全 文 ：农业环境科学学报 2008,27(5):1853-1856
JournalofAgro-EnvironmentScience
摘 要:通过圆叶决明盆栽试验和室内培养分析研究了稀土元素 La对红壤-牧草系统中土壤微生物数量的影响及其时间效应。结
果表明,高浓度 La对土壤细菌、放线菌、真菌和自生固氮菌数量均有不同程度的抑制作用,低浓度 La对土壤真菌和放线菌有显著
的刺激作用,但对细菌和自生固氮菌没有显著性的影响,土壤细菌、放线菌和自生固氮菌对La的敏感性均大于真菌。对La浓度-土
壤微生物数量的生物学参数模拟的计算结果表明,La对土壤放线菌和真菌以及自生固氮菌的半抑制浓度值随时间延长而减少,说
明随着时间的延长,La对土壤微生物的影响具有减弱的趋势。
关键词:La;微生物;红壤;圆叶决明
中图分类号:S154.36 文献标识码:A 文章编号:1672-2043(2008)05-1853-04
收稿日期:2007-10-24
基金项目:福建省科技计划重点项目(2005N029,2007Y0003);福建省
农科院科技创新团队(STIF-Y01)
作者简介:王义祥(1978—),男,助理研究员,主要从事土壤生态学研
究。E-mail:sd_wolong@163.com
通讯作者:翁伯琦 E-mail:boqiweng@yahoo.com.cn
外源La对种植圆叶决明土壤微生物数量的影响
王义祥 1,姜照伟 1,2,翁伯琦 1,黄元仿 2
(1.福建省农业科学院农业生态研究所 福建省山地草业工程技术研究中心,福建 福州 350013;2.中国农业大学资源与环境学院,
北京 100094)
EfectofLanthanumonMicroorganismPopulationinRedSoilofPlantingLegumeChamaecristarotundifolia
WANGYi-xiang1,JIANGZhao-wei1,2,WENGBo-qi1,HUANGYuan-fang2
(1.AgriculturalEcologyInstitute,FujianAcademyofAgriculturalSciences,FujianEngineeringandTechnologyResearchCenterforHily
Prataculturae,Fuzhou,350013,China;2.ColegeofResourcesandEnvironment,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100094,China.)
Abstract:EfectofLanthanum(La)onthemicroorganismpopulationinredsoilwasstudiedbypotcultureexperimentofforage(Chamaecrista
rotundifolia).LaCl3wasappliedintosoilinplasticpotsduringthebranchingperiodofChamaecristarotundifoliaatlevelsof0,250,500,750
and1000mg·kg-1drysoilinthepotcultureexperiment.TheresultsshowedthatLahadinhibitoryefectonsoilbacteria,actinomycetes,fun-
giandazotobacterathighconcentration(>750mg·kg-1),andhadsignificantstimulativeefectonsoilfungiandactinomycetesbuthadno
significantefectonsoilbacteriaandazotobacteratlowconcentration(<250mg·kg-1).Thereinto,thepopulationnumbersofsoilbacteriaand
azotobacterinLatreatmentsdecreasedby4.20%~44.10%and3.02%~69.75%thanthoseofthecontrol,respectively.SothesensitivitytoLa
wasdecreasedintheorderofbacteria,azotobacter>actinomycetes>fungi.Itisreasonablethatsoilbacteriacouldbeusedasanindicatorfor
assumingtheefectsofLaaccumulationonsoilenvironment.Soilmicrobialdatawereanalyzedbycomputeranditwasfoundthatthemedian
efectconcentrations(EC50)ofLawere957.738~1216.241,879.378~957.706and825.330~902.446mg·kg-1forsoilfungi,actinomycetes
andazotobacter,respectively,andEC50valueswerealdecreasedwiththeincreaseofincubationtime.
