滬寧高速公路兩側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土壤微生物量的空間分布特征。[方法]以滬寧高速公路兩側土壤為研究對象，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。[結果]滬寧高速公路兩側土壤微生物量則表現為表層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相關關系。[結論]該研究為控制污染和綠色通道建設提供理論依據和參考。

關鍵詞高速公路；重金屬污染；土壤微生物量；空間分布

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

土壤微生物量是陸地生態系統碳循環的重要組成部分，在森林生態系統物質循環和能量轉化中占有特別重要的地位。土壤微生物量及其周轉對植物有效養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系統的循環發生深刻影響[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期，常作為土壤碳素循環的重要指標之一[3]。因此土壤微生物量指標被公認為土壤生態系統變化的預警及敏感指標[4]，對了解土壤養分轉化、循環、土壤微生物多樣性研究具有重要意義。公路建設對周圍環境特別是周圍的土壤生態環境有很大的影響，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，為控制污

染和綠色通道建設提供理論依據和參考。筆者在此以滬寧高速公路兩側土壤為研究對象，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、多功能的現代化高速公路，全線采用交通部部頒標準建設，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3 m寬分隔帶，外側設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，從事森林生態學研究。*通訊作者，教授，博士，博士生導師，從事土壤生態學、森林生態學研究。

收稿日期2014-12-26

每個小樣方內按照梅花形布點重復取樣，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年提出的熏蒸培養方法（The fumigation incubation method，FI）。其原理就是將待測土樣經氯仿熏蒸后，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，根據釋放的CO2量和微生物礦化常數計算出該土樣中的微生物量[5]。

2結果與分析

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為表層0～10 cm高于下層10～25 cm，但有個別地方表現為下層略高于上層，主要原因是公路空白段均為農田，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田，農業耕作的深度遠遠不止于試驗所設定的25 cm，加之農田施肥、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，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最為活躍的部分。它調解著土壤養分的釋放和吸儲，對提高土壤養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分的有效狀況及土壤生物活性，它是土壤質量的一個重要方面。了解土壤微生物量與土壤重金屬之間的相關性，對研究重金屬污染下的土壤微生物的生態效應，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，為控制污染提供必要理論依據。

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相關關系。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、重金屬單一或復合污染有關，現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理論，還無法解釋研究中存在的矛盾和分歧。

3結論

（1）滬寧高速土壤微生物生物量則表現為表層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相關關系，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性。

參考文獻

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責任編輯宋平責任校對李巖