鍶污染下燕麥對(duì)土壤酶活性和微生物群落功能多樣性的影響

亓 琳，李艷玲，趙 威，王曉凌

1 河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，洛陽(yáng) 471023 2 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心 城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100085

鍶-90是一種放射性金屬，為鈾-235和钚-239的裂變產(chǎn)物，形成于核武器和核反應(yīng)堆爆炸[1]。放射性同位素具備重金屬和放射性的雙重毒性。已有研究表明，放射性核素在環(huán)境中與其穩(wěn)定性同位素在環(huán)境中的行為相似。因此，觀察穩(wěn)定鍶-88在土壤和植物中的行為，是一個(gè)預(yù)測(cè)模擬其放射性同位素鍶-90的方法[2]。

修復(fù)污染土壤的最終目標(biāo)不僅是清除或減少土壤中的污染物，更有價(jià)值的是恢復(fù)土壤質(zhì)量[3]。通過(guò)評(píng)價(jià)土壤中活性成分的指標(biāo)可以判斷污染土壤植物修復(fù)的效果。土壤微生物對(duì)于外界環(huán)境的擾動(dòng)相當(dāng)敏感，能夠有效地表征土壤環(huán)境中生物化學(xué)過(guò)程的強(qiáng)度、方向以及土壤微環(huán)境的改變，并對(duì)重金屬污染相當(dāng)敏感[4]。土壤酶在土壤中養(yǎng)分循環(huán)和能量流動(dòng)的過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，與物質(zhì)與能量的轉(zhuǎn)化、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量以及植物生長(zhǎng)密切相關(guān)[5]。BIOLOG技術(shù)被表征環(huán)境中土壤微生物群落的功能多樣性和碳源利用動(dòng)力學(xué)特征，并被廣泛應(yīng)用于評(píng)價(jià)重金屬污染對(duì)微生物群落的影響[6]。

燕麥(AvenasativaL.)是主要的高寒作物之一，為上等雜糧。燕麥在華北、西北和青藏高原等高寒及半干旱地區(qū)廣泛種植。燕麥的生物量大、根系發(fā)達(dá)、生長(zhǎng)速度快以及耐鹽脅迫等特點(diǎn)有利于對(duì)土壤中污染物的吸附[7]。在我們先前的研究中，比較了小麥、燕麥和大麥的鍶富集能力，從26個(gè)麥類(lèi)作物品種中篩選出了鍶富集能力最強(qiáng)的燕麥品種—內(nèi)蒙科藝1號(hào)[8]。在本研究中，內(nèi)蒙科藝1號(hào)被選為供試植物，通過(guò)研究土壤酶(轉(zhuǎn)化酶、磷酸酶、蛋白酶、脲酶和脫氫酶)活性和微生物群落功能多樣性的響應(yīng)以評(píng)價(jià)種植燕麥對(duì)鍶污染土壤的修復(fù)效果，以期對(duì)鍶污染土壤的植物修復(fù)研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

