全 文 ：Ce积累对黄褐土中土壤微生物
区系的影响*
唐欣昀 张自立 程 勇 宛海峰 竺伟民
(安徽农业大学, 合肥 230036)
摘要 在黄褐土中模拟长期使用稀土微肥产生的 Ce 积累以研究稀土对土壤微生物的
生态效应.不同类群微生物对 Ce的敏感性依序为细菌> 放线菌> 真菌. 10% 吸附容量以
上的 Ce对细菌总数都产生抑制作用. 10%吸附容量以下的 Ce 对放线菌总数产生刺激作
用. 5~ 50%吸附容量的 Ce对真菌总数产生刺激作用. 5%吸附容量以上的 Ce对好气性纤
维素分解细菌和氨化细菌都产生抑制作用. 5~ 10%吸附容量和 5~ 50%吸附容量的Ce分
别对分解纤维素真菌、分解蛋白质的真菌产生刺激作用.在高积累 Ce的胁迫下放线菌、真
菌、分解纤维素真菌和氨化微生物的种群结构发生了不同程度的改变.
关键词 铈 积累 土壤微生物区系
Effect of Ce accumulation on soil microflora in yellow cinnamon soil. Tang Xinyun, Zhang Zi
li, Cheng Yong, Wan Haifeng and Zhu Weimin ( A nhui Agr icultural Univ er sity , H eif ei
230036) . Chin. J . A pp l. Ecol. , 1997, 8( 6) : 585~ 588.
Different accumulations of Ce due to a longterm application of r ar e earth elements w er e simu
lated in yellow cinnamon soil to study the ecological effect of rare earth on soil microflora. The
sensitivity of differ ent g roups of soil microbes to Ce is decr eased in the order of bacteria> actino
mycetes> fung i. T he amount of bacter ia is inhibited when the concentr at ion of Ce is larger than
10% o f adsorption capacit y ( AD) , and the g rowth of actinomycetes was st imulated at its con
centration of < 10% AD. Ce concentration ranged in 5~ 50% AD had a strong stimulation on
the amount of so il fungi, and that of > 5% AD inhibited aerobic cellulolytic bacteria and am
monifying bacteria. Ce accumulations of 5~ 10% AD and 5~ 50% AD stimulated the amounts
of cellulolytic and proteolytic fungi, respectively. Under the str ess o f high accumulation of Ce,
the population structures of actinomycetes, fung i, cellulolytic fungi and ammonifying microbes
were changed in different degrees.
Key words Cer ium, Accumulation, Soil micr oflora.
* 国家自然科学基金资助项目( 29277266) .
1997年 8月 6日收稿, 9月 18日接受.
1 引 言
稀土农用在我国已有 20 多年的研究
和应用历史,在国内外产生了一定的影响.
但稀土农用带来的环境问题也受到日益的
关注.近年由于推广使用稀土碳铵复合肥,
每公顷用量也比喷施前增加约 2倍, 且全
部土施, 加速了稀土在土壤中的积累[ 10] .
不同土壤对稀土的吸附能力有很大差
异[ 5] ,熊金莲等[ 7]模拟稀土积累, 发现用
吸附容量能较准确地反映稀土对作物的影
响, 当稀土积累达土壤吸附容量 10%
( 10% of adsorption capacity, 简写 10%
AD)以下时对作物普遍产生明显的促进作
用;积累达 20% AD抑制作物生长; 30%
~ 50% AD的积累产生明显毒害作用直至
使作物死亡. 稀土对作物的各种效应实际
上是稀土对作物的各种直接和间接作用包
应 用 生 态 学 报 1997 年 12 月 第 8 卷 第 6 期
CH INESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Dec. 1997, 8( 6)!585~ 588
括对土壤微生物作用的综合结果. 目前有
关稀土对土壤微生物生态效应的报告极
少.吴兆明等[ 2]研究了稀土对大豆结瘤数
量、根瘤重和固氮酶活性的影响. 郝锡宓
等[ 3]研究了稀土对几种纯培养细菌生长
的影响. Ma Ruix ia 等[ 8]初步研究了稀土
对土壤微生物生物量的影响. 因此,有必要
详细研究稀土积累对土壤微生物区系及参
与物质循环各主要生理类群影响的规律,
从土壤微生物生态学角度, 为稀土农用的
安全性提供参考数据.本文报道Ce积累对
黄褐土中土壤微生物区系的影响.
2 材料与方法
21 供试土壤及稀土处理
供试土壤为黄褐土, pH6 0, 有机质 10 1 g∀
kg- 1 , 交换量 ( CEC ) 114c mol[ + ] ∀ kg- 1, 粘粒
25 4% , 优势粘土矿物: 伊利石 52%、绿泥石
14%、蒙脱石 9% ,稀土总含量 1460 mg∀kg- 1 .
