全 文 ：高羊茅草对盐碱地原油污染土壤微生物的影响*
李摇 鑫摇 张会慧摇 岳冰冰摇 许摇 楠摇 朱文旭摇 胡举伟摇 孙广玉**
(东北林业大学生命科学学院, 哈尔滨 150040)
摘摇 要摇 采用常规土壤理化分析和 Biolog鄄Eco微孔板鉴定系统,研究了松嫩平原盐碱土地区
高羊茅草的生长对原油污染土壤 pH、总盐含量和微生物群落的影响.结果表明: 石油污染导
致表征土壤微生物代谢活性的平均颜色变化率(AWCD)、物种多样性指数和碳源利用数增
加, 微生物碳源利用模式发生改变. 高羊茅草对石油污染土壤有较好的修复作用,降低了土
壤 pH和石油烃(TPH)含量,提高了土壤含水率.高羊茅草根际土壤的 AWCD 和碳源利用丰
富度指数明显高于裸地土壤,为其根际微生物的生长发育提供了适宜的环境.
关键词摇 石油污染摇 微生物群落摇 高羊茅草摇 Biolog摇 松嫩平原摇 盐碱地
文章编号摇 1001-9332(2012)12-3414-07摇 中图分类号摇 Q948. 1摇 文献标识码摇 A
Effects of Festuca arundinacea on the microbial community in crude oil鄄contaminated saline鄄
alkaline soil. LI Xin, ZHANG Hui鄄hui, YUE Bing鄄bing, XU Nan, ZHU Wen鄄xu, HU Ju鄄wei,
SUN Guang鄄yu (College of Life Science, Northeast Forest University, Harbin 150040, China) .
鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2012,23(12): 3414-3420.
Abstract: By using the routine soil physical and chemical analysis methods and the Biolog tech鄄
nique, this paper studied the effects of Festuca arundinacea growth on the pH value, total salt con鄄
tent, and microbial community in the rhizosphere of crude oil鄄contaminated saline鄄alkaline soil in
Songnen Plain of Northeast China. Crude oil contamination resulted in the increases of average well
color development (AWCD), Shannon index (H), and carbon source utilization richness index
(S), and altered the utilization patterns of carbon sources by the microbes. F. arundinacea had
greater potential to remediate crude oil鄄contaminated soil. This plant could decrease the soil pH and
soil total petroleum hydrocarbon (TPH) content, and increase the soil water content. The AWCD
and S in F. arundinacea rhizosphere soil were obviously higher than those in the soil of naked land,
providing a suitable environment for the growth and development of rhizosphere soil microbes.
Key words: petroleum contamination; microbial community; Festuca arundinacea; Biolog;
Songnen Plain; saline鄄alkaline soil.
*国家自然科学基金项目(31070307)、黑龙江省自然科学基金重点
项目(ZD201105)和国家林业局项目(2010鄄29,2011鄄32)资助.
**通讯作者. E鄄mail: sungy@ vip. sina. com
2012鄄04鄄22 收稿,2012鄄09鄄18 接受.
摇 摇 据统计,目前全球每年的石油总产量已超过 36
亿 t,其中 75%以上的石油采自陆地油田,仅由石油
的开采、炼制、贮运、储存以及事故性泄漏等原因,每
年有 800 ~ 1000 万 t 石油污染物进入环境,造成污
染[1] .石油是一种天然存在于地表之下,粘稠易燃
的混合物,主要成分为 C15 ~ C36的烷烃、多环芳烃
(PAHs)、烯烃、苯系物、酚类等[2] . 其中 PAHs 等持
久性有机污染物还具有致癌、致畸、致基因突变的危
害,可通过空气或水进行长距离输送,经由食物链在
动植物及人体内富集,危及生态系统安全和人类健
康[3-4] .石油进入土壤后,由于其强毒性及较大的粘
稠性,除了堵塞土壤孔隙、降低土壤渗透性、破坏土
质、改变有机质的组成和结构以外,还能粘附在植物
根部形成一层粘膜,阻碍根部的呼吸和养分的吸收,
引起根部腐烂,造成大面积植物死亡,严重地影响农
林业生产[1] .
