泰安市不同綠地土壤微生物群落結構分析

梁強++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循環和養分轉化的動力，是土壤速效養分、有效養分和有機質的儲備庫，可參與土壤生化過程，分解轉化有機質固定養分。土壤微生物數量大小可直接反映一個地區土壤狀況好壞。隨著社會經濟的不斷發展，城市中的功能區越來越多，為了解城市內不同功能的綠化類型對于土壤環境狀況的影響，選取泰安市兩類不同的綠化類型（道路林和小區綠化林），利用稀釋平板法測定不同類型土壤微生物數量，從而探究不同類型的綠化植被和土壤質量的變化規律。結果表明，土壤中微生物菌落總數為798.21×104 cfu·g-1干土，且大多數為放線菌﹥細菌﹥真菌；細菌、放線菌、真菌的數量都是道路區大于居民區；真菌與植被覆蓋率的關系明顯，植被覆蓋率大和小的區域土壤微生物數量均大于中等植被覆蓋率；植被類型對土壤中微生物數量有顯著影響，表現為以灌木為主>喬木為主>草本為主。說明，不同綠化類型對土壤微生物群落結構影響很大，科學合理的園林規劃有利于高效改善綠地土壤狀況。

關鍵詞：微生物數量；城市綠地；植被覆蓋率；群落結構

中圖分類號：S731.2文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2017）02-0099-06

城市綠地是由各類綠地相互作用和聯系形成的有機整體[1]，可以有效降低噪聲污染，吸收工業和汽車發動機排放的有毒氣體，吸附空氣中的細微顆粒物。土壤是城市綠地植物的載體，是影響城市綠地植物生長的重要環境因子，是城市生態環境系統中不可缺少的組成部分，對城市的建設和發展有著不可取代的作用[2]。土壤微生物是土壤物質循環和養分轉化的動力，是土壤速效養分、有效養分和有機質的儲備庫，對于土壤有效養分的變化十分敏感[3，4]。土壤為微生物生長和增殖提供了良好的化學營養和物理結構，是微生物的“天然棲息地”[5]。微生物可參與土壤生化過程，分解轉化有機質固定養分，又可使母巖、母質分解釋放速效礦質養分，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，對土壤肥力、植物多樣性和生態系統功能都有重大影響[6，7]。

國內對于城市綠地土壤微生物的活性和數量也有研究。蔣炳伸[8]對不同植被類型覆蓋的城市綠地土壤微生物特征分析結果表明：從三大類群微生物總數的平均狀況來看，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，其變化趨勢與土壤有機質含量的變化趨勢一致。孫福軍等[9]認為，隨著城市化水平的提高，土壤中微生物數量表現為明顯的減少趨勢，其中變化較大的是細菌，而真菌和放線菌的變化不明顯。宋博等[10]的研究表明：土壤動物的多樣性指數與土壤污染程度具有顯著的負相關性，可以利用多樣性指數指示土壤綜合污染程度。侯穎等[11]對河南省商丘市的城區、郊區和農田的研究表明：城區和郊區土壤中的微生物明顯少于農田，城市化改造對自然土的擾動導致土壤質量發生變化，從而使土壤微生物減少，而且真菌、細菌和放線菌的數量比例在城區、郊區和農田里也有顯著不同。

城市功能區是整個城市職能的載體，可以集中反映城市所具特性，越發達的城市其功能區也就越多。不同功能區中綠地土壤的微生物群落結構可能會有很大差別，不同的綠地配置也會使土壤微生物群落結構受到影響。泰安市是旅游城市，道路眾多而且繁雜，道路區和居民區綠地面積較多。由此，以泰安市的道路區和居民區的綠化帶土壤為研究對象，探究泰安市主要綠地類型土壤中微生物的數量特征和不同綠地配置對土壤微生物數量的影響，為泰安市科學合理的園林規劃和高效改善綠地土壤情況提供理論依據。

1材料與方法

1.1研究區域概況

泰安市位于山東省中部的泰山南麓，地理坐標在東經116°20′～117°59′、北緯35°38′～36°28′，屬于溫帶大陸性半濕潤季風氣候區，四季分明，寒暑適宜，光溫同步，雨熱同季。春季干燥多風，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，整個地勢自東北向西南傾斜，境內擁有多種地貌類型，山地、丘陵、平原、洼地、湖泊兼而有之。