Keywords:Lanthanum;microorganism;redsoil;Chamaecristarotundifolia
稀土农用在我国已有20多年的研究和应用历史,
多数研究者也肯定了稀土元素对作物生长有一定的刺
激作用。近年来,由于广泛推广使用稀土复合肥,加速
了稀土元素在土壤中积累[1],由此可能引起的环境问题
也日益受到关注。土壤微生物是土壤的重要组成部分,
它对土壤肥力形成及植物营养转化起着积极作用。因
此,在确定稀土的土壤环境容量和土壤质量标准时,不
仅要考虑稀土对人体健康、农作物、动物以及周边环
境的影响,还应该考虑稀土对土壤微生物的影响[2]。但
目前有关施用稀土对土壤微生物生态效应影响的研
究不多[3~8],尤其是对红壤地区的研究相对更少。本研
究对不同 La素水平下牧草土壤微生物状况进行分
析,初步探讨土壤微生物对稀土La的剂量反应和时
间效应,为稀土农用的环境安全评价提供科学依据。
2008年9月
1 材料与方法
1.1供试材料及处理
供试牧草品种为圆叶决明(Chamaecristarotundi-
foliacv.CPI86134)。圆叶决明于4月24日播种,每盆
定3株。盆子规格直径27cm×高33cm,装土10kg。
圆叶决明施尿素0.34g·盆-1(N27.6kg·hm-2)、过钙
2.39g·盆-1(P2O550kg·hm-2)、氯化钾 0.38g·盆-1(K2O
40kg·hm-2)。土壤为山地红壤,取自福州北郊。其基本
理化性状为:土壤田间持水量 28.2%,有机质 11.0g·
kg-1,pH5.04,全氮 0.039%,碱解氮 35.01 mg·kg-1,速
效磷 4.71 mg·kg-1,缓效钾 154.69 mg·kg-1,速效钾
69.86mg·kg-1,交换性钙 249.80mg·kg-1,交换性镁
32.62mg·kg-1。
试验采用浇施的方法,其中浇施稀土La的量分
别为 0(CK)、250(Y1)、500(Y2)、750(Y3)、1000mg·
kg-1(Y4) ,制备成LaCl3溶液于牧草分枝盛期(2004年
8月16日)一次性施入。施用稀土La后第24d开始
采集土壤样品,每个处理随机选取 3盆,每盆均采用
无菌土钻3点法取样,充分混匀备用。然后每隔15d
从剩余的盆栽中按照以上取样方法采集土样,依此类
推,共取样5次。
1.2微生物测定方法
土壤微生物类群计数采用平板计数法[9、10]。细菌
用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基,1～2d后取出培养皿计
算菌落数。放线菌用高氏1号培养基,4～6d计数。真
菌用马丁氏培养基,2～4d计数。固氮菌用改良的阿须
贝培养基,3～4d计数。
1.3数据分析处理
试验数据采用DPS统计软件处理,采用LSD法
进行均值多重比较。按文献[8]方法计算稀土La对土
壤微生物各类群的半效应浓度EC50。以微生物数量为
y,La浓度为x进行数学拟合,求得相应的数学关系
式(y=ax2+bx+c)及相关系数值(R)。求函数极大值
ymax,令 y′=0.5ymax,解方程 y′=ax2+bx+c,求得其合理解
x1即为EC50值。
2 结果与分析
2.1 La对土壤细菌的影响
土壤细菌是土壤微生物中分布最广泛、数量最多
的一类,其在土壤有机质和无机质的转化中起着巨大
的作用。由图1可以看出,施用稀土元素La的处理圆
叶决明土壤细菌数量均小于对照,其减少幅度达到
4.20%~44.10%;已有研究表明低剂量的La可以促进
土壤中细菌的增长[7],本试验中LaCl3浓度为250mg·
L-1时已抑制圆叶决明土壤中细菌的增长,说明适宜
的LaCl3浓度应小于250mg·L-1。通过统计分析表明,
对照与Y1处理间细菌数量差异并不显著,但与其他
处理(Y2、Y3和Y4)间的差异均达到显著性水平。另
外,Y2、Y3和Y43个处理彼此间的差异亦不显著。从
图1还可以看出,在同一La处理水平上,土壤中细菌
数量均随着时间延长先增(以45d时最大)后减。通过
土壤细菌对La浓度的回归分析表明(表1) ,不同时期
土壤细菌数量随La浓度的增加均呈“抛物线”变化。
2.2 La对土壤真菌的影响
由图2可以看出,不同La处理种植圆叶决明的
土壤中真菌数量均以 Y2处理最高,比对照增加了
19.28%~69.81%;这同细菌的变化规律不同,说明真