石油污染的日趋严重迫使人们寻求行之有效的
修复策略.在现有修复技术中,生物修复的费用低、
环境影响小、应用范围广,而且没有二次污染,比物
理和化学技术更具有发展前途.目前,生物修复技术
已由细菌修复拓展到真菌修复、植物修复和微生物鄄
植物联合修复,其中植物修复是首选的方法.长期以
来,人们一直筛选或选育能够促进石油烃分解,或通
应 用 生 态 学 报摇 2012 年 12 月摇 第 23 卷摇 第 12 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Dec. 2012,23(12): 3414-3420
过植物种群多样性和植物的生长改善根际土壤微生
物种类和数量,强化对污染石油烃的分解和利用.但
是,石油污染环境中存在着很多依赖自然演替而适
应石油污染的植物,如野生狗牙根 (Cynodon dac鄄
tylon)的生长可增加土壤微生物的种类,改善根际土
壤的微环境,修复石油污染土壤[5],不但能够降低
土壤中的石油烃含量[6],而且能够改善土壤酶的活
性[7] .因此,挖掘自然生态系统中能修复石油污染
土壤的植物资源就显得尤为重要.
高羊茅草(Festuca arundinacea)为多年生禾本
科植物,在松嫩平原占据了大概 1 / 3 的面积,成为优
势种,由于具有较高的抗旱、抗盐碱特性,也使它在
治理荒漠化和盐碱化土地过程中发挥了重要的作
用.土壤微生物功能多样性可以表征土壤微生物群
落结构,指示土壤质量[8]、酸碱度变化[9]、重金属[10]
以及 PAHs[11]等对土壤微生物多样性的影响.因此,
研究盐碱土地区高羊茅草种群生长对石油污染土壤
微生物的群落组成和动态变化的影响十分必要.
Biolog微孔板鉴定系统是能较为敏感地描述微
生物群落功能特征的一种新方法. 该方法通过测定
单一碳源的利用来反映微生物群体水平的生理轮
廓,因其简单、快速,已广泛应用于评价土壤微生物
群落功能[12] .本研究利用 Biolog 微孔板鉴定系统,
从不同碳源利用强度角度,研究盐碱地高羊茅草的
生长对石油污染土壤微生物群落结构及代谢特性的
影响,以期为揭示盐碱土地区污染物鄄植物鄄微生物
三者之间的关系提供理论依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究地区自然概况
试验地位于松嫩平原的黑龙江省肇州县跃进乡
东北林业大学盐碱地生物多样性试验基地(45毅70忆
N,125毅27忆 E),平均海拔 150 m,属中温带大陆季风
气候.该地区年均气温 3. 37 益,7 月平均气温 22. 4
益,年均降水量 418. 9 mm,7—9 月降水占年降水量
的 73. 1% ,年均蒸发量 1597. 1 mm,为年均降水量
的 3. 8 倍,年均日照时数 3014. 4 h,年均活动积温
2800 益,无霜期 137 d.该地区盐碱土壤为苏打盐化
草甸碱土,pH 9. 14,含盐量约 0. 4% ,属中度盐碱
土,系松嫩平原代表性土壤.
1郾 2摇 供试土壤取样
供试土壤于 2011 年 8 月取自黑龙江省大庆市
肇州县兴城镇跃进村的油井四周落地原油覆盖程度
相近的土壤.该地区是大庆油田的外围采矿区,油井
开采于 1986 年 2 月. 土壤理化性质:土壤有机质
28. 7 g · kg-1,碱解氮 120. 9 mg · kg-1,速效磷
52郾 8m g·kg-1,速效钾 221. 6 mg·kg-1 .按五点取样
法选取植株,先去掉 0 ~ 5 cm的表土,轻轻抖落根系
周围土壤后,用毛刷轻轻刷下粘附在根表面的土壤
为根际土.本试验中采样的土壤分为 3 种:高羊茅草
土,即 1 年生野生高羊茅草种群生长的被石油烃污
染的根际土壤,土壤中生有密集根丛;裸地土壤,为
邻近的地表无植被覆盖的石油污染土壤;无石油土,
即对照土壤,采自该样地的无石油污染、无植被覆盖
的土壤.为确保试验样品具有研究代表性,在每类样
地(1. 5 ~ 2. 0 km2)按 3 个重复取样,五点取样法分
别采集高羊茅草根际土壤、邻近裸地土壤和对照土
壤.剔除土壤样品中石砾和植物残根等杂物,混匀后
采用四分法留取试验用土量,装入无菌的封口袋包
扎密封,用冰盒带回实验室. 采集的土样分为两份:
一份风干过筛,用于测定土壤 pH、总石油烃和总盐
含量;另一份研磨过 2 mm筛后,放入 4 益冰箱中保
存,用于 Biolog鄄Eco微平板测定.
1郾 3摇 测定方法
土壤 pH 测定的水土比为 2. 5 颐 1,土壤含水率
采用烘干法测定,土壤总盐含量和总石油烃( total
petroleum hydrocarbon, TPH)含量分别采用电导率
法[13]和称量法[14]测定.
