白銀市東西大溝土壤理化性質(zhì)與微生物數(shù)量的關(guān)系

高 旭，王小娟*，高揚(yáng)升

(1 中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，甘肅蘭州 730000；2 蘭州國家高新技術(shù)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(jié)構(gòu)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(dá)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(xué)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(biāo)準(zhǔn)的污水，必然造成土壤有機(jī)污染、重金屬污染及酸、堿、鹽污染，使土壤板結(jié)、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(biāo)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(guān)，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(jià)土壤肥力水平的生物學(xué)指標(biāo)[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(yán)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(guān)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(gè)點(diǎn)進(jìn)行土樣采集，然后在東大溝取5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行土樣采集。選點(diǎn)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(gè)點(diǎn)組成1個(gè)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(jié)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(fēng)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(jì)數(shù)

1.3.1培養(yǎng)基。細(xì)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(shè)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(gè)菌落[6]。

1.3.5菌落計(jì)數(shù)。培養(yǎng)后，取出培養(yǎng)皿，選出每一土樣適合菌落計(jì)數(shù)的稀釋度，計(jì)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(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS 17.0軟件處理和統(tǒng)計(jì)分析[9-10]。

2 結(jié)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(yuǎn)，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(diǎn)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(xì)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(xì)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(xì)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(xì)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(diǎn)Samplepoint細(xì)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(guān)性分析由表3可知，N、P、pH與細(xì)菌、放線菌均呈負(fù)相關(guān)(其中P與放線菌顯著負(fù)相關(guān)，pH與放線菌極顯著負(fù)相關(guān))，N、P、pH與真菌呈正相關(guān)。真菌和放線菌與N的相關(guān)性較強(qiáng)，放線菌與P、pH相關(guān)性較強(qiáng)。

表3西大溝土壤理化性質(zhì)與微生物數(shù)量相關(guān)性

Table3Thecorrelationbetweenthephysicalandchemicalpropertiesofsoilandthemicrobialpopulationinthewestgrooves

指標(biāo)IndicatorsPpH細(xì)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(xì)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(xì)菌分別呈正相關(guān)、負(fù)相關(guān)、負(fù)相關(guān)，N、P、pH與放線菌分別呈負(fù)相關(guān)、負(fù)相關(guān)、正相關(guān)，N、P、pH與真菌均呈負(fù)相關(guān)。真菌與N、P、pH相關(guān)性較強(qiáng)。

表4東大溝土壤理化性質(zhì)和微生物數(shù)量相關(guān)性

Table4Thecorrelationbetweenthephysicalandchemicalpropertiesofsoilandthemicrobialpopulationintheeastgrooves

指標(biāo)IndicatorsPpH細(xì)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(xì)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(xì)菌數(shù)量與全N(X1)、全P(X2)、pH(X3)的關(guān)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(guān)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(guān)系模型：

Y3=2.476X1-3.042X2-1.437X3

(R=0.941，P>0.05)

(4)東大溝細(xì)菌數(shù)量與全N(X1)、全P(X2)、pH(X3)的關(guān)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(guān)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(guān)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(xì)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(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.999。

3 結(jié)論與討論

(1)白銀市西大溝土壤細(xì)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(xì)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(xì)菌比河北保定污灌油菜地的細(xì)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(xì)菌、放線菌均值分別為9.0×106、4.2×105CFU/g干土，時(shí)唯偉等[12]研究了上海鹽漬化土壤的微生物，其中細(xì)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(xì)菌、放線菌均呈負(fù)相關(guān)，N、P、pH與真菌呈正相關(guān)，說明真菌和放線菌與N的相關(guān)性較強(qiáng)，放線菌與P、pH相關(guān)性較強(qiáng)。N、P、pH與細(xì)菌分別呈正相關(guān)、負(fù)相關(guān)、負(fù)相關(guān)，N、P、pH與放線菌分別呈負(fù)相關(guān)、負(fù)相關(guān)、正相關(guān)，N、P、pH與真菌均呈負(fù)相關(guān)，說明真菌與N、P、pH相關(guān)性較強(qiáng)。

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(fù)相關(guān)，相關(guān)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?yàn)椴蓸印⒃囼?yàn)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(fù)雜。土壤作為一個(gè)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(jié)果產(chǎn)生影響。

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