菌对 La的耐性较强。当 LaCl3浓度达到 750mg·L-1
时,真菌总数仍然高出对照,说明高浓度的La能持续
促进真菌数量增长。统计分析表明,处理后15、30、45
和60d,对照与其他各处理间真菌数量均存在显著性
差异;处理后75d,对照与Y2和Y4处理间存在显著
性差异,而与Y1和Y3处理间的差异不显著。由图2
还可以看出,同一La处理水平,真菌数量随时间的延
长而增加,这与细菌的变化规律也不相同。由表2可
知,不同时期 La对种植圆叶决明的土壤中真菌的
图1 La对种植牧草土壤细菌的影响
Figure1 EffectsofLaonsoilbacteriawithpastures
表1 La对土壤细菌影响的参数
Table1 ParametersoftheeffectsofLaonsoilbacteria
处理后天数/d 方程 R2 EC50/mg·L-1
15 y=0.046 7x2-115.8x+155 343 0.894 8** -
30 y=0.059 1x2-152.26x+194 431 0.876 5** -
45 y=0.089 3x2-166.75+250 0980.821 4** -
60 y=0.034 3x2-79.336+116 2540.897 7** -
75 y=0.033 9x2-71.877+104 3030.917 7** -
注:**表示相关系数极显著,下同。
王义祥等:外源La对种植圆叶决明土壤微生物数量的影响1854
第27卷第5期 农 业 环 境 科 学 学 报
EC50值随时间延长而增大,说明La对土壤真菌的抑
制作用随时间延长而减弱。
2.3La对土壤放线菌的影响
放线菌也是土壤中有机质分解的积极参与者,其
产生的抗菌素和激素类物质能有效抑制病原菌的生
长,与土壤肥力及植物病害防治有着密切的关系。由
图 3可以看出,当 LaCl3浓度<250mg·L-1时,种植圆
叶决明的土壤中放线菌数量有一定的增加,其数量是
对照的 113.48%~130.63%;统计分析表明,不同时期
对照(CK)与 Y1处理间放线菌数量均存在显著性差
异。LaCl3浓度>250mg·kg-1时对放线菌均具有一定的
抑制作用,其中以 Y4处理的抑制作用最大;统计分
析表明,Y4处理与对照及其他处理间放线菌数量均
存在显著性差异。由图3还可以看出,同一 LaCl3施
用水平,放线菌数量均以第45d时最大,然后随着时
间的延长逐渐减少。由表3可知,La对土壤放线菌的
EC50值约为879.378~957.706mg·L-1,且随时间延长
而增大。
2.4La对土壤自生固氮菌的影响
由图 4可以看出,土壤中自生固氮菌数量均以
CK处理为最高,且随着 La浓度的增加而减小;其中
Y4处理固氮菌数量减少幅度为53.26%~69.75%。通
过对各时期不同La添加水平自生固氮菌数量的差异
显著性分析表明,对照与Y1处理间自生固氮菌数量
无显著性差异性,而对照与其他3个处理间(Y2、Y3
和Y4)均存在显著性差异。就La对土壤自生固氮菌
影响的时间效应而言,同一La浓度水平,土壤中自生
固氮菌随时间的延长而增加,其变化规律与真菌相
似。由表4可知,La对土壤中自生固氮菌的EC50值约
为825.330～902.446mg·L-1,且随时间延长而增大,说
明La对土壤固氮菌的抑制作用随时间延长而减弱。
3 小结与讨论
土壤微生物是土壤亚生态系统的重要组成成分,
它们在土壤的养分和物质循环、形成和发育、肥力维
持与提高的过程中起着重要的作用,但其本身的群落
结构与功能极易受土壤、水分、温度、植被、污染物质
的影响[9]。本试验结果表明,稀土元素La进入土壤后
对土壤细菌、真菌、放线菌和自生固氮菌均有不同程
度的影响。当LaCl3浓度水平<250mg·L-1时,La对土
壤放线菌和真菌均具有显著的刺激作用,而其对细菌
具有抑制作用;当 LaCl3浓度水平达到 500mg·L-1
表3La对土壤放线菌影响的参数
Table3ParametersoftheefectsofLaonsoilactinomycetes
表2La对土壤真菌影响的参数
Table2ParametersoftheefectsofLaonsoilfungi
处理后天数/d 方程 R2 EC50/mg·L-1
15 y=-0.0326x2+29.933x+9340.6 0.9019** 957.738