具體研究區域位于泰山區、岱岳區龍潭路和溫泉路兩側，區域內地勢由東北向西南逐漸降低，以山地、平原為主。南北約跨越0.103個緯度，東西約跨越0.045個經度。

1.2樣地設計及土樣收集

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

采樣時，先去除地表凋落物，用鐵鏟挖開地下土層，在每個樣地0～10 cm深度取土樣，裝入自封袋帶回實驗室，置于-4℃冰箱保存，供室內土壤微生物數量測定。

1.3土壤微生物的培養與測定

細菌、放線菌和真菌數量的測定采用稀釋平板測數法，其中，細菌采用牛肉膏蛋白胨培養基，真菌采用高氏1號培養基，放線菌采用孟加拉紅培養基。分別接種后置于無菌培養室進行培養，其中，細菌37℃下培養2～3天，真菌28℃下培養3～5天，放線菌28℃下培養2～4天。然后，記錄每種菌的數量，并根據稀釋倍數進行換算。每克土壤微生物數量=菌落數×稀釋倍數/取樣體積。

1.4分析方法

所有數據的處理和分析均由Microsoft Excel軟件和SPSS 19.0軟件完成。不同功能區水平間的數據用t檢驗對比分析其差異顯著性（P<0.05）；不同植被類型間微生物數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結果與分析

2.1土壤微生物群落數量特征

不同種類微生物具有不同的生物學性狀，10個取樣點的土壤微生物數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為798.210×104 cfu·g-1干土，其中細菌菌落總數為383.755×104 cfu·g-1干土，放線菌菌落總數396.125×104 cfu·g-1干土，真菌菌落總數為18.330×104 cfu·g-1干土，總體微生物數量組成模式為放線菌>細菌>真菌，細菌和放線菌數量相當且遠遠大于真菌數量。

從不同樣地來看，樣地A、D和I的微生物組成模式為細菌﹥放線菌﹥真菌， B、C、E、F、G、H、J的微生物組成模式為放線菌﹥細菌﹥真菌。樣地H的微生物數量明顯少于其它9個樣地，為6.165×104 cfu·g-1干土，少了有一個數量級之多。樣地F的微生物數量最多且明顯高于其它樣地，為179.890×104 cfu·g-1干土。從各個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，遠遠高于細菌和真菌比例，樣地D、I細菌所占比例最大，遠遠高于放線菌和真菌比例，其余4個樣地中細菌和放線菌比例相當且遠遠高于真菌比例。

表2 三類微生物的數量分布樣地

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

2.3植被覆蓋率對土壤微生物數量的影響

根據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C；二組50%≤植被覆蓋率< 80%，包括采樣點D、G、H、I、J；三組植被覆蓋率≥80%，包括采樣點A、B、E、F。

由圖2可知，二組微生物菌落總數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）；對于細菌來說，一組、二組、三組間

圖1不同功能區各類微生物數量的比較

均沒有顯著差異（P>0.05），細菌數量與植被覆蓋率無明顯相關關系；對于放線菌來說，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量；對于真菌來說，其數量大體上隨著植被覆蓋率的增加而減少，一組真菌數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植被類型對土壤微生物數量的影響

為探討植被類型對土壤微生物數量的影響，將調查樣地分為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之間差異顯著（P<0.05），并表現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；對于土壤細菌數量而言，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菌數量最多；對于土壤放線菌數量而言，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量較多；對于土壤真菌數量來說，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量最多。3討論