燕麥(AvenasativaL.)種子購(gòu)于河南省洛陽(yáng)市農(nóng)資市場(chǎng)，選擇籽粒飽滿(mǎn)、大小一致的燕麥種子，經(jīng)0.2%次氯酸鈉表面消毒20 min后，用水浸種10 min，以去除種子表皮上的病菌，風(fēng)干。實(shí)驗(yàn)用土采集于河南科技大學(xué)周山校區(qū)的農(nóng)場(chǎng)土壤表層土(0—20 cm)，采用土壤農(nóng)化分析方法測(cè)定其理化性質(zhì)[9]。供試土壤基本理化性質(zhì)為：pH值為8.05、有機(jī)質(zhì)含量為12.85 g/kg、全氮含量為0.96 g/kg、速效磷含量12.52 mg/kg、速效鉀含量155.13 mg/kg、陽(yáng)離子交換量為19.23 cmol/kg、鍶含量為25.06 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用土培盆栽試驗(yàn)，種植于塑料盆中(高=16 cm，底徑=12 cm，口徑=22 cm)。每盆中裝的風(fēng)干土2 kg。將分析純?cè)噭㏒rCl2· 6H2O溶于水中制成溶液，然后將該溶液均勻地拌入土壤中，設(shè)置3個(gè)Sr2+濃度梯度，分別為0，75，225 mg/kg，其中Sr2+濃度為0的土壤為對(duì)照組。土壤本底值為25.06 mg/kg，將鍶處理濃度設(shè)置為本底值的4倍和10倍[10- 11]。因此，最終土壤中的金屬鍶濃度為25 mg/kg(CK)，100 mg/kg(L)和250 mg/kg(H)。金屬鍶在土壤中“老化”處理30 d。每盆播種20粒種子，出苗后定苗，每盆12株。本試驗(yàn)設(shè)置6個(gè)處理包括：1)CK、2)L、3)H、4)CK+燕麥、5)L+燕麥、6)H+燕麥。所有處理設(shè)置5個(gè)重復(fù)。澆灌期間通過(guò)稱(chēng)重法添加自來(lái)水，保持田間持水量的60%。在鍶處理30 d后采樣，取燕麥根際土。用土鉆將每盆中燕麥的根系從土壤中挖出，盡量保持根系的完整性，采用 “抖根法”去掉和根系結(jié)合松散的土體土，取與根系緊密結(jié)合的土壤。將一盆中獲取的根際土混合視為一個(gè)樣品。根際土樣過(guò)2 mm篩以除去雜物，然后置于4 ℃下保存，待測(cè)[12- 13]。

1.3 土壤酶活性的測(cè)定

轉(zhuǎn)化酶活性測(cè)定采用3, 5-二硝基水楊酸比色法，蛋白酶活性測(cè)定采用茚三酮比色法，磷酸酶活性測(cè)定采用對(duì)硝基苯磷酸二鈉(pNPP)比色法，脲酶活性測(cè)定采用靛酚藍(lán)比色法，脫氫酶活性測(cè)定采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法[14]。

1.4 土壤微生物功能多樣性分析

稱(chēng)取相當(dāng)于風(fēng)干土10 g的土樣加入到裝有100 mL的0.85%無(wú)菌氯化鈉(NaCl)的三角瓶中，室溫震蕩60 min(200 r/min)，采用10倍稀釋法，然后用NaCl溶液稀釋至濃度10-3。將稀釋液接種到Biolog生態(tài)板(ECO MicroPlate，美國(guó)Matrix Technologies Corporation生產(chǎn))中，每孔加150 μL。將接種好的ECO板裝入(25±1) ℃的恒溫暗箱培養(yǎng)，每隔12 h用ELISA(Enzyme-linked Immunosorbent Assay，酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定)讀取光密度值(590 nm)，連續(xù)培養(yǎng)144 h[15]。

1)采用孔平均顏色變化率法(Average Well Color Development，AWCD)測(cè)定土壤微生物利用單一碳源的能力。

AWCD=∑(Ci-Ri)/31

式中，Ci為每個(gè)孔的光密度值，Ri為對(duì)照孔的光密度值，31為碳源總數(shù)。

2)群落Shannon指數(shù)(H)

H=-∑Pi(lnPi)

式中，Pi=(Ci-Ri)/∑Ci-Ri。表示有碳源的孔與對(duì)照孔 A1 的光密度值之差與整板總差的比值。

3)碳源利用豐富度指數(shù)(S)

S=被利用碳源的總數(shù)

4)Shannon 均勻度指數(shù)(E)

E=H/logS

5)Shannon 優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(D)

本試驗(yàn)采用BIOLOG微平板培養(yǎng)72 h的數(shù)據(jù)分析微生物代謝多樣性。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