30 y=-0.073x2+59.494x+33527 0.9710** 966.655
45 y=-0.1099x2+100.97x+41017 0.7796** 999.855
60 y=-0.0791x2+66.771x+56000 0.8413** 1087.689
75 y=-0.0607x2+52.207x+63813 0.7971** 1216.241
处理后天数/d 方程 R2 EC50/mg·L-1
15 y=-0.0321x2+9.8644x+33055 0.8210** 879.378
30 y=-0.027x2-0.5169x+45032 0.8784** 903.648
45 y=-0.0381x2+6.8706x+51339 0.8863** 913.454
60 y=-0.041x2+21.238x+36182 0.8863** 948.045
75 y=-0.028x2+11.06x+31271 0.8054** 957.706
1855
2008年9月
时,La对真菌仍具有刺激作用,说明高浓度La积累
对土壤真菌产生持续的刺激作用,这与唐欣昀的研究
结果一致[8]。由此也得出,3类微生物对La的敏感性
顺序为:细菌>放线菌>真菌,这与文献[8、11、12]的结果一
致。本试验条件下,不同时期施La处理的土壤细菌的
数量均低于对照;而 ChuHY等[13]研究发现,在 La<
150mg·kg-1时土壤细菌数量增加,而后随施 La水平
的增加而减少,这除了与试验所用的植物宿主不同有
关外,也有可能本试验选取的La的最低剂量偏高;当
LaCl3浓度为 250mg·L-1时,La对土壤中自生固氮菌
均有抑制作用;而褚海燕等研究发现,当La浓度较低
时,水稻盆栽土壤自生固氮菌数量有少量增加,当浓
度>150mg·kg-1时,自生固氮菌数量则明显降低,最
大降低幅度达到40%[7]。唐欣昀等研究也表明稀土积
累至150mg·kg-1时,土壤中各类微生物的种群结构
亦发生显著的改变[8]。因此,低剂量La对土壤微生物
的影响将有待于进一步研究。
稀土进入土壤后,很容易被有机质及铁锰氧化物
固定或转化,交换态显著减少,随时间的延长,固定作
用越来越明显。因此,稀土对土壤微生物的作用集中
于进入土壤后的早期阶段,随时间的延长有减少的趋
势,最后逐渐进入平衡状态[5]。本研究结果表明,圆叶
决明盆栽土壤细菌、放线菌均随时间的延长先增后
减。土壤真菌虽然随时间延长而增加,但从不同处理
间差异显著性变化的角度看:施 La后 15、30、45、60
d,对照与La浓度为250mg·kg-1处理间真菌数量均
存在显著性差异;而施 La后 75d,对照与 LaCl3浓度
为250mg·L-1处理间的差异均不显著。另外,La对土
壤真菌、放线菌和自生固氮菌的半抑制浓度 EC50均
随时间延长而增加,这些都说明了La对土壤微生物
的作用随时间的延长有减弱的趋势。
参考文献:
[1]竺伟民,张继榛,章力干,等.稀土在土壤中运移数值模拟研究[J].中
国稀土学报,1996,14(4):341-345.
ZHUWei-Min,ZHANGJi-Zhen,ZHANGLi-Gan,etal.Numerical
simulationofREmigrationinsoils[J].JournaloftheChineseRare
EarthSociety,1996,14(4):341-345.
[2]何振立.土壤微生物量及其在养分循环和环境质量评价中的意义[J].
土壤,1997,29(2):61-69.
HEZhen-Li.Soilmicrobialbiomassanditsroleinnutrientcyclingand
environmentqualityevaluation[J].Soils,1997,29(2):61-69.
[3]唐欣昀,张自立,程 勇,等.Ce积累对黄褐土中土壤微生物区系的
影响[J].应用生态学报,1997,8(6):585-588.
TANGXin-yun,ZHANGZi-li,CHENGYong,etal.EfectofCeaccu-
mulationonsoilmicroflorainyelowcinnamonSoil[J].ChineseJournal
ofAppliedEcology,1997,8(6):585-588.