称取 10 g 氧化铈 ( CeO2, 上海跃龙化工厂出
品) ,加少量蒸馏水调成糊状, 然后交替滴加浓
HCl( 12 mol)和浓 H2O2 ( 30% ) , 维持沸腾状态至
氧化铈完全溶解, 冷却后定容至 100 ml 即为
CeO2 含量为 10%的贮存液. 按文献[ 5]可知黄褐
土对 Ce 的吸附容量为653 g∀kg - 1 (以 CeO 2 计
算) ,吸取上述 10% 贮存液 653 ml, 用蒸馏水稀
释至 500 ml; 取 100 ml喷于风干、磨碎的 ( 2 mm
网筛) 1 kg 土壤中, 喷雾时不断搅拌以利均匀吸
附,后再将土壤风干; 如此 5 次制成氧化铈含量
为 10%吸附容量( 10% AD)的模拟积累土样. 用
上法分别制备氧化铈含量为 5%、10%、20%、
30%、50% 吸附容量的土样, 不加氧化铈 ( 0%
AD)为对照,土样风干后密封于塑料瓶中室温贮
存 1 年后分析.
22 土壤培养及土壤悬液制备
取各土样10 g 置于100 ml灭菌三角瓶中,滴
加 3 ml无菌营养液(蔗糖 33 g , KNO3 3 3 g ,蒸馏
水1000 ml) , 使土壤含水量略大于田间持水量,
糖占土壤总重 1% , KNO3 占 0 1% , 25~ 28 # 培
养 12 d 后取样分析,培养 0 d 为对照.在 250 ml
无菌三角瓶中加无菌水 90 ml, 1 滴吐温80 [ 9] , 土
壤 10 g(干重) , 150 r∀min- 1振荡 30 min 后立即取
样制成土壤系列稀释液.
2 3 土壤微生物分析
土壤主要微生物类群计数按文献[ 1]用平皿
法, 25~ 28 # 培养. 细菌总数用牛肉膏蛋白胨琼
脂培养基, 1~ 2 d 计数. 放线菌总数用高氏 1 号
培养基, 加苯酚 50 mg∀L- 1 , 4~ 6 d计数. 真菌总
数用马丁氏培养基, 加链霉素 10 mg∀L - 1、庆大霉
素 20 mg∀L- 1 , 2~ 4 d计数.生理类群计数用最大
可能数法( MPN) [ 1] , 3 次重复, 25~ 28 # 培养. 好
气性纤维素分解菌用赫奇逊培养液, 15 d 检查生
长情况. 氨化微生物用蛋白胨培养液, 7 d 检查结
果, 以 NH3 的产生和混浊生长作为氨化细菌生长
的指标,以肉眼可见的菌丝生长作为分解蛋白质
真菌生长的指标.
3 结果与讨论
31 Ce对细菌、放线菌和真菌总数影响
在土壤样品中添加 C、N源后培养,模
拟自然发生的有机物进入土壤后对微生物
区系的影响, 并能在短时间内放大微生物
区系对其他不同水平的胁迫因素反应的差
异.由图 1a可见,用 Ce处理的土样在室温
贮存约 1年后,与对照相比较, 5% AD的
Ce对细菌总数无明显抑制作用,而积累在
10% AD以上的 Ce 对细菌总数有明显抑
制作用.土样培养后这种抑制作用得到放
大,细菌总数的对数随 Ce积累增加而直线
下降.在 Ce积累至 30% AD的土壤中,细
菌总数为对照的 003%, 抑制作用十分强
烈.这种差异是由 2种因素造成,一是土样
风干贮存中 Ce 处理组菌数即比对照组大
幅度下降,二是土样培养后对照组中菌数
增加了 100多倍, 而处理各组只增加了 10
~ 20倍. 可见, 无论在干燥环境还是在适
宜生长环境中, 10% AD以上的 Ce对细菌
总数都有强烈抑制作用.
放线菌总数对Ce的反应见图1 b. 可
586 应 用 生 态 学 报 8 卷
图 1 Ce 积累对土壤微生物主要类群的影响
Fig. 1 Ef fect of Ce accumulat ion on major groups of soil microbes.
∃ . 0 d, % . 12 d.
以看出,在 10% AD范围内放线菌总数直
线增加,超过该点, 数量急剧下降, 很明显
10% AD是 Ce 对放线菌总数作用的临界
点.在低积累范围内包括对照土样中放线
菌种类较多, 平皿上出现的不同形态的菌
落有 10种以上; 但在 20% AD以上的高
积累土样中, 种类逐渐减少至 2~ 4 种; 链
霉菌的白孢类群占 90%以上, 表明在稀土
胁迫下放线菌种群结构发生了改变, 这种
变化的生态意义有待深入探讨.