微生物數量是衡量微生物生長的重要指標，能直接顯示某一地區土壤肥力、土壤健康狀態和是否有人類活動的脅迫效應[12]。姚晶晶[13]認為土壤微生物是恢復環境的最先鋒，微生物的各項生理活動可以顯著增強土壤生態系統的緩沖能力。土壤中微生物的種類和數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系非常密切，微生物數量愈大，土壤微生物活性越高，肥力亦增大。本研究結果表明，土壤微生物總數為798.210×104 cfu·g-1干土，其中放線菌數量最多，為396.125×104 cfu·g-1干土，占微生物總菌落數的49.63%；細菌數量次之，為383.755×104 cfu·g-1干土，占微生物總菌落數的48.07%；真菌數量最少，只有18.330×104 cfu·g-1干土，占微生物總菌落數的2.3%。Aibalch等[14]的研究認為在肥力好的土壤中，細菌所占比例較高；而在難分解物質較多的土壤中，土壤微生物細菌所占比率相對較低，真菌和放線菌比率相對較高。宋敏等[15]對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 個不同生態系統土壤微生物的數量研究表明，其土壤微生物總數量為 4.27×104～3.14×106 cfu·g-1，其中人工林和次生林則為細菌>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>細菌>真菌。本研究區域與北亞熱帶喀斯特地貌相比，溫度較低，降雨量少，土壤微生物數量較少，三大菌類的組成與其研究結果一致，多為放線菌>細菌>真菌，表明不同綠化植被和水熱條件對土壤微生物數量、分布存在重要影響。

城鎮化也是影響土壤微生物數量的一個重要原因，隨著城市化的加深，土壤微生物數量會整體減少[16]。本研究樣地主要集中在道路區域和居民區域，道路兩旁綠化帶土壤每天會吸收道路上車輛排出的有毒氣體和細小顆粒物，還會遭到踐踏、車壓等人為擾動[17]。在長期凈化過程中，有的微生物形成了以有機污染物作為唯一碳源的代謝特點，從降解污染物中獲得能量進行生長增殖[18，19]，有的微生物還通過共代謝和共氧化降解有機污染物[20]。居民區綠地土壤更多的是遭受翻動、回填、客土等人為擾動。本研究發現，細菌、放線菌和真菌數量均是道路區>居民區，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95%左右，最小只有40%左右。結果表明，最大植被覆蓋率條件下，土壤微生物數量最多，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，起到保護微生物的作用，另一方面植被覆蓋率越大的地方人為干預越小，從而避免土壤被人為破壞和踩踏。此外，高覆蓋率區域凋落物多，有效增加了土壤有機質含量，促進土壤微生物生長繁殖。

各類微生物對于生長環境的要求也不同，一般認為，細菌在濕潤的環境下更易增殖，能耐受低氧水平；真菌耐旱但是氧含量水平過低會導致大量減少；放線菌具有喜熱且耐旱的特性，但是生長增殖慢，在土壤中主要參與難分解物質的分解，只有當土壤中各類微生物競爭壓力減少時才會大量出現[12]。本試驗采樣點分為三種類型：灌木為主、喬木為主和草本為主。不同植被類型組成導致其土壤中微生物生存的微環境不同。從土壤微生物總數來看灌木為主類型>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菌生長繁殖，以喬木為主的植被類型更適合放線菌和真菌生長繁殖，以草本為主的植被類型中，細菌、真菌和放線菌的數量都很小，說明草本為主的植被類型不適合微生物生長繁殖。這與孫其遠[21]研究的灌木類綠地>草坪類綠地>喬木類綠地有所不同。出現本研究結果的原因可能是：灌木為主的植被類型生長旺盛，為土壤微生物提供了良好的濕熱條件，同時生長旺盛的灌木凋落物較多，為土壤提供了較多的有機質；喬木植物的根多在土壤深處，而且受人為破壞嚴重，有機質含量偏少就造成了微生物數量減少；草地雖然根系發達，但人為踩踏嚴重，土壤壓實，抑制了土壤微生物的呼吸作用，導致土壤微生物數量較少。

4結論

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

總之，泰安市在以后的園林規劃中，應該選用土質較好的土壤，加強管理，定期松土、施肥，保持土壤微生物生存需要。另外，在規劃中，要采用草本、灌木、喬木結合的方式，可以上部是喬木，下部是灌木。在綠化過程中，要加強道路林建設，同時提高人民素質，減少對綠化帶人為擾動現象。

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收稿日期：2016-07-15

基金項目：四川省煙草公司重點科技攻關項目（SCGY201401）

作者簡介：郭可謙（1991-），女，吉林長春人，在讀碩士研究生，主要從事煙草原料質量評價研究。E-mail：13526797573@163.com

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