1郾 4摇 土壤微生物群落功能多样性分析
土壤微生物碳源利用多样性应用 Biolog生态板
(ECO Micro Plate)测定. 参考文献[15]的方法,首
先土壤样品在 25 益活化 24 h,称取相当于 10 g 烘
干土质量的新鲜土样,加入内有 90 mL 灭菌的
0郾 85% NaCl 溶液的三角瓶中,加无菌棉花塞后,将
三角瓶在旋涡振荡器上震荡 1 min,然后置于冰水浴
中 1 min,反复 3 次.静置 2 min后按逐步稀释法,依
次稀释 10-2、10-3土壤悬浮液. 用八通道移液器向
ECO板每孔中加入 10-3的土壤悬浮液,接种量为
150 滋L,将接种好的微孔板放在(25依1) 益下连续
培养 8 d,分别于培养 24、48、72、96、120、144、168 和
192 h 时用酶标仪( Sunrise Remote, TECAN)测定
590 nm处的光密度值.
1郾 5摇 数据处理
微生物代谢强度采用平均颜色变化率(average
well color development, AWCD)来描述,即利用单一
碳源能力的重要指标,其计算方法如下[16]:
AWCD =移(C i - R) / 31
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式中:C i为所测定的第 i 个碳源孔的光密度值;R 为
对照孔的光密度值.
采用 Biolog微平板培养 96 h 的数据进行统计
分析,此时即使生长较慢的微生物也已参与碳源的
代谢过程,因此能较全面地反映出微生物群落的信
息.群落丰富度指数 ( S) 用碳源代谢孔的数目
(AWCD>0. 2 则代表该孔碳源被利用,该孔即为反
应孔)表示. Shannon 多样性指数: H =-移P i lnP i .
其中,P i为第 i 孔的相对吸光值与整个平板相对吸
光值总和的比率. Shannon均匀度指数:E=H / lnS,其
中,S为颜色变化孔的数目.
采用 Excel 2003 软件对数据进行处理,采用
SPSS 16. 0 软件进行单因素方差分析(one鄄way ANO鄄
VA)和主成分分析(琢=0. 05).
2摇 结果与分析
2郾 1摇 污染土壤含水率、pH、电导率和 TPH含量的变
化
由表 1 可知,裸地土和高羊茅草土的 TPH 含量
高于无石油土,差异极显著. 其中,高羊茅草土的
TPH含量比裸地土减少了 26. 8% ,说明高羊茅草的
生长对石油污染有一定的修复作用. 不同处理间土
壤 pH差异较大,其大小顺序为:无石油土>裸地土>
高羊茅草土.土壤电导率可以直观地反映土壤总含
盐量,3 个处理间差异不显著,说明石油和高羊茅草
的生长对土壤总盐含量均无影响.
2郾 2摇 土壤微生物利用总碳源的动力学特征
平均颜色变化率(AWCD)反映了土壤微生物群
落的代谢活性,可作为微生物整体活动的有效指
标[17] . AWCD的变化速度(斜率)和最终达到的程
度能直观反映土壤微生物利用单一碳源的能力. 其
土壤培育过程中 AWCD变化(图 1)结果表明,随着
培养时间的延长,不同处理土壤微生物利用碳源的
表 1摇 不同处理的土壤含水率、pH、电导率和 TPH含量
Table 1摇 Soil moisture content, pH, conductivity and TPH
content in different treatments (mean依SE)
处理
Treat鄄
ment
TPH含量
TPH content
(mg·g-1)
pH 电导率
Conductivity
(滋s·cm-1)
土壤含水率
Soil moisture
content
(% )
玉 5. 75依1. 34c 8. 31依0. 03a 1062. 33依77. 68a 0. 2依0. 0a
域 71. 47依1. 82a 8. 00依0. 04b 1062. 00依11. 80a 0. 1依0. 0b
芋 52. 32依0. 79b 7. 78依0. 03c 993. 00依6. 56ba 0. 1依0. 0b
玉:无石油土 Non鄄petroleum soil; 域:裸地土 Bare soil; 芋:高羊茅草
土 Festuca arundinacea soil. 同列中不同小写字母表示差异显著(P<
0. 05) Different letters in the same column meant significantly different at
0. 05 level. 下同 The same below.
图 1摇 土壤微生物群落 AWCD随着培养时间的变化
Fig. 1摇 AWCD changes with incubation time of different treat鄄
ments.
玉:无石油土 Non鄄petroleum soil; 域:裸地土 Bare soil; 芋:高羊茅草
土 Festuca arundinacea soil. 下同 The same as below.
