鋅污染對(duì)吊蘭根際與非根際土壤中微生物數(shù)量的影響

張永蘭

(池州職業(yè)技術(shù)學(xué)院園林系，安徽池州247000)

鋅是動(dòng)物、植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中所必需的微量元素，在調(diào)節(jié)人體免疫功能、維持機(jī)體正常生理機(jī)能、促進(jìn)兒童的生長(zhǎng)發(fā)育、治療厭食及營(yíng)養(yǎng)不良等方面都有重要的作用[1-2]。在植物生長(zhǎng)過(guò)程中，它可以參與植物碳水化合物轉(zhuǎn)化、促進(jìn)植物體內(nèi)各類酶的合成、改善作物的品質(zhì)[3-4]。但是，過(guò)量的鋅會(huì)對(duì)人或作物造成損傷，所以控制和治理土壤重金屬污染，保證土壤的質(zhì)量和農(nóng)產(chǎn)品的食用安全，對(duì)人類的健康非常重要[5]。

研究表明，微生物在重金屬的影響下受到毒害，適應(yīng)的情況下微生物數(shù)量會(huì)增加或積累，不適應(yīng)的情況下其數(shù)量會(huì)減少或絕滅。但是某些微生物在較高濃度的重金屬污染下，仍能存活和生長(zhǎng)，并表現(xiàn)出一定的耐受性，說(shuō)明微生物具有對(duì)重金屬的抗性和解毒機(jī)制[6-7]。土壤微生物生物量碳、微生物數(shù)量、基礎(chǔ)呼吸及生理代謝活性等微生物生理生態(tài)參數(shù)是重金屬污染土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中用得較多的微生物學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)[8-9]。植物根際土壤區(qū)域距離植物根周圍數(shù)毫米，是植物能量和物質(zhì)代謝最活躍的部位之一，分布在植物根際土壤的微生物稱為根際微生物，主要有細(xì)菌、放線菌和真菌，其數(shù)量遠(yuǎn)高于非根際土壤中的微生物。根據(jù)現(xiàn)有研究，土壤中的重金屬含量對(duì)植物根系的細(xì)菌、真菌、放線菌等微生物的數(shù)量產(chǎn)生影響。

吊蘭（Chlorophytum Comosum）是隸屬于百合科吊蘭屬的觀賞植物，對(duì)環(huán)境有較強(qiáng)的耐受能力，對(duì)重金屬有較好的耐性與積累特性，在園林生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。本文通過(guò)對(duì)吊蘭在鋅脅迫下的盆栽試驗(yàn)，參照Steen E“網(wǎng)袋法”，區(qū)分吊蘭根際土壤和非根際土壤，研究鋅污染對(duì)吊蘭根際與非根際土壤中微生物數(shù)量的影響，為利用吊蘭進(jìn)行鋅污染土壤的修復(fù)提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料的準(zhǔn)備

供試吊蘭購(gòu)自合肥市裕豐花市，經(jīng)預(yù)培養(yǎng)一周，選取其中生長(zhǎng)情況接近、長(zhǎng)勢(shì)良好、根系發(fā)達(dá)的幼苗作為實(shí)驗(yàn)材料。

實(shí)驗(yàn)所用土壤為黃棕壤，取自安徽師范大學(xué)后山，經(jīng)風(fēng)干處理后過(guò)3 mm篩混勻備用。運(yùn)用水合熱法、凱式定氮法及鉬銻抗比色法分別測(cè)定其有機(jī)質(zhì)、全氮和全磷含量。經(jīng)測(cè)定，土壤有機(jī)質(zhì)含量為4.751 g·kg-1、全氮含量為0.770 g·kg-1、全磷含量為0.949 g·kg-1；原子吸收分光光度法測(cè)得土壤全鋅含量為83.530 mg·kg-1；同時(shí)用蒸餾水浸泡土樣振蕩?kù)o置后，利用pH計(jì)和電導(dǎo)儀分別測(cè)得土壤pH為4.775，電導(dǎo)率為107.500 μS·cm-1，氧化還原電位為150.000 mV。

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程設(shè)計(jì)

