全 文 ：浙江大学学报(农业与生命科学版)　35(5):569～ 577 , 2009
Journal of Zhejiang University(Agric.& Life Sci.)
文章编号:1008-9209(2009)05-0569-09 DOI:10.3785/j.issn.1008-9209.2009.05.015
　　收稿日期:2008-04-07
基金项目:国家重点基础研究发展计划973资助项目(2002CB410804).
作者简介:申屠佳丽(1981—),女 ,浙江东阳人 ,博士,主要从事土壤生态 、环境微生物学以及植物修复等方面的研究.E-mai l:
st jl1981@gmai l.com.
通信作者:何振立 ,男 ,教授 ,主要从事土壤化学与环境 、土壤生物与生物化学及植物修复等方面的研究.Tel:0571-86971907;
E-mail:zhe@uf l.edu.
青菜-萝卜轮作条件下镉对土壤微生物活性和
磷脂脂肪酸特性的影响
申屠佳丽1 , 2 , 何振立1 , 3 , 杨肖娥1 , 李廷强1
(1.浙江大学 环境与资源学院教育部环境修复与生态健康重点实验室 ,浙江 杭州 310029;
2.浙江工商大学 环境科学与工程学院 ,浙江 杭州 310012;
3.佛罗里达大学 印第安河研究教育中心 食品与农业研究所 ,美国佛罗里达 34945)
摘　要:通过盆栽试验研究青菜-萝卜轮作条件下 2 种不同类型人为镉污染土(红黄壤和小粉土)中不
同处理对土壤微生物活性及磷脂脂肪酸(PLFAs)特性的影响.结果表明:蔬菜轮作条件下 , 2 种土壤外
源镉含量<1.00 mg kg-1时 , 土壤微生物生物量碳增加 , 土壤基础呼吸作用略有减弱;随着外加镉浓度
的增加 , 微生物生物量碳呈下降趋势 ,呼吸作用加强.种植萝卜后红黄壤微生物生物量碳含量降低 , 小粉
土微生物生物量碳增加;2 种土壤的基础呼吸速率均降低.不同蔬菜轮作对镉-微生物活性之间互动关
系的影响不大.对磷脂脂肪酸图谱的分析结果表明 , 土壤微生物群落对镉胁迫较为敏感.真菌 、革兰氏阳
性菌以及灌木菌根真菌(AMF)随土壤镉含量的增加而增加 ,细菌 、革兰氏阴性菌 、放线菌则随土壤镉含
量的增加而下降.真菌对镉胁迫的耐性最好 ,放线菌对镉胁迫最敏感.不同土壤类型 、根际非根际土壤的
PLFA 剖面存在较大差异.根际土壤微生物受镉胁迫相对较小 ,群落结构较为稳定.对 PLFAs 的主成分
分析结果表明 , 种植萝卜后土壤微生物群落结构更趋稳定.
关　键　词:镉;磷脂脂肪酸;微生物生物量;土壤基础呼吸;轮作
中图分类号:S 154;X 825 　　　文献标志码:A
SH ENTU Jia-li1 , 2 , HE Zhen-li1 ,3 , YANG Xiao-e1 , LI T ing-qiang 1(1 .Ministry o f E ducation Key
Laboratory of Env ironmental Remediation and Ecosy stem H ealth , College o f Environmental and
Resource S ciences , Zhej iang University , Hangz hou 310029 , China;2 .College o f Env ironmental
S cience and Engineering , Zhe jiang Gongshang University , Hangz hou 310012 , China;3 .I nstitute of
Food and Agricultura l S ciences , I ndian River Research and Education Center , University of F lorida ,
Fort Pierce , Florida 34945 , US A)
Effects of cadmium on soil microbial activities and phospholipid fatty acids in pakchoi-radish rotation
system.Journal of Zhejiang Unive rsity (Agric.& Life Sci.), 2009 , 35(5):569-577
Abstract:Greenhouse expe riments w ere conducted in two different so ils to study the effec ts o f cadmium
(Cd)on soil micr obial activities and phospho lipid fa tty acids(PLFAs)in pakchoi-radish ro tation sy stem.
浙江大学学报(农业与生命科学版)
The re sults show that in pakchoi-radish rota tion sy stem , soil micr obial biomass w as enhanced at low Cd
levels(<1.00 mg kg-1), but wa s inhibited consistently with increasing Cd concentr ations;so il basal
r espiration w as restrained at low Cd lo ading (<1.00 mg kg-1), and w as enhanced at higher Cd leve ls.