总量均呈逐渐增加的趋势.培养起始的 24 h 为土壤
微生物的滞后期,AWCD 较小,且变化平缓,说明碳
源基本未被利用. 温育 24 h 后,土壤微生物逐渐适
应了 Biolog微平板基质环境,随后进入对数增长期,
AWCD快速增加直至 96 h. 此时微生物活性旺盛,
碳源开始被明显利用,之后缓慢增长,直至趋于稳
定.不同处理微生物对单一碳源利用程度差异较大,
其强度大小顺序为:高羊茅草土>裸地土>无石油
土.各培养阶段的 AWCD 均为高羊茅草土最高,代
谢活性最强;裸地土次之;而无石油土微生物代谢最
慢,活性最弱,说明石油污染丰富了土壤的碳源,从
而促进了微生物的代谢活性.其中,高羊茅草生长的
根际土壤微生物的代谢活性最强可能与植物的根系
有关,植物根系的存在可以提高土壤含水量,有利于
增加微生物的活跃度[18],同时,根系分泌物也可能
为微生物提供了部分碳源.从表 2 可以看出,微生物
培养 96 h后,各处理 AWCD 在 0. 12 ~ 0. 32,3 个处
理间的差异达到显著水平.
2郾 3摇 土壤微生物群落多样性指数
土壤微生物群落对不同碳源的利用情况可以用
多样性指数表示,以反映群落整体的动态变化.由表
2 可以看出,培养 96 h土壤微生物物种多样性指数、
碳源利用丰富度指数和均匀度指数的变化. 结果表
明,多样性指数和碳源利用丰富度指数的变化与
AWCD相似.石油污染土壤(裸地土和高羊茅草土)
多样性指数和碳源利用数均显著高于无石油土. 裸
地土与高羊茅草土多样性指数差异不显著,而高羊
茅草土的碳源利用丰富度指数显著高于裸地土. 3
个处理的均匀度指数表现为:无石油土>裸地土>高
羊茅草土,差异达到显著水平.
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表 2摇 土壤微生物群落 96 h AWCD和多样性指数
Table 2摇 AWCD of 96 h for soil microbial communities and
diversity indices
处理
Treat鄄
ment
AWCD 物种多样性
指数
Shannon
index
碳源丰富度
指数
Substate
richness index
均匀度指数
Evenness
index
玉 0. 12依0. 01c 1. 08依0. 06b 8. 33依3. 22c 1. 24依0. 15a
域 0. 16依0. 03b 1. 28依0. 03a 10. 33依0. 58b 1. 06依0. 07b
芋 0. 32依0. 04a 1. 31依0. 06a 13. 00依1. 00a 0. 95依0. 03c
2郾 4摇 土壤微生物对 6 大类碳源的利用强度
由图 2 可以看出,土壤微生物对氨基酸、羧酸、
双亲化合物、聚合物、糖类和氨 /胺类的利用强度存
在较大差异.在无石油污染土壤中,微生物对碳源的
利用表现为:糖类>羧酸>氨基酸>聚合物>双亲化合
物>氨 /胺类;石油污染土壤中,裸地土微生物对碳
源的利用表现为:聚合物>羧酸>糖类>氨基酸>双亲
化合物>氨 /胺类,而高羊茅草土对碳源的利用表现
为:聚合物>双亲化合物>氨基酸>糖类>羧酸>氨 /胺
类,说明石油和高羊茅草均改变了土壤微生物对碳
源的代谢比例.整体上,土壤微生物对羧酸、氨基酸
和糖类的利用比例高于其他 3 类碳源.
2郾 5摇 土壤微生物对碳源利用多样性的主成分分析
由图 3 可以看出,31 个主成分因子中,前 8 个
累积方差贡献率达 100% ,其中主成分 1(PC1)的方
差贡献率为 49. 4% ,主成分 2(PC2)为 23. 1% ,第
3 ~ 8主成分贡献率较小,为 0. 5% ~ 12. 0% . PC1 和
PC2 的累积贡献率高达 72. 4% ,是变异的主要来
源,可以解释变量的绝大部分信息. 分析表明,不同
处理在 PC轴上出现明显的分布差异(图 4).在 PC1
图 2摇 不同处理土壤微生物对不同种类碳源的利用比例
Fig. 2摇 Use fraction for different types of carbon sources by mi鄄
crobes under different treatments.
1)氨 /胺类 Amines / amides; 2)氨基酸 Amino acids; 3)羧酸 Carboxylic
acids; 4)双亲化合物 Miscellaneous; 5)聚合物 Polymenrs; 6)糖类
Carbohydrates.
图 3摇 31 种主成分的方差贡献率
Fig. 3摇 Variance percent of 31 principal components.