以鍶添加量為固定因素(自變量)，對(duì)所有參數(shù)(因變量)進(jìn)行單因素方差分析。處理之間差異的顯著性在P<0.05概率水平以最小顯著性差異(LSD)進(jìn)行判定。所有統(tǒng)計(jì)分析都是用SPSS軟件(version 13.0；SPSS Institute Chicago，IL，USA)來(lái)進(jìn)行。各圖表中的數(shù)據(jù)均為5個(gè)重復(fù)的平均值。

2 結(jié)果

2.1 在鍶污染下燕麥對(duì)土壤酶活性的影響

如表1所示，在L和H處理中，轉(zhuǎn)化酶活性與對(duì)照相比分別減少了7%和21%，磷酸酶活性與對(duì)照相比分別減少了13%和17%，蛋白酶活性與對(duì)照相比分別減少了5%和13%，脲酶活性與對(duì)照相比分別減少了16%和29%，脫氫酶活性與對(duì)照相比分別減少了6%和22%。這一結(jié)果表明金屬鍶脅迫顯著抑制了土壤酶活性，抑制效應(yīng)隨著金屬鍶濃度的升高而增強(qiáng)。

表1 不同鍶處理下燕麥對(duì)土壤酶活性的影響

CK：對(duì)照，control check；L：低濃度鍶，low concentration of strontium；H：高濃度鍶，high concentration of strontium; 不同小寫(xiě)字母表示不同處理之間差異顯著(P<0.05)

在CK處理中種植燕麥后，種植燕麥處理與未種植處理相比，5種酶的活性增加。與CK相比，轉(zhuǎn)化酶、磷酸酶和蛋白酶活性分別增加了2%、3%和2%，但未達(dá)到顯著性差異(P>0.05)；而脲酶和脫氫酶活性分別增加了13%和7%，處理之間達(dá)到顯著性差異(P<0.05)。在L處理中種植燕麥后，與L處理相比，轉(zhuǎn)化酶、磷酸酶、蛋白酶、脲酶和脫氫酶活性分別增加了7%、10%、3%、12%和11%；除蛋白酶活性未達(dá)到顯著性差異(P>0.05)，其他4種酶活性在處理之間差異顯著(P<0.05)。在H處理中種植燕麥后，與H處理相比，轉(zhuǎn)化酶、磷酸酶、蛋白酶、脲酶和脫氫酶活性分別增加了4%、7%、4%、9%和10%；轉(zhuǎn)化酶、磷酸酶和蛋白酶活性在處理之間差異不顯著(P>0.05)，但脲酶和脫氫酶活性在處理之間達(dá)到顯著性差異(P<0.05)。

2.2 在鍶污染下燕麥對(duì)AWCD的影響

光密度平均顏色變化率(AWCD)能夠被用來(lái)比較土壤微生物利用總體碳源的能力，AWCD 越大，表明微生物的代謝活性越強(qiáng)。如圖1所示，隨著培育時(shí)間的延長(zhǎng)，AWCD逐漸升高。添加金屬鍶處理與對(duì)照相比，其AWCD的排列順序?yàn)椋篊K>L>H。種植燕麥與無(wú)種植處理相比，其AWCD的排列順序?yàn)椋篊K+燕麥>CK；L+燕麥>L；H+燕麥>H。這一結(jié)果表明在鍶脅迫條件下種植燕麥能顯著恢復(fù)微生物對(duì)碳源的利用能力。在24h之前AWCD的值一直很小，不同處理間的AWCD值接近于零，表明在培育24 h之內(nèi)碳源基本上沒(méi)有被利用。在溫育24 h之后，AWCD大幅度增加，表明此后碳源被大量消耗。其中CK和CK+燕麥處理AWCD增加的速度較快，而H處理AWCD增加的速度較慢。綜合所有的處理的AWCD，其排序?yàn)椋篊K+燕麥>CK>L+燕麥>H+燕麥>L>H。

圖1 不同處理AWCD隨培育時(shí)間的變化Fig.1 AWCD changes with incubation time in different treatments注：CK：對(duì)照，control check；L：低濃度鍶，low concentration of strontium；H：高濃度鍶，high concentration of strontium

