全 文 ：第 28卷　第 2期 中 南 林 业 科 技 大 学 学 报 Vol. 28　 No. 2
　 2008年 4月 Journal o f Central South Univ er sity o f Fo rest ry& Techno log y Apr. 2008　
文章编号: 1673- 923X ( 2008) 02- 0019- 05
PAHs对栾树幼苗生长及其土壤微生物数量的影响
郑　威 ,闫文德 ,田大伦 ,朱　凡 ,梁小翠
(中南林业科技大学 生态教研室 ,湖南长沙 410004)
摘　要: 　通过温室盆栽实验 ,研究了不同 PAHs污染浓度处理对栾树幼苗生长量及其土壤微生物的影响 .结果表明:在所设的污染
范围内 , PA Hs对栾树幼苗高生长并无抑制作用 ,相反具有促进作用 ,但随着污染浓度的增大 ,其对植株的高生长的促进作用逐渐减
小 ;对地径的增长有抑制作用 ,且抑制作用随污染浓度增加逐渐增大 ;栾树幼苗土壤微生物在污染初期会受到严重抑制 ,但在经过一
段时间适应后 ,污染处理组的微生物数量要显著大于对照组 .
关键词: 　生态学 ;栾树幼苗 ;多环芳烃 ;土壤微生物数量 ;生长量
中图分类号: 　 S792. 02　　　　文献标志码:　 A
Effects of PAHs Pollution on the Growth of Koelreuteria paniculata
Seedlings and Microbial Number in Soil
ZHENG Wei , YAN Wen-de, TIAN Da-lun, ZHU Fan, LIAN G Xiao-cui
( Ecology Lab, Cent ral Sou th Univ ersi ty of Forest ry & Technology, Ch angsha 410004, Hunan, China)
Abstract: Th rough pot ted plant ex perim ents in th e g reenh ouse, th e in fluence of dif f erent concent ration s of PAHs pollution on th e
stem height , basal stem diameter, grow th rate and microbial number w as m easured. Result s are as follows. PAHs hav e d efinite
st imulating effect s on the height grow th of s eedlings bu t inhibi ti on on th ei r g round diameter. Wi th th e increase of PAHs pollu tion
concen tration, th e promot ing effect on h eigh t g row th decreas es grad ual ly and inhibi tion on g rou nd diameter increas es. Af ter a
decrease at th e beginning, th e microbial n umber m easured in th e pollution soil is signi fican tly high er th an that in th e cont rasted soil.
Key words: ecology; Koelreuteria p aniculata s eedlings; PAHs; microbial number in s oi l; increment
多环芳烃 ( Po lycyclic aromatic hydrocarbons,简记为 PAHs)是一类有几百种的其结构中含有至少 2个稠
环的化合物的统称 [ 1 ] . PAHs具有慢性毒性和致癌、致畸、致突变的“三致”作用 [2 ] ,属于持久性的有机污染物
( PO Ps) .它们难以降解能长期停留在环境中 [3 ] ,能通过食物链在生态系统中迁移、积累 ,对人类健康和生态环
境具有很大的潜在危害 .对 PAHs污染的环境进行修复 ,已日趋成为国内外的研究焦点 .由于植物修复技术成
本低 ,破坏性小 ,愈来愈显示出其独特的优势 ,引起了人们的高度关注 [ 4] .以往的研究多集中在草本植物和农作
物上 ,而在 PAHs污染相对严重的城市 ,草本植物和农作物修复都有其明显的应用局限性 ,作为城市绿化和城
市森林主体的乔本植物则成为关注的对象 .栾树 Koelreuteria paniculata是一种优良的常见绿化树种 ,具有发
达的根系 ,有着良好的抗逆性能 [5 ] .本文中研究不同 PAHs污染水平下栾树生长量及土壤微生物数量的变化特
征 ,旨在进一步了解污染下植物 -微生物系统的抗性与耐性 ,为将来城市森林构建及 PAHs的生物修复提供科
学依据 .
收稿日期: 2008-01-02　　　　　　修回日期 : 2008-03-05
基金项目: 国家自然科学基金 ( 30571487、 30771700) ;湖南省杰出青年基金项目 ( 07 JJ1004) ;科技部公益性研究项目 ( 2007-4-15) ;国家林
业局“ 948”项目 ( 2007-4-19) ;湖南省科技厅项目 ( 06FJ3083、 2007FJ4046、 2007SK4030、 2006SK4059、 05N K3026) ;中南林业科技大学生态学
国家重点学科 .