图 4摇 不同处理土壤微生物碳源利用图谱主成分分析
Fig. 4摇 Principal component analysis of carbon sources utiliza鄄
tion of soil microbes under different treatments.
图 5摇 31 种碳源的 PCA分析
Fig. 5摇 Principal component analysis of 31 carbon sources.
H4, G4:氨 /胺类 Amines / amides; A4, B4, C4, D4, E4, F4:氨基酸
Amino acids; F2, A3, B3, C3,D3, E3, F3, G3, H3:羧酸 Carboxylic
acids; G2, H2, B1:双亲化合物Miscellaneous; C1, D1, E1, F1:聚合
物 Polymers; A2, B2, C2, D2, E2, G1, H1:糖类 Carbohydrates.
轴上,高羊茅草土分布在正方向上,得分系数在
0郾 29 ~ 0郾 36,无石油土和裸地土分布在负方向上.在
PC2 轴上,无石油土和裸地土分布在正方向上,高羊
茅草土分布在负方向上,得分系数在-0. 12 ~ 0. 02.
其中,无石油土主要分布在原点附近,说明无石油
土、高羊茅草土和裸地土在 PC 轴中呈现不同的空
间分布,反映出不同处理对碳源的利用种类、程度出
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表 3摇 31 种碳源的主成分载荷因子
Table 3摇 Loading factors of principal component of 31 car鄄
bon sources
碳源化学类别
Chemical guild
碳源类型
Carbon source
主成分 1
PC1
主成分 2
PC2
氨基酸 甘氨酰鄄L鄄谷氨酸 Glycyl鄄L鄄
glutamic acid
0. 508* 0. 150
Amino acids L鄄苏氨酸 L鄄threonine 0. 186 0. 903**
L鄄丝氨酸 L鄄serine 0. 092 0. 885**
L鄄苯丙氨酸 L鄄phenylalanine -0. 225 0. 895**
L鄄天门冬酰胺 L鄄asparagine 0. 461 0. 005
L鄄精氨酸 L鄄arginine 0. 884** -0. 248
羧酸 D鄄苹果酸 D鄄malic acid 0. 938** 0. 070
Carboxylic 琢鄄丁酮酸 琢鄄ketobutyric acid 0. 899** -0. 005
acids 衣康酸 Itaconic Acid -0. 121 -0. 291
酌鄄羟丁酸 酌鄄hydroxybutyric acid 0. 333 -0. 277
4鄄羟基苯甲酸 4鄄Hydroxy benzoic
acid
0. 408 0. 803**
2鄄羟基苯甲酸 2鄄hydroxy benzoic
acid
0. 920** -0. 280
D鄄半乳糖醛酸 D鄄galacturonic acid 0. 632* 0. 358
D鄄半乳糖酸 酌鄄内酯 D鄄galactonic
acid 酌鄄lactone
0. 725** -0. 080
D鄄葡糖胺酸 D鄄glucosaminic acid 0. 852** -0. 054
双亲化合物 1鄄磷酸葡萄糖 Glucose鄄1鄄phosphate 0. 747** -0. 220
Miscellaneous D, L鄄琢鄄磷酸甘油 D, L鄄琢鄄glycerolo鄄
hosphate
-0. 110 -0. 449
丙酮酸甲酯 Pyruvic acid methylester -0. 646* -0. 406
聚合物 土温 40 Soil temperature 40 益 0. 941** -0. 211
Polymers 土温 80 Soil temperature 80 益 0. 667** -0. 350
琢鄄环式糊精 琢鄄cyclodextrin -0. 766** -0. 091
肝糖 Glycogen 0. 650** -0. 262
糖类 D鄄纤维二糖 D鄄cellobiose 0. 986** 0. 120
Carbohydrates 琢鄄D鄄乳糖 琢鄄D鄄Lactose 0. 959** -0. 061
茁鄄甲基鄄D鄄葡 萄 糖 苷 茁鄄methyl鄄D鄄
glucoside
0. 452 0. 407
D鄄木糖 /戊醛糖 D鄄xylose 0. 680** -0. 416
i鄄赤藓糖醇 i鄄erythritol 0. 960** -0. 176
D鄄甘露醇 D鄄mannitol** 0. 946** -0. 106
N鄄乙酰鄄D鄄葡萄糖氨 N鄄acetyl鄄D鄄glu鄄
cosamine
0. 648* 0. 646*
氨 /胺类 腐胺 Putrescine 0. 408 -0. 059
Amines / amides 苯乙胺 Phenylethylamine 0. 679* 0. 290
*P<0. 05; ** P<0. 01.