2.3 在鍶污染下燕麥對(duì)土壤微生物群落多樣性指數(shù)的影響

從圖2可以看出，土壤微生物對(duì)碳源利用的Shannon多樣性指數(shù)(H)在L和H處理中顯著最低(P<0.05)。Shannon均勻度指數(shù)(E)在CK+燕麥處理中最高(P<0.05)。豐富度指數(shù)(S)在所有處理中的表現(xiàn)為：CK、CK+燕麥>L 、L+燕麥>H+燕麥>H。而Shannon均勻度指數(shù)(E)與上述指數(shù)有所不同，表現(xiàn)為H>L>L+燕麥、H+燕麥>CK>CK+燕麥。在種植燕麥處理中，相對(duì)于L+H處理，L+燕麥和H+燕麥處理顯著提高了土壤微生物群落中物種多樣性和豐富度(P<0.05)，而均勻度和優(yōu)勢(shì)度在種植和無(wú)種植處理之間無(wú)顯著性差異(P>0.05)。

圖2 鍶脅迫下燕麥對(duì)土壤微生物群落多樣性指數(shù)的影響Fig.2 Effect of oats on the diversity indices of soil microbial communities under Sr stress

2.4 微生物碳源利用的主成分分析

如表2所示，對(duì)培養(yǎng)72 h的31種碳源利用情況進(jìn)行主成分分析，共提取3個(gè)主成分：第一主成分(PC1)、第二主成分(PC2)和第三主成分(PC3)，分別可以解釋所有變量的54.24%、24.28%和21.48%。3個(gè)主成分累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)到100%，可以全面地反映31個(gè)變量的特征，并據(jù)其得分來(lái)表征微生物群落碳源代謝特征。不同的處理中，CK+燕麥在PC1上得分最高，L+燕麥在PC2上得分最高，H+燕麥在PC3上得分最高。

表2 主成分得分及貢獻(xiàn)率

因子載荷反映了主成分與碳源利用的相關(guān)程度，因子載荷絕對(duì)值越接近于1，表示該碳源對(duì)主成分的影響越大。如表3所示，與第一主成分相關(guān)性較高的碳源有14個(gè)，主要包括酚酸類(lèi)化合物：4-羥基苯甲酸；胺類(lèi)化合物：腐胺；聚合物：吐溫40、吐溫80 和 α-環(huán)式糊精；氨基酸：L-苯丙氨酸；羧酸類(lèi)化合物：丙酮酸甲脂、D-半乳糖醛酸、γ-羥基丁酸；碳水化合物：D-半乳糖內(nèi)酯、I-赤藻糖醇、D-甘露醇、N-乙酰基-D-葡萄胺、D-甘露醇。與第二主成分相關(guān)性較高的碳源有5個(gè)，主要包括酚酸類(lèi)化合物：2-羥基苯甲酸；胺類(lèi)化合物：苯乙基胺；聚合物：肝糖；氨基酸：L-絲氨酸；碳水化合物：D-木糖。與第三主成分相關(guān)性較高的碳源有4個(gè)，主要包括羧酸類(lèi)化合物：D-蘋(píng)果酸；聚合物：肝糖；羧酸類(lèi)化合物：D-葡萄胺酸；碳水化合物：葡萄糖-1-磷酸鹽。