作者简介: 郑　威 ( 1982- ) ,男 ,河南安阳人 .硕士研究生 ,主要从事城市生态学研究 . E-mail: zh eng w ei8686@ 163. com
DOI : 10. 14067 /j . cnki . 1673 -923x . 2008. 02. 001
1　材料与方法
1. 1　实验材料与实验设计
将风干过筛后的实验土壤按照混合比例 2( T1 )、 10( T 2 )、 50 g /kg ( T 3 )添加柴油 ,充分拌匀 ,放置 48 h以充
分平衡 ,然后分装到高 30 cm、直径 35 cm的圆形塑料盆中 , 2006年 10月移栽生长发育良好且大小较一致的 1年
生栾树幼苗于盆中 ,移栽时为保证成活 ,将苗木枝叶全部剪除 .幼苗取自中南林业科技大学夕阳红苗圃园 ,均为
1年生栾树幼苗 .平均树高为 99. 58 cm ,平均地径 1. 20 cm.实验之初 ,每一处理作 12个重复 ,每季度取样 3株幼
苗及其根际土壤做各项指标测定 .实验设置对照组 ( T 0 ) .
表 1　土壤理化性质
Table 1　 Physical and chemical properties of the studied soil
土壤类型 全氮 /% 有机碳 /% pH值 含水量 /%
T1 0. 14± 0. 003 3 1. 91± 0. 007 9 5. 01± 0. 035 18. 3± 0. 22
T2 0. 13± 0. 005 3 2. 34± 0. 026 2 4. 98± 0. 025 16. 7± 0. 12
T3 0. 12± 0. 005 7 4. 63± 0. 063 0 4. 86± 0. 005 17. 0± 0. 10
T0 0. 13± 0. 007 2 1. 72± 0. 006 3 4. 84± 0. 000 22. 0± 0. 24
实验设在湖南省长沙市中南
林业科技大学城市生态站温室
中 ,以排除自然干扰 ,通过开窗对
流及空调调节保持室内温度与环
境温度基本一致 .自来水浇灌 ,每
周浇水 2次 .
1. 2　测定方法
1. 2. 1　植株生长指标的测定
2006年 10月移栽时测定树苗的原始地径和树高 , 2007年 2～ 7月 ,每月定期测定各组每一植株的茎高和地
径 ,计算每月茎高、地径生长量 .
1. 2. 2　土壤微生物的测定
移栽植物之前取平衡稳定后污染土壤测定其微生物数量 ,其后每季度在植物取样的同时 ,取植物根际土
壤 ,并测定其中微生物数量 .
微生物数量的测定用稀释平板菌落计数法 .细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基 ,真菌采用孟加拉红-马丁氏琼
脂培养基 ,放线菌采用改良高氏 -号培养基 .细菌、真菌、放线菌均采用混菌法接种 ,接种后置 28～ 30℃生化培
养箱内培养 ,分别在 24、 48 h及 4～ 5 d内检查并进行 CFU( Colony Fo rming Unit )计数 [7 ] .土壤中微生物总量为
细菌、真菌和放线菌三者生物量的总和 .
图 1　 6个月内不同处理下栾树幼苗的茎高生长的平均
增长量
Fig. 1　 The monthly average increment of stem height
of Koelreuteria paniculata Laxm. seedlings in
six months with dif f erent pollut ion treatments
2　结果与分析
2. 1　 PAHs污染处理对栾树幼苗生长的影响
2. 1. 1　 PAHs污染处理对栾树幼苗高生长的影响
由每月定期测得的每株植物个体的茎高 ,统计出
每月各组植株的个体平均茎高生长量 .
6个月中各组植株的个体茎高增长量平均值见
图 1;各组植株的个体茎高生长量在 6个月中的变化规
律见图 2.
由图 1可知 ,实验 6个月后 ,随着 PAHs浓度的增
加 ,各处理组植株的平均高生长量呈降低的趋势 ,但均
高于对照组 T 0 , T 1、 T2、 T3处理组分别高出对照组
67. 80% 、 27. 09% 、 7. 89% ,但各组间没有显著性差异 .
可以看出 , PAHs污染处理并未对栾树幼苗的高生长
产生不利影响 ,反而有促进其高生长的作用 .
20 中　南　林　业　科　技　大　学　学　报 第 28卷
图 2　各月份不同处理植株的高生长量
Fig. 2　 The height increment of plants with diff erent treatments in each month
　　由图 2可知 ,随着时间的推移 ,
各浓度组生长速率逐渐加快 , 4月份
时达到最高 ,然后生长开始放缓 ,
7月份生长基本停滞 . 2月份茎高生
长量各组都较低 ,可能是因为 2月气
温低 ,茎高的生长相应较慢 .
2. 1. 2　 PAHs污染处理对栾树幼
苗地径生长的影响
由每月定期测得每一植株个体
地径 ,统计得到每月每组植株的个
体平均地径生长量 .各组植株 6个
月的个体地径生长量平均值见图 3;
各组植株的个体地径生长量在 6个月中的变化规律见图 4.