现差异.由图 4 还可以看出,高羊茅草土得分系数离
散较小,说明土壤微生物群落稳定;而无石油土和裸
地土得分系数变异较大,土壤微生物群落不稳定.结
合图 5 可知,高羊茅草土利用的碳源种类较多,而无
石油土和裸地土利用的碳源种类较少,进一步证明
不同处理间群落结构和功能多样性间差异较大.
初始载荷因子反映了主成分与碳源利用的相关
性,载荷因子越高,表明该碳源对主成分影响越
大[20] .由表 3 可知,与 PC1 相关性较高的碳源共有
21 种,分别属于氨基酸(2 种)、羧酸(6 种)、双亲化
合物(2)、聚合物(4 种)、糖类(6 种)和氨 /胺类(1
种);而与 PC2 相关性的较高碳源共有 5 种,分别属
于氨基酸(3 种)、羧酸(1 种)和糖类(1 种).这说明
羧酸、氨基酸和糖类是微生物利用的主要碳源,与利
用比例较高的碳源类型基本一致.
3摇 讨摇 摇 论
松嫩平原是世界三大苏打盐碱土集中分布区之
一,盐渍化土地面积大,土壤含盐量高,随着石油工
业的发展,石油污染日趋严重. 在高盐条件下,植物
与土壤微生物既要忍受长期的高渗透压胁迫,又要
承受石油污染所带来的伤害.本研究显示,高羊茅草
生长的根际效应对石油污染有一定的修复作用,同
时在一定程度上降低了松嫩平原土地的酸碱度,提
高了土壤含水率(表 1). 土壤微生物在降解石油烃
的过程中产生的羧酸类中间产物往往在土壤中有积
累效应[21],可能是导致石油污染土壤(裸地土和高
羊茅草土) pH 降低的原因之一. 其中,高羊茅草生
长的土壤 pH 最低而且趋于中性,可能与植被根系
分泌 H+和有机酸有关[22] .而 TPH含量较高时,其土
壤含水率低,可能由于土壤孔隙中石油占主导,其饱
和度较大、疏水性较强,导致土壤储水能力下降,含
水率降低.
高羊茅草的生长还促进了盐碱地区石油污染土
壤的生物活性. AWCD 随时间的变化可以用来表征
微生物的平均活性,直观体现微生物群落反应速度
和最终达到的程度,其值越高,土壤中微生物群落代
谢活性越强[23-24] .本研究中土壤微生物 AWCD变化
表现为:高羊茅草土>裸地土>无石油土,说明石油
污染促进了土壤微生物的代谢活性,这与刘五星
等[25]的研究结果相似,而高羊茅草生长的根际土壤
微生物的代谢活性最强可能与植物的根系有关. 植
物根系可明显改善油污土的水分运输, 增加根际土
壤的含水量, 满足植物及其根际微生物生长对水分
的需求,同时,根系分泌物还可以为微生物提供大量
营养,从而刺激根际各种菌群的生长繁殖.
土壤微生物多样性指数、丰富度指数和均匀度
指数是表征群落多样性的常用指数,可以揭示土壤
微生物种类和功能的差异[26] . Li 等[27]研究发现,水
稻土中石油污染浓度与细菌多度和多样性正相关.
聂明[28]研究表明,芦苇的根际效应可以显著提高土
壤细菌丰富度,且受石油污染的正面影响.这与本研
究结果相似,即石油污染土壤(裸地土和高羊茅草
土)微生物多样性指数、碳源利用数均高于无石油
土.这可能与供试土壤为盐碱土,土壤肥力总体较低
有关,而石油污染丰富了土壤微生物可利用碳源的
种类和总量,导致土壤微生物群落的代谢活性
8143 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
(AWCD)增强,最终增加了土壤微生物多样性.这与
通常认为石油污染会对微生物活性和多样性产生负
面影响的结果相反[29] . 其中,高羊茅草生长的土壤
的碳源利用丰富度指数显著高于裸地土. 由于本试
验的石油污染程度相对较低,高羊茅草生长的根际
为微生物提供了合适的生境,因此可能潜在增进了
根际微生物在生态系统中的作用.
主成分分析解释了不同处理土壤微生物碳源利
用存在的差异[30] . 结果表明,不同处理对土壤微生
物的碳源利用差异显著,且羧酸、氨基酸和糖类是微
生物利用的主要碳源. 高羊茅草生长的根际土壤微
生物所利用的碳源种类明显多于无石油土和裸地
土,证明了高羊茅草生长的根际对某些单一碳源代
谢具有显著的促进作用,其结果与 AWCD 和群落多
样性指数的响应相一致.
