] 申建波，毛達如.植物營養(yǎng)研究方法[M].北京：中國農(nóng)業(yè)大學出版社，2009.

[11] 張靜，遠婷.土壤微生物數(shù)量分布研究[J].科技創(chuàng)新導報，2009(19)：121.

[12] 時唯偉，支月娥，王景，等.土壤次生鹽漬化與微生物數(shù)量及土壤理化性質(zhì)研究[J].水土保持學報，2009，23(6)：166-170.

[13] 殷峻，聞岳，周琪.人工濕地中微生物生態(tài)的研究進展[J].環(huán)境科學與技術，2007，30(1)：108-110.

[14] 高庭艷，馬培，張丹，等.云南元謀干熱河谷區(qū)土壤微生物數(shù)量特征[J].武漢大學學報(理學版)，2008，54(2)：183-187.