根據(jù)我國(guó)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)定：保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、維護(hù)人體健康的土壤鋅含量限制值為200 mg·kg-1（二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)），保障農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)和植物正常生長(zhǎng)的土壤鋅含量的臨界值為500 mg·kg-1（三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)）。而相關(guān)研究也表明，吊蘭在鋅濃度為2 000 mg·kg-1時(shí)能存活下來(lái)[10]。為了進(jìn)一步研究吊蘭對(duì)鋅的耐受性，以乙酸鋅為重金屬添加劑，將200 mg·kg-1設(shè)為最低鋅處理濃度，2 500 mg·kg-1設(shè)為最高鋅處理濃度，共設(shè)200、500、1 000、1 500、2 000和2 500 mg·kg-1等6個(gè)濃度水平，并以不添加鋅的土壤為對(duì)照（CK），共7個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)。通過(guò)一次性加入不同體積的乙酸鋅溶液，調(diào)整土壤鋅的濃度為設(shè)置濃度，并使之與土壤充分混勻?；靹蚝蟮耐寥澜?jīng)風(fēng)干分別裝入對(duì)應(yīng)的花盆中，每盆裝土700 g，利用自制的尼龍網(wǎng)袋將根際土壤與非根際土壤分開(kāi)，保持根際土壤300 g，非根際土壤400 g。保持土壤含水量為60%，預(yù)培養(yǎng)4周。實(shí)驗(yàn)同時(shí)設(shè)栽種吊蘭的栽培組和不栽種吊蘭的空白組，依次設(shè)置6個(gè)濃度水平。

1.3 植物栽培及取樣

土壤經(jīng)預(yù)培養(yǎng)處理后，栽培組每盆栽種吊蘭2株，每天澆適量水，以保持土壤含水量。在栽培后第18、36和54天分別在吊蘭的根際、非根際以及空白組中取出適量的土，經(jīng)風(fēng)干磨碎過(guò)0.1 mm篩，置于0～4℃環(huán)境中保存，用于土壤中微生物數(shù)量的測(cè)量。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

不同微生物采用不同的測(cè)定方法，其中細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基平板表面涂布法；真菌采用PDA培養(yǎng)基平板表面涂布法；放線菌采用改良高氏一號(hào)合成培養(yǎng)基平板表面涂布法。所測(cè)數(shù)據(jù)運(yùn)用Microsoft Excel 2003和SPSS 17.0兩種軟件進(jìn)行分析，利用Microsoft Excel 2003對(duì)3個(gè)平行樣的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差等進(jìn)行計(jì)算；使用SPSS 17.0進(jìn)行不同處理之間的多重比較以及數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性分析，結(jié)果如下。

2.1 鋅污染對(duì)土壤中細(xì)菌數(shù)量的影響

鋅污染對(duì)土壤中細(xì)菌數(shù)量的影響如表1所示。從表1可見(jiàn)，隨著栽培時(shí)間的增加，吊蘭根際土壤中細(xì)菌的數(shù)量呈先增后減的趨勢(shì)，栽培至第36天時(shí)，細(xì)菌數(shù)量達(dá)到最高值，后期逐漸減少。這可能是因?yàn)椋海?）吊蘭的根系分泌物促進(jìn)了土壤中微生物的生長(zhǎng)；（2）吊蘭栽植后，在鋅對(duì)吊蘭的馴化過(guò)程中，吊蘭的根莖葉受到了不同程度的損害，這些殘?bào)w的分解，造成土壤中細(xì)菌生長(zhǎng)所需有機(jī)物增加，從而細(xì)菌暫時(shí)增多[11]，而當(dāng)?shù)跆m適應(yīng)環(huán)境后，土壤中有機(jī)物的含量減少，細(xì)菌數(shù)量也逐漸減少；（3）吊蘭的根際吸附作用導(dǎo)致鋅的濃度降低，致使根際細(xì)菌數(shù)量增加，后期因?yàn)楦H吸附作用達(dá)到飽和，表現(xiàn)為細(xì)菌數(shù)量不再上升。