表3 31種碳源的因子載荷

如表4所示，金屬鍶添加處理顯著降低了碳水化合物、羧酸類(lèi)碳源的利用率。在L處理中，碳水化合物和羧酸類(lèi)碳源的利用率分別下降了9% 和34%；在H處理中，碳水化合物和羧酸類(lèi)碳源的利用率分別下降了25%和47%；且達(dá)到顯著性差異(P<0.05)。聚合物類(lèi)、氨基酸類(lèi)和酚類(lèi)碳源的利用也稍有下降，但與CK相比差異不顯著(P>0.05)。與未種植處理相比(CK、L和H)，種植燕麥顯著增加了羧酸類(lèi)和聚合物類(lèi)碳源的利用率。在CK處理種植燕麥后，羧酸類(lèi)和聚合物類(lèi)碳源的利用率分別增加了19%和31%；在L處理種植燕麥后，羧酸類(lèi)和聚合物類(lèi)碳源的利用率分別增加了24%和41%；在H處理種植燕麥后，羧酸類(lèi)和聚合物類(lèi)碳源的利用率分別增加了30%和38%，且達(dá)到顯著性差異(P<0.05)。碳水化合物、聚合類(lèi)、酚類(lèi)和氨基酸類(lèi)碳源的利用也稍有增加，但與L和H相比差異不顯著(P>0.05)。綜合表3和表4可知，碳水化合物、聚合物和羧酸類(lèi)化合物是燕麥種植處理下根際土壤微生物利用的主要碳源。

表4 在鍶脅迫下燕麥對(duì)土壤微生物群落碳源利用特征的影響(OD590)

圖3 土壤微生物碳源利用聚類(lèi)分析 Fig.3 Cluster analysis of carbon utilization by soil microbial communities

2.5 土壤微生物群落多樣性指數(shù)的聚類(lèi)分析

為了更清晰的了解不同處理間在土壤微生物群落代謝的特征，對(duì)培養(yǎng)72 h的31種碳源的利用情況進(jìn)行聚類(lèi)分析。聚類(lèi)分析根據(jù)樣本的數(shù)據(jù)特征按照性質(zhì)上的親疏程度進(jìn)行自動(dòng)分類(lèi)，類(lèi)別內(nèi)部的樣本在特征上具有相似性，不同類(lèi)別間的樣本特征差異較大。從圖3可以看出，當(dāng)聚類(lèi)距離≤5時(shí)，L+燕麥和H+燕麥處理聚為一類(lèi)，L和H處理聚為一類(lèi)，CK和CK+燕麥處理聚為一類(lèi)。當(dāng)聚類(lèi)距離≤10時(shí)，L+燕麥、H+燕麥、L和H處理聚為一類(lèi)，而CK和CK+燕麥處理聚為一類(lèi)。說(shuō)明L+燕麥、H+燕麥、L和H處理中微生物群落代謝特性趨于一類(lèi)，并且L+燕麥和H+燕麥處理在聚類(lèi)關(guān)系上趨同性更強(qiáng)，而CK和CK+燕麥處理與其他處理間差異較大。

3 討論

3.1 在鍶污染下燕麥對(duì)土壤酶活性的影響

土壤酶系統(tǒng)是土壤有機(jī)體中的代謝動(dòng)力，能催化土壤生態(tài)系統(tǒng)中生物化學(xué)過(guò)程，表征土壤的生態(tài)功能、土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化進(jìn)程的強(qiáng)度和方向[16]。土壤轉(zhuǎn)化酶、磷酸酶、蛋白酶、脲酶和脫氫酶參與土壤中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化，對(duì)土壤質(zhì)量和健康狀況非常敏感。土壤污染日益嚴(yán)重，土壤酶常用來(lái)表征污染物潛在毒性。土壤酶活性變化可以作為土壤重金屬污染水平的指標(biāo)[17]。重金屬離子與底物競(jìng)爭(zhēng)酶活性中心，結(jié)合于酶蛋白的必需基團(tuán)巰基和咪唑基團(tuán)形成了穩(wěn)定的金屬螯合物，或者重金屬對(duì)土壤微生物的生長(zhǎng)和代謝過(guò)程產(chǎn)生抑制作用[18]。本研究中土壤酶活性的降低可能有兩個(gè)原因：鍶與土壤酶蛋白的關(guān)鍵基團(tuán)和配位鍵結(jié)合從而使酶失活，另一方面鍶脅迫下微生物體內(nèi)酶的合成和分泌減少。重金屬通過(guò)干擾功能，使蛋白變性和破壞細(xì)胞膜完整性，以影響土壤微生物的新陳代謝。土壤酶來(lái)自動(dòng)、植物和微生物的活體或殘?bào)w的分泌和釋放，對(duì)土壤中養(yǎng)分的循環(huán)至關(guān)重要[19]。種植燕麥處理顯著提高了土壤脲酶和脫氫酶活性。這一結(jié)果說(shuō)明種植燕麥可以顯著地改善鍶處理對(duì)土壤酶的抑制作用。一方面，燕麥通過(guò)富集作用，能夠吸收鍶進(jìn)入到植物體內(nèi)，并清除土壤一定比例的鍶，減輕土壤中鍶的污染程度。根系分泌物作用于土壤微生境，可以改善土壤環(huán)境和提高酶活性；另一方面，土壤酶活性的變化間接表明某些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化情況，較高的土壤酶活性在一定程度上保證燕麥生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)。