图 4　各月份不同处理植株的地径生长量
Fig. 4　 The ground diameter increment of plants with diff erent
treatments in each month
图 3　不同处理下栾树幼苗 6个月内的地径
生长的平均增长量
Fig. 3　 The monthly average increment of
ground diameter of Koelreuteria
pan iculata Laxm. seedling in six
months with dif ferent pollution
treatments
　　由图 3可知 ,各处理的 6个月的平均地径增长量随着浓度的增大而不断减小 ,且污染下的增长量均小于对
照 ,但差异性不显著 ,说明 PAHs污染对栾树地径的生长有抑制作用 .
由图 4可见 ,随着时间的延长 ,各浓度组地径生长量均呈现先升高后降低的趋势 .其中 T2、 T 3浓度组与对
照组表现一致 , 4月份时地径生长量达到最高 ,然后逐渐下降 , 7月份最低 ;而 T 1浓度组地径生长则在 5月份达
到最大 , 7月份生长停滞 .
2. 2　 PAHs污染处理对栾树幼苗土壤微生物数量的影响
图 5为不同浓度 PAHs污染下栾树幼苗土壤中微生物数量随时间变化情况 ,其中微生物总量为细菌、真菌
和放线菌之和 .通过对不同修复阶段的土壤进行分析发现 , 各处理组的微生物总量均出现先增大后减少的趋
势 ,由于微生物总量中细菌数量要高出真菌和放线菌 1～ 2个数量级 ,所以微生物总量随时间变化趋势与细菌
基本一致 .在实验开始初期 , 3个污染处理组的细菌数量较对照组要低 2个数量级 ,说明 PAHs污染对细菌生长
有毒害作用 ,严重抑制了土壤中细菌生长 .但随着时间的推移 ,除 1月份 T 2处理组细菌数量小于对照组外 ,其余
时间 T 1、 T2、 T 3处理组细菌数量均大于对照组 ,说明通过细菌对污染土壤的适应 ,某些具有降解多环芳烃能力
的菌种生存下来 ,并通过其代谢活动把 PAHs降解 ,其中包括生成一些可供生长所需的营养物质 ,从而促进其
数量的大量增加 .从 2006年 10月份实验开始到 2007年 1月份 , T 1处理组细菌数量增速最大 ,说明低浓度污染
下细菌最早产生了适应性 .而在温度适宜的 3、 4月份 ,微生物活动十分活跃 , T3处理组为细菌提供丰富
21第 2期 郑　威等: PAHs对栾树幼苗生长及其土壤微生物数量的影响
的碳源 ,此时其细菌数量超过其它组 ,达到最大 .
图 5　 PAHs污染对栾树幼苗土壤微生物数量的影响
Fig. 5　 Effect of PAHs pollution on soil microbial numbers in Koelreuteria paniculata Laxm. seedings
　　对照组真菌和放线菌的数量在整个实验过程中没有较大的起伏 , T1和 T2处理组的真菌在 4月份出现了高
峰 ,而放线菌只有 T1处理组在 4月份出现数量高峰 ,说明真菌对 PAHs污染的适应性要小于细菌 ,但是大于放
线菌 .
4月份到 7月份微生物达到其活动高峰后 ,可生物利用的基质逐渐减少 ,微生物通过自身调节 (竞争、代谢、
休眠等 )方式致使数量逐渐减少 .
3　结论与讨论
在 所设 PAHs浓度范围内 ,栾树幼苗均能旺盛生长 . PA Hs污染对栾树幼苗茎高生长有促进作用 ,但随浓
度升高 ,其促进作用逐渐减小 .而地径的生长则受到抑制 ,抑制作用随着浓度增加而增大 .
低浓度毒物对一些高等植物的生长有刺激作用 [8～ 14 ] .关于这种促进作用 Baker曾提出假说认为 [15 ]:很多植
物的生长激素如生长素 (a nxins)和赤霉酸 ( gibber- ellins)能够促进植物茎的延长而抑制根的伸长 ,而其大都具
有与 PAHs类似的环状结构 ,因为这种结构的相似性 , PAHs可能具有与生长激素类似的作用 .在本研究中设
置的中、高污染浓度对植物的高生长也起到促进作用 ,原因一方面可能是土壤中微生物与植物的联合降解作用
使土壤中污染得到一定程度上的降低 ;另一方面可能是因为植物体内的 PAHs来自土壤中 ,经过植物体内的分
配、运输中间的固定与转化 ,使植物顶端的嫩芽伸长部位的 PAHs浓度要远远小于植物根部 ,没有达到抑制生
长的污染水平 .而植物地径生长部位靠近污染土壤 ,受 PAHs影响较大 ,从而使地径的生长受到抑制 .