經(jīng)測(cè)定，在土壤鋅濃度為500 mg·kg-1時(shí)細(xì)菌數(shù)量大量減少；當(dāng)土壤鋅濃度為1 000 mg·kg-1時(shí)，細(xì)菌數(shù)量增加；超過(guò)1 000 mg·kg-1后隨著濃度的升高，細(xì)菌的數(shù)量又逐漸減少。這可能是因?yàn)椋海?）土壤鋅濃度為500 mg·kg-1時(shí)，產(chǎn)生了某種根際分泌物，這種分泌物抑制了細(xì)菌的生長(zhǎng)；（2）鋅達(dá)到一定濃度時(shí)，大量細(xì)菌受到抑制，而抗性細(xì)菌因自我繁殖開(kāi)始增長(zhǎng)，濃度過(guò)高時(shí)，抗性細(xì)菌也受到抑制[12]。

表1 鋅污染對(duì)土壤中細(xì)菌數(shù)量的影響

根際、非根際和空白組3個(gè)處理中細(xì)菌的數(shù)量從大到小依次均為根際土壤、非根際土壤、空白組，且這種差異性在吊蘭生長(zhǎng)的不同時(shí)期均表現(xiàn)為顯著（p＜0.05，如表2所示）。推斷其原因，可能是：（1）植物根系分泌物導(dǎo)致有機(jī)化合物大量釋放，促進(jìn)了土壤中微生物的生長(zhǎng)；（2）吊蘭的根系生長(zhǎng)緩減了重金屬對(duì)土壤中微生物的毒害；（3）吊蘭根際具有吸附重金屬能力，從而致其根際土壤中重金屬有效性降低，降低了對(duì)微生物的毒害作用。

同時(shí)在吊蘭非根際土壤中細(xì)菌的數(shù)量隨土壤鋅濃度的變化趨勢(shì)與吊蘭根際環(huán)境的變化趨勢(shì)相似。在根際土壤細(xì)菌的影響下，隨著栽培時(shí)間的增加，非根際土壤中細(xì)菌的數(shù)量也有所增加，且在栽培后期基本保持不變。這可能是因?yàn)殡S著栽培時(shí)間的增加，根際土壤中細(xì)菌與非根際土壤中細(xì)菌通過(guò)尼龍網(wǎng)袋相互滲透交換，使非根際土壤中細(xì)菌數(shù)量增多?？瞻捉M土壤中細(xì)菌數(shù)量在各栽培期均非常少，這可能是因?yàn)橥寥乐械闹亟饘黉\對(duì)微生物產(chǎn)生抑制，沒(méi)有吊蘭的修復(fù)，故數(shù)量較少。

表2 根際土壤、非根際土壤、空白組土壤中細(xì)菌數(shù)量配對(duì)t檢驗(yàn)

2.2 鋅污染對(duì)土壤中放線菌數(shù)量的影響

放線菌數(shù)量隨栽培時(shí)間的變化趨勢(shì)與細(xì)菌相似。受吊蘭生長(zhǎng)影響，吊蘭根際土壤中放線菌數(shù)量隨著栽培時(shí)間增加呈先增后減的趨勢(shì)。由表3可見(jiàn)，在第36天放線菌數(shù)量達(dá)到最高值，之后逐漸減少。

鋅的不同濃度對(duì)放線菌的影響表現(xiàn)：低濃度的鋅對(duì)根際土壤放線菌的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用。在土壤鋅濃度為500 mg·kg-1時(shí)，促進(jìn)作用最為明顯。土壤鋅濃度大于500 mg·kg-1時(shí)，放線菌數(shù)量隨著鋅濃度的增加逐漸減少，表現(xiàn)出對(duì)放線菌生長(zhǎng)抑制作用。栽培至第36天到第54天時(shí)，在土壤鋅濃度為2 000～2 500 mg·kg-1時(shí)放線菌數(shù)量增加，這可能是因?yàn)殇\濃度太高時(shí)，對(duì)吊蘭的損害最大，殘?bào)w的分解造成土壤中有機(jī)物含量大量增加，從而導(dǎo)致某種對(duì)鋅敏感性較弱的放線菌數(shù)量暫時(shí)上升；而當(dāng)?shù)跆m適應(yīng)環(huán)境后，土壤中因殘?bào)w分解產(chǎn)生的有機(jī)物含量減少，受鋅影響，放線菌的數(shù)量逐漸減少。