[4]王娟娟,钱晓晴,荆国芳,等.外源轻稀土对土壤微生物数量及 pH
的影响[J].江苏农业研究,2001,22(2):29-32.
WANGJuan-juan,QIANXiao-qing,JINGGuo-fang,etal.Efectof
lightrareearthonmicrobenumberandpHofsoil[J].JiangsuAgricul-
turalResearch,2001,22(2):29-32.
[5]周 峰,陈 浮,曹建华,等.外源稀土对土壤微生物特征的影响及
时间效应[J].中国稀土学报,2003,21(5):589-593.
ZHOUFeng,CHENFu,CAOJian-hua,etal.Efectsofrareearthele-
mentsonmicrobialcharacteristicsandtemporalavailabilityinrice
soft[J].JournalofTheChineseRareEarthSociety,2003,21(5):589-
593.
[6]唐欣昀,张自立,周邦兵,等.镧积累对黄褐土中主要微生物类群数
量的影晌[J].中国稀土学报,1998,16(1):61-65.
TANGXin-yun,ZHANGZi-li,ZHOUBang-bing,etal.Efectoflan-
thanuraaccumulationonquantityofmajormicroorganismgroups[J].
JournalofTheChineseRareEarthSociety,1998,16(1):61-65.
[7]褚海燕,李振高,谢祖彬,等.稀土元素镧对红壤微生物区系的影响
[J].环境科学,2000,21(6):28-31.
CHUHai-yan,LIZhen-gao,XIEZu-bin,etal.Efectoflanthanumon
themicrofloraofredsoil[J].EnvironmentalScience,2000,21(6):28-31.
[8]唐欣昀,孙亦阳,夏觅真,等.低剂量混合稀土积累对黄褐土微生物
主要类群的生态效应[J].农业环境科学学报,2005,24(2):279-284.
TANGXin-yun,SUNYi-yang,XIAMi-zhen,etal.Ecologicalefectsof
lowdosagemixedrareearthelementsaccumulationonmajorsoilmicro-
bialgroupsinayelowcinnamonsoil[J].JournalofAgro-Environment
Science,2005,24(2):279-284.
[9]许光辉,郑洪元.土壤微生物分析方法手册[M].北京:农业出版社,
1986.220-233.
XUGuang-hui,ZHENGHong-yuan.AnalysisManualofSoilmicrobial
[M].Beijing:AgriculturePress,1986.220-233.
[10]刘 文,刘景辉,李立军,等.城市垃圾粗堆肥对废沙坑地土壤微生
物数量及作物产量的影响 [J].农业环境科学学报,2006,25(6):
1459-146.
LIUWen,LIUJing-hui,LILi-jun,etal.Efectsofurbanrefuserude
compostoilsoilmicrobialnumbersandcropyieldsofthescrapsand-
pit[J].JournalofAgro-EnvironmentScience,2006,25(6):1459-146.
[11]谢龙莲,陈秋波,王真辉,等.环境变化对土壤微生物的影响 [J].热
带农业科学,2004,24(3):39-47.
XIELong-lian,CHENQiu-bo,WANGZhen-hui,etal.Areviewofef-
fectsofsoilenvironmentalchangesonsoilmicrob[J].ChineseJournalof
TropicalAgriculture,2004,24(3):39-47.
[12]TangXY,ZhangZL,ZhouBB,etal.Efectoflanthanumonquantity
ofmajormicroorganismgroupsinyelowcinnamonsoil[J].JRare
Earths,1998,16(3):193.
[13]CHUHY,WANGJH,XIEZB,etal.Efectoflanthanumonmajor
microbialpopulationsinredsoil[J].Pedosphere,2001,11(1):73-76.
表4La对土壤自生固氮菌影响的参数
Table4ParametersoftheefectsofLaonsoilazotobacter
处理后天数/d 方程 R2 EC50/mg·L-1
15 y=-0.0173x2-6.8291x+35515 0.9514** 825.330
30 y=-0.0135x2-10.745x+40657 0.9222** 861.006
45 y=-0.0123x2-11.756x+42245 0.9258** 875.430
60 y=-0.0119x2-13.18x+45713 0.8845** 886.375
75 y=-0.014x2-16.931x+58481 0.9142** 902.446
王义祥等:外源La对种植圆叶决明土壤微生物数量的影响1856