PAHs污染对栾树根际微生物有毒害作用 ,在实验初期 PAHs严重抑制了微生物的数量 ,但随着微生物对
污染土壤的适应和修复 ,污染处理反而促进微生物数量的增长 .
微生物分泌的加氧酶的作用 ,加氧酶能把氧原子加到 C-C键上形成 C-O键 ,再经过加氢、脱水等作用而使
22 中　南　林　业　科　技　大　学　学　报 第 28卷
C-C键断裂 ,苯环数减少 [ 1, 16 ] .
实验中 ,植物和微生物的生长情况非常相似 ,植物和微生物各自的生命活动也直接或间接的为对方的生存
创造了更有利的条件 ,它们构成了植物-微生物联合体系 ,并能促进有机污染物的快速降解、矿化 .
参考文献:
[1 ]　 Sims R C, Overcash, M R. Fate of polynuclear aromatic compound s ( PNAs ) in s oi l-plant sys tems [ J ]. Residue Rev. , 1983, 88: 1- 68.
[2 ]　 Wilson S C, Jones K V. Bioremediation of s oi l contaminated wi th polyn uclear aromatic hydrocarbons ( PA Hs ): A review [ J ]. Environ.
Pol lu. , 1993, 81: 229- 249.
[3 ]　 Malis zew ska-Kordybach , B. Sources, Concen trations, Fate and Ef fects of Polycyclic Aromatic Hydrocarbon s ( PAHs ) in th e Envi ronmen t.
Par t A: PAHs in Air [ J ]. Polish Journal of Environm ental Studies , 1999, 8( 3): 131- 136.
[4 ]　 Campfens J, Mack ay D. Fugacity-basedmodel of PCB bioaccum ulation in com plex aquatic foodw ebs [ J ] . Environmental Science and
Tech nology, 1997, 31: 577- 583.
[5 ]　方　晰 ,田大伦 ,康文星 .湘潭锰矿矿渣废弃地植被修复盆栽试验 [ J ].中南林业科技大学学报 , 2007, 27( 1): 17- 19.
[6 ]　林　鹏 ,卢昌义 .海莲红树林的生物量和生产力 [ J] .厦门大学学报 , 1990, 29( 2): 209- 213.
[7 ]　中科院南京土壤研究所微生物室 .土壤微生物研究法 [M ] .北京:科学出版社 , 1985: 44- 46.
[8 ]　 Malis zew ska-Kordybach B, Smreczak B. Ecotoxicological activi ty of soil s pollu ted w ith polycyclic aromatic h yd rocarbons( PAHs )-Effect on
plants [ J] . Environm ental Technolog y, 2000, 21( 10): 1099- 1110.
[9 ]　 McCann J H, Green berg B M, Solomon K R. Th e effect of creosote on the g row th of an axenic cul ture of Myriophyl lum spicatum L [ J] .
Aquatic Toxicology, 2000, 50( 3): 267- 276.
[10 ]　 Mcann J H, Solomon K R. The ef fect of creos ote on m emb rane ion leakag e in Myriophyl lum spicatum L [ J] . Aquatic Toxicology, 2000,
50: 275- 284.
[11 ]　王世杰 ,谷庆宝 ,卢桂兰 ,等 .高粱修复柴油污染土壤过程中植物生物量及土壤微生物总量的变化 [ J] .环境科学研究 , 2007, 20( 2): 24- 27.
[12 ]　田大伦 ,康文星 .生长在矿区废弃地的栾树混交幼林生物量研究 [ J ].中南林学院学报 , 2006, 26( 5): 1- 4.
[ 13 ]　陆志强 ,郑文教 ,马丽 ,等 .不同浓度萘和芘处理对红树植物秋茄胚轴萌发和幼苗生长的影响 [ J] .厦门大学学报 (自然科学版 ) , 2005, ( 4 ):
580- 583.
[14 ]　刘亚云 ,孙红斌 ,陈桂珠 .多氯联苯对桐花树幼苗生长及膜保护酶系统的影响 [ J ].应用生态学报 , 2007, 18( 1): 123- 128.
[ 15 ]　 Baker J M . Th e ef fects of oi ls on plan t ph ysiology [ C ] / / In: Cow el l E B Edi tor. The Ecological Effect s of Oi l Pollution on Li t to ral
Comm unities , Eng land: Applied Science Publi shers, 1971: 88- 98.
[16 ]　 Cerniglia C E, Heitkamp M A. Microbial d egradation of polycyclic aromat ic hydrocarbons in aquatic environment [C ] / / In: Baranasi , Bota
Taton( ed ) , Metaboli sm of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in the Aquatic Environment , FL, CRC Press Inc. , 1989: 41- 68.
[本文编校:胡曼辉 ]
23第 2期 郑　威等: PAHs对栾树幼苗生长及其土壤微生物数量的影响