高羊茅草的生长通过其根际效应能够调节松嫩
平原土地酸碱性,提高水分含量,降低土壤 pH 值,
并对石油污染土壤起到一定的修复作用,主要表现
为高羊茅草生长的根际土壤总石油烃含量降低,同
时,还缓解了环境胁迫(盐碱化和落地原油)对微生
物群落的影响,对根际微生物群落具有保育作用.另
外,由于 Biolog鄄Eco微平板技术的局限性,仅采用此
技术不能完整地反映土壤微生物群落功能多样性的
变化规律.随着研究的深入和测试技术的改进,结合
其他土壤微生物研究方法,如磷酸脂肪酸(phospho鄄
lipid fatty acid,PLFA)谱图分析法和分子生物学技
术(如 PCR鄄DGGE)等,将有助于获得根际微生物群
落结构和功能更全面而完整的信息.
参考文献
[1]摇 Radler M, Bell L. Economic growth boosting US, global
energy demand. Oil & Gas Journal, 2007, 105: 18-27
[2]摇 Liu W鄄X (刘五星), Luo Y鄄M (骆永明), Teng Y (滕
应), et al. A survey of petroleum contamination in sev鄄
eral Chinese oilfield soils. Soils (土壤), 2007, 39
(2): 247-251 (in Chinese)
[3] 摇 Srogi K. Monitoring of environmental exposure to poly鄄
cyclic aromatic hydrocarbons: A review. Environmental
Chemistry Letters, 2007, 5: 169-195
[4]摇 Wilcke W. Global patters of polycyclic aromatic hydro鄄
carbons (PAHs) in soil. Geoderma, 2007, 141: 157-
166
[5] 摇 Liu J鄄C (刘继朝), Cui Y鄄S (崔岩山), Zhang Y鄄P
(张燕平), et al. Effect of Bermuda grass on remedia鄄
tion of petroleum contaminated soil. Journal of Soil and
Water Conservation (水土保持学报), 2009, 23(2):
166-168 (in Chinese)
[6]摇 Yue B鄄B (岳冰冰), Li X (李摇 鑫), Ren F鄄F (任芳
菲), et al. Effects of petroleum contamination on some
of physiological indexes of alfalfa. Pratacultural Science
(草业科学), 2011, 28(2): 236-240 (in Chinese)
[7]摇 Yue B鄄B (岳冰冰), Li X (李摇 鑫), Ren F鄄F (任芳
菲), et al. Carbon source utilization characteristics of
microbial communities in a petroleum鄄contaminated soil
in Daqing Oil Field, Northeast China. Chinese Journal
of Applied Ecology (应用生态学报), 2011, 22(12):
3259-3264 (in Chinese)
[8]摇 Hofman J, 軈Svih觃lek J, Holoubek I. Evaluation of func鄄
tional diversity of soil microbial communities: A case
study. Plant, Soil and Environment, 2004, 50: 141 -
148
[9]摇 M俟ller AK, Westergaard K, Christensen S, et al. The
effect of long鄄term mercury pollution on the soil microbi鄄
al community. FEMS Microbiology Ecology, 2001, 36:
11-19
[10]摇 Kandeler F, Kampichler C, Horak O. Influence of
heavy metals on the functional diversity of soil microbial
communities. Biology and Fertility of Soils, 1996, 23:
299-306
[11]摇 Juck D, Charles T, Whyte LG, et al. Polyphasic micro鄄
bial community analysis of petroleum hydrocarbon鄄con鄄
taminated soils from two northern Canadian communi鄄
ties. FEMS Microbiological Ecology, 2000, 33: 241 -
249
[12] 摇 Garland JL. Analytical approaches to the characteriza鄄
tion of samples of microbial communities using patterns
of potential C source utilization. Soil Biology and Bio鄄
chemistry, 1996, 28: 213-221
[13]摇 Lu R鄄K (鲁如坤). Analytical Methods of Soil and Ag鄄
ricultural Chemistry. Beijing: Chinese Agricultural Sci鄄
ence and Technology Press, 2000 (in Chinese)
[14]摇 Ren R鄄X (任瑞霞), Zhang Y (张摇 颖), Li H (李摇
慧), et al. Pollutant components and microbial commu鄄
nity structure of oil鄄polluted soils after converted from
paddy field to upland. Chinese Journal of Applied Ecolo鄄
gy (应用生态学报), 2007, 18(5): 1107-1112 ( in
Chinese)
[15]摇 Classen AT, Boyle SI, Haskins KE, et al. Community鄄
level physiological profiles of bacteria and fungi: Plate
type and incubation temperature influences on contras鄄
ting soils. FEMS Microbiology Ecology, 2003, 44:
319-328
[16]摇 Choi KH, Dobbs FC. Comparison of two kinds of Biolog
microplates (GN and ECO) in their ability to distinguish
among aquatic microbial communities. Journal of Micro鄄