3.2 在鍶污染下燕麥對(duì)土壤微生物群落功能多樣性的影響

基于微生物代謝的Biolog微平板法，在環(huán)境微生物群落研究應(yīng)用廣泛。Biolog技術(shù)在污染物對(duì)微生物生存環(huán)境的擾動(dòng)評(píng)價(jià)以及環(huán)境的修復(fù)效果評(píng)價(jià)等方面發(fā)揮著重要作用。研究表明微生物群落結(jié)構(gòu)和代謝活性與污染物的種類(lèi)和程度密切相關(guān)，重金屬暴露濃度與微生物代謝活性之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，并能降低微生物群落功能多樣性[20]。由于Biolog-ECO板在培育過(guò)程中顏色的變化可能是處理土壤之間微生物群落組成的差異造成的，也可能是由于微生物群落大小的差異引起的[21]。因此，比較Shannon多樣性指數(shù)對(duì)于評(píng)價(jià)種植燕麥對(duì)鍶污染土壤的修復(fù)效果非常有必要。土壤微生物對(duì)碳源利用的Shannon多樣性指數(shù)(H)在L和H處理中最低(P<0.05)。Shannon均勻度指數(shù)(E)在CK+燕麥處理中最高(P<0.05)。豐富度指數(shù)(S)在所有處理中的表現(xiàn)為：CK、CK+燕麥>L、L+燕麥>H+燕麥>H。這一結(jié)果說(shuō)明重度鍶污染顯著抑制了土壤微生物群落的豐富度、多樣性及均勻度。而Shannon優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(D)與上述指數(shù)有所不同，表現(xiàn)為H>L>L+燕麥、H+燕麥>CK>CK+燕麥。這一結(jié)果表明在重度鍶污染條件下，土壤中生物群落分異演化出優(yōu)勢(shì)種以適應(yīng)金屬鍶脅迫。在種植燕麥處理中，相對(duì)于L+H處理，L+燕麥和H+燕麥處理顯著提高了土壤微生物群落中物種多樣性和豐富度(P<0.05)，而均勻度和優(yōu)勢(shì)度在種植和無(wú)種植處理之間無(wú)顯著性差異(P>0.05)。這一結(jié)果表明種植燕麥顯著提高了土壤微生物群落的豐富度和多樣性。種植燕麥在一方面清除了土壤中一定量的金屬鍶，減輕了土壤污染程度；另一方面通過(guò)凋落物和釋放分泌物為土壤微生物提供碳源，改善土壤微環(huán)境，增加微生物碳源的可利用性，由此增加土壤微生物群落多樣性指數(shù)[22]。