根際、非根際和空白組3個(gè)處理中放線菌的數(shù)量從大到小依次為根際土壤、非根際土壤、空白組土壤，且這種差異性在吊蘭生長(zhǎng)的不同時(shí)期均表現(xiàn)為顯著（p＜0.05，如表4所示）。非根際土壤中放線菌的數(shù)量隨土壤鋅濃度的變化趨勢(shì)與吊蘭根際環(huán)境的相似。受根際土壤中放線菌數(shù)量的影響，隨著栽培時(shí)間的增加，非根際土壤中放線菌的數(shù)量也有所增加，且在栽培后期基本保持不變?？瞻捉M土壤因受重金屬鋅污染且沒(méi)有吊蘭修復(fù)，故放線菌數(shù)量在各栽培期均非常少。

表3 鋅污染對(duì)土壤中放線菌數(shù)量的影響

表4 根際土壤、非根際土壤、空白組土壤中放線菌數(shù)量配對(duì)t檢驗(yàn)

2.3 鋅污染對(duì)土壤中真菌數(shù)量的影響

隨著栽培時(shí)間的增加，吊蘭根際土壤中真菌的數(shù)量呈先增后減的趨勢(shì)，栽培至第36天時(shí)，真菌數(shù)量達(dá)到最高值，之后逐漸減少（見(jiàn)表5）。

與對(duì)照組相比，土壤鋅濃度為200 mg·kg-1時(shí)，根際土壤中真菌的數(shù)量有所上升，說(shuō)明低濃度的鋅對(duì)真菌有促進(jìn)作用，但隨著鋅濃度的上升，真菌的數(shù)量逐漸減少，即高濃度的鋅對(duì)真菌有抑制作用。

表5 鋅污染對(duì)土壤中真菌數(shù)量的影響

真菌數(shù)量由多到少同樣依次表現(xiàn)為根際土壤、非根際中土壤、空白組土壤，且這種差異性在吊蘭生長(zhǎng)的不同時(shí)期均表現(xiàn)為顯著（p＜0.05，見(jiàn)表6）。受根際土壤中真菌數(shù)量的影響，隨著栽培時(shí)間的增加，非根際土壤中真菌的數(shù)量也有所增加，且在栽培后期基本保持不變，這與根際環(huán)境變化趨勢(shì)相似?？瞻捉M土壤中真菌數(shù)量在各栽培期均非常少。

表6 根際土壤、非根際土壤、空白組土壤中真菌數(shù)量配對(duì)t檢驗(yàn)

表7表示的是土壤中微生物數(shù)量與栽培時(shí)間及土壤鋅濃度之間的多元線性回歸方程，從表中可以看出，三類微生物數(shù)量與栽培時(shí)間及土壤鋅濃度之間的相關(guān)性顯著。從影響系數(shù)可以看出：三類微生物數(shù)量與栽培時(shí)間之間呈正相關(guān)關(guān)系，與土壤鋅濃度之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；栽培時(shí)間對(duì)微生物數(shù)量的影響系數(shù)大于土壤鋅濃度對(duì)微生物數(shù)量的影響系數(shù)。土壤中微生物雖然受到重金屬鋅的脅迫，但因栽培時(shí)間對(duì)微生物數(shù)量的影響要大于重金屬鋅對(duì)微生物的影響，故后期土壤中微生物數(shù)量與吊蘭栽植初期時(shí)的微生物數(shù)量相 比均有一定的增加。

表7 微生物數(shù)量與栽培時(shí)間及土壤鋅濃度的多元線性回歸分析

3 結(jié) 論

以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在6個(gè)鋅濃度水平組實(shí)驗(yàn)中，2 500 mg·kg-1的鋅污染致使吊蘭出現(xiàn)了枯萎和死亡現(xiàn)象，各組栽培時(shí)間對(duì)土壤微生物的數(shù)量產(chǎn)生影響，土壤重金屬鋅的濃度對(duì)微生物有一定的促進(jìn)作用。栽培時(shí)間對(duì)微生物數(shù)量的影響大于土壤鋅濃度對(duì)微生物數(shù)量的影響，說(shuō)明通過(guò)吊蘭的栽植和生長(zhǎng)在一定程度上可以提高微生物活動(dòng)，改善土壤的環(huán)境，可以作為進(jìn)一步研究吊蘭修復(fù)鋅污染土壤的參考。