biological Methods, 1999, 36: 203-213
[17] 摇 Garland JL, Mills AL. Classification and characteriza鄄
tion of heterotrophic microbial communities on the basis
of patterns of community鄄level sole鄄carbon鄄source utiliza鄄
tion. Applied and Environmental Microbiology, 1991,
57: 2351-2359
[18]摇 Ouyang W (欧阳威), Liu H (刘摇 红), Yu Y鄄Y (于
勇勇), et al. The combined effects of tall fescue (Fes鄄
tuca arundinace) phyto鄄remediation and bio鄄augmenta鄄
tion on treatment of oil鄄contaminated soil. Techniques
914312 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李摇 鑫等: 高羊茅草对盐碱地原油污染土壤微生物的影响摇 摇 摇 摇 摇
and Equipment for Environmental Pollution Control (环
境污染治理技术与设备), 2006, 7(1): 94-97 ( in
Chinese)
[19]摇 Xi J鄄Y (席劲瑛), Hu H鄄Y (胡洪营), Qian Y (钱摇
易). Application of Biolog system in the study of micro鄄
bial community. Acta Microbiologica Sinica (微生物学
报), 2003, 43(1): 138-141 (in Chinese)
[20]摇 Shi P (时摇 鹏), Gao Q (高摇 强), Wang S鄄P (王淑
平), et al. Effects of continuous cropping of corn and
fertilization on soil microbial community functional diver鄄
sity. Acta Ecologica Sinica (生态学报), 2010, 30
(22): 6173-6182 (in Chinese)
[21]摇 Leahy JG, Colwell RR. Microbial degradation of hydro鄄
carbons in the environment. Microbiology and Molecular
Biology Reviews, 1990, 54: 305-315
[22]摇 Yong T鄄W (雍太文), Chen X鄄R (陈小容), Yang W鄄
Y (杨文钰), et al. Root exudates and nitrogen uptake
of wheat in wheat / maize / soybean relay cropping system.
Acta Agronomica Sinica (作物学报), 2010, 36(3):
477-485 (in Chinese)
[23]摇 Konopka A, Oliver L, Turco RF. The use of carbon
substrate utilization patterns in environmental and eco鄄
logical microbiology. Microbial Ecology, 1998, 35:
103-115
[24]摇 Garland JL. Analysis and interpretation of community鄄
level physiological profiles in microbial ecology. FEMS
Microbial Ecology, 1997, 24: 289-300
[25]摇 Liu W鄄X (刘五星), Luo Y鄄M (骆永明), Teng Y (滕
应), et al. Eco鄄risk assessment and bioremediation of
petroleum contaminated soil. 域. Changes in physico鄄
chemical properties and microbial ecology of petroleum
contaminated soil. Acta Pedologica Sinica (土壤学报),
2007, 44(5): 848-853 (in Chinese)
[26]摇 Tian C鄄J (田春杰), Chen J鄄K (陈家宽), Zhong Y
(钟 摇 扬). Phylogentic diversity of microbes and its
perspectives in conservation biology. Chinese Journal of
Applied Ecology (应用生态学报), 2003, 14 (4):
609-612 (in Chinese)
[27]摇 Li H, Zhang Y, Zhang CG, et al. Effect of petroleum鄄
containing wastewater irrigation on bacterial diversities
and enzymatic activities in a paddy soil irrigation area.
Journal of Environmental Quality, 2005, 34: 1073 -
1080
[28]摇 Nie M (聂 摇 明). Exploring the Responses of Phrag鄄
mites australis and Its Rhizosphere Microbes to Petrole鄄
um Pollution Using an Ecosystem Ecology Approach.
PhD Thesis. Shanghai: Fudan University, 2010 ( in
Chinese)
[29]摇 Brito EMS, Guyoneaud R, Go觡i鄄Urriza M, et al. Char鄄
acterization of hydrocarbonoclastic bacterial communities
from mangrove sediments in Guanabara Bay, Brazil. Re鄄
search in Microbiology, 2006, 157: 752-762
[30]摇 Juliet PM, Lynne B, Randerson PF. Analysis of micro鄄
bial community functional diversity using sole鄄carbon鄄
source utilisation profiles: A critique. FEMS Microbiolo鄄
gy Ecology, 2002, 42: 1-14
作者简介摇 李摇 鑫, 女, 1986 年生, 博士研究生. 主要从事
植物环境和营养生理学研究. E鄄mail: lxlx1986@ sina. com
责任编辑摇 李凤琴
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