Ce积累在很大范围内对土壤真菌总
数产生刺激作用. 在 0~ 30% AD范围内
刺激作用随积累量增加而增加, 超过 30%
AD作用渐弱. 完全抑制浓度有待进一步
确定, 但 30% AD 可初步定为 Ce 对真菌
作用的临界值. 在 Ce高积累土样中, 平皿
上出现的真菌种类明显减少, 在 30% AD
和50% AD的土样中, 分别只出现约 6种
和 4种不同形态的菌落, 而对照土样中有
20种以上不同菌落, 说明虽然 Ce 刺激了
真菌总数的增加,但 Ce的胁迫也引起真菌
种群结构的改变,导致抗性种大量增加,淘
汰了敏感菌种,与其他重金属元素对微生
物种群结构的影响相似[ 6] .
32 Ce对纤维素分解菌的影响
从图 2a 可见, 土样在用 Ce 处理后风
干贮存 1年后好气性纤维素细菌数量直线
下降,说明 Ce对该类菌抑制作用强烈.土
壤培养后菌数也直线下降, 说明加糖类培
养方式可能不利于该类菌数量的增长.在
Ce高积累土壤中,优势种是产芽胞细菌.
从图 2b可见, 10% AD 以下的 Ce对
纤维素分解真菌有刺激作用,超过该点,则
表现为强烈抑制作用. 这一点在培养时间
为 0 d的曲线中也可明显看出, 实验中考
察了1株特征明显的真菌菌株RY( 基内
菌丝分泌红色色素, 孢子鹅黄色, 待鉴定)
在培养后土样中的变化(图 2b) . 在没有加
Ce的土样中, RY 菌株数量不到该类菌数
的 1%,在 Ce积累达 10% AD的土样中,
图 2 Ce积累对分解纤维素微生物的影响
Fig. 2 Ef fect of Ce accumulat ion on cellulolyt ic microbes.
∃ . 0 d, % . 12 d, & . 12 d RY 菌株 St rain RY.
5876 期 唐欣昀等: Ce积累对黄褐土中土壤微生物区系的影响
RY菌株的比例上升为 10%, 达最大值; 随
Ce积累加大该菌株所占比例又逐渐降低
直至消失,说明各种真菌对Ce的耐受性存
在差异,在 Ce积累胁迫下分解纤维素真菌
的种群结构也在发生有规律的动态变化.
33 Ce对氨化微生物的影响
在未经培养的土样中, 氨化微生物主
要是细菌, 其数量随 Ce 积累而逐渐下降
(图 3) , 表明 Ce 对该类菌的抑制作用. 土
样培养 12 d后,随 Ce积累,氨化细菌的数
量迅速下降, Ce 的抑制作用强烈. 与此相
反,分解蛋白质的真菌数量却迅速增加,
Ce对该类真菌的临界值为 30% AD. 这种
变化规律正好与 Ce对细菌总数和真菌总
数的影响结果一致(图 1) . 真菌参与蛋白
质大分子的分解,但真菌分解蛋白质完全
是用于自身生长需要, 短期内没有多余的
NH3 释放.虽然这部分 N 素最终仍要矿质
化,但从土壤肥料和植物营养角度来看,还
需深入研究氨化微生物菌群在 Ce胁迫下
这种变化的生态学意义.
图 3 Ce 积累对氨化微生物的影响
Fig. 3 Ef fect of Ce accumulat ion on ammonifying microbes.
∃ . 0 d, % . 12 d, & . 12 d真菌 Fungi.
34 Ce积累对不同类群微生物影响差异
研究表明, 10% AD以上的 Ce对土壤
细菌、5% AD以上的 Ce 对好气性纤维素
分解细菌和氨化细菌具有不同程度的抑制
作用.进入土壤的重金属元素在低浓度下
对土壤细菌具有刺激作用, 在高浓度下才
表现毒害作用[ 4, 6] . 根据常江等的研究结
果[ 5] ,土壤中 Ce积累在吸附容量以下时,
土壤中水溶态 Ce 浓度极低. 在黄褐土中
Ce 积累在 5% AD 时 ( CeO2 0325 g ∀
kg- 1)水溶态 Ce 只有约 006 mg∀L - 1,这
种极低浓度的 Ce不应该对细菌产生显著
的抑制作用. 郝锡宓等[ 3] 的研究表明, 溶
液稀土浓度约 1 mg∀L- 1时,早期对细菌产
生刺激作用,在稳定期才产生抑制作用.土
壤中 Ce可能也存在一个对细菌产生刺激
作用的浓度,有待设计新的实验加以探讨.
通常,不同类群微生物对重金属毒性的敏
感性的顺序为放线菌> 细菌> 真菌,本文
研究表明微生物对 Ce 的敏感性顺序为细
菌> 放线菌> 真菌,与文献[ 8]结果一致.
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