主成分分析采用降維的思路，分析在不同鍶濃度處理下，種植燕麥對(duì)土壤微生物碳源利用的影響是否存在差異。郭星亮等[23]研究了重金屬污染對(duì)銅川煤礦礦區(qū)微生物群落代謝的影響，主成分分析的結(jié)果表明重金屬污染顯著抑制了微生物的代謝活性，主要體現(xiàn)在糖類(lèi)和氨基酸類(lèi)碳源的利用上，這與本文的研究結(jié)果較為一致。不同的鍶濃度對(duì)土壤微生物群落的影響不同。主成分分析表明種植燕麥對(duì)金屬鍶污染土壤中微生物的碳源底物的利用能力相關(guān)。在第一主成分上，解釋了大部分的變異，CK+燕麥處理對(duì)土壤微生物群落功能影響最大。在第二主成分上，L+燕麥處理得分最高，說(shuō)明高濃度的鍶處理影響土壤微生物群落功能。在第三主成分上，H+燕麥處理得分最高，說(shuō)明在金屬鍶污染土壤中種植燕麥能夠影響土壤微環(huán)境，改變其微生物群落結(jié)構(gòu)，最終使鍶污染土壤中的微生物碳源代謝發(fā)生改變。重金屬鍶進(jìn)入土壤后，改變了土壤微環(huán)境，為了適應(yīng)重金屬鍶的脅迫環(huán)境，微生物群落的組成和結(jié)構(gòu)發(fā)生了分異。在重金屬污染條件下，土壤微生物群落功能多樣性顯著降低，能夠代謝相關(guān)碳源作為底物的微生物數(shù)量相對(duì)減少，最終微生物對(duì)單一碳源底物的利用能力被減弱[24]。因子載荷反映了主成分與碳源利用的相關(guān)程度，因子載荷絕對(duì)值越接近于1，表示該碳源對(duì)主成分的影響越大。碳水化合物、聚合物和羧酸類(lèi)化合物是燕麥處理下根際土壤微生物利用的主要碳源。這一結(jié)果與碳源利用率中的結(jié)果相一致。鍶添加處理顯著降低了碳水化合物和羧酸類(lèi)碳源的利用率，且達(dá)到了顯著性差異。聚合物類(lèi)、氨基酸類(lèi)和酚類(lèi)碳源的利用率也稍有下降，但與CK相比差異不顯著。燕麥通過(guò)其根系分泌和釋放代謝產(chǎn)物至土壤中為微生物的生長(zhǎng)和繁殖提供了營(yíng)養(yǎng)和能源，促進(jìn)微生物大量繁殖并增強(qiáng)微生物代謝活性。燕麥顯著增加了羧酸類(lèi)和聚合物類(lèi)碳源的利用率。其他類(lèi)碳源的利用率也稍有增加，但與L和H相比差異不顯著。在鍶污染土壤中種植燕麥，土壤中微生物群落代謝活性增強(qiáng)，微生物群落利用碳源的能力增加。在聚類(lèi)分析中，CK和CK+燕麥分為一類(lèi)，L和H分為一類(lèi)，L+燕麥和H+燕麥分為一類(lèi)。CK和CK+燕麥類(lèi)別和L+燕麥和H+燕麥類(lèi)別的歐式距離較小，且與L和H類(lèi)別的歐式距離較大。這一結(jié)果說(shuō)明土壤鍶污染與土壤微生物群落的代謝特性關(guān)系密切，而種植燕麥顯著影響了土壤微環(huán)境，與土壤酶活性和主成分分析的結(jié)果相一致。

4 結(jié)論

種植燕麥顯著提高鍶污染土壤中脲酶和脫氫酶活性，并顯著提高鍶污染土壤微生物對(duì)31種碳源的平均利用率(AWCD)、鍶污染土壤微生物群落的Shannon多樣性指數(shù)(H)、Shannon均勻度指數(shù)(E)和碳源利用豐富度指數(shù)(S)。主成分分析表明種植燕麥影響了鍶污染土壤微生物群落功能多樣性，增加了羧酸類(lèi)和聚合類(lèi)碳源的利用率?；谝陨辖Y(jié)果，在鍶污染土壤中，燕麥顯著提高了酶活性，改善了微生物功能多樣性。