Microbial biomass in pakcho i-g rowing red yellowish soil(RYS)were higher than tho se in radish-gr owing
RYS , w hich w as different from sand lo amy soil(S LS).The values of basal respiration rate in pakcho i-
g rowing so il w ere highe r than those in radish-g rowing soils.It wa s rev ealed tha t the cor rela tion betw een
mic robial activity and Cd loading was affected by pakchoi-radish ro tation sy stem.The results also show
that PLFAs in so il micr obe was sensitive with increasing Cd concentrations.The relativ e content of
g ener al PLFAs in fungi , Gram-po sitive bacte ria or arbuscular mycor rhizal fung i (AMF) w as all
positively cor rela ted with Cd concentration in the soil , w hile that in bacteria , actinomycetes or G ram-
nega tive bacteria w as all negativ ely co rrelated with Cd concentration in the so il.Fungus w as mo re
r esistant to Cd stress than bacteria o r actinomyce te , and actinomycete w as most sensitive to Cd stress.
PLFAs pro files differed betw een RYS and SLS soil , and between the rhizosphere and nonrhizo sphere
environment.Microbial community in rhizo spheric soil suffered less Cd stress , and w as mo re stable.The
results of principa l component analysis(PCA)also indicated that micr obial community tended to be mo re
stable and adapted to Cd stress after r adish planted.
Key words:cadmium;pho spholipid fatty acids;mic robial biomass;soil basal respir ation;ro ta tion
　　随着采矿 、冶金业的迅速发展 ,污水灌溉以
及城市污泥和垃圾 、农药 、化肥的大量使用 ,土
壤重金属污染日趋严重[ 1-2] .镉(Cd)是典型的
重金属之一 ,毒性强 ,危害大.镉污染不仅引起
土壤微生物与土壤酶活性的变化[ 3] ,而且影响
作物生理指标 ,进而影响作物产量和品质 ,最终
通过食物链传递在人体富集 ,危害人类健康[ 4] .
土壤微生物是维持土壤生物活性的重要组分 ,
在生物地球化学循环过程中占有重要地位 ,对
土壤中有机污染物的自净 、有毒重金属的迁移
转化等发挥重要的作用.采用土壤微生物指标
能够更直接地反映重金属污染物的潜在影响和
实际毒性 ,真实反映土壤重金属污染对生物系
统的危害程度 ,对农田重金属污染进行评价和
早期预警.由于土壤微生物活性及群落结构能
较早地预测土壤环境质量的变化过程 ,因此被
认为是最有潜力的敏感性生物指标之一[ 5] .土
壤呼吸作用代表了土壤碳素的周转速率及微生
物的总体活性 ,反映土壤有机碳的矿化速率 ,并
在一定程度上能揭示环境胁迫情况 ,与土壤环
境质量密切相关[ 6] .磷脂脂肪酸(PLFA)是活
体微生物细胞膜的重要组分 ,不同类群的微生
物可通过不同的生化途径合成不同的 PLFA ,
它对环境因素敏感 ,因而可以通过分析磷脂脂
肪酸的种类及组成比例来评价微生物的多样
性.目前 ,磷脂脂肪酸(PLFA)分析被广泛应用
于土壤微生物多样性研究.蔬菜生长过程对土
壤结构 、微生物区系及代谢活性具有很强的调
节能力 ,且不同蔬菜差异很大.近年来 ,关于镉
对土壤微生物影响[ 7-8] 以及不同轮作体系及植
被覆盖对土壤微生物群落及活性的影响研究较
多[ 9-10] ,但对于不同蔬菜种植条件下镉对土壤
微生物的影响研究很少.本文通过青菜-萝卜轮
作盆栽试验 ,探讨青菜 、萝卜种植后镉对土壤微
生物群落结构和活性的影响 ,为蔬菜地镉污染
土壤质量微生物评价提供理论依据.
1　材料与方法
1.1　试验材料
　　青菜(Brassica chinensis L.)品种为中箕
青菜 605 ,种子购自上海长征蔬菜种子公司;萝
卜品种(Raphanus sativus L.)为白玉春 ,种子
购自杭州市种子公司.供试土壤为采自浙江德
清的红黄壤(red yellow ish soil , RYS)和采自
杭州下沙的小粉土(sand loamy soil , SLS),其
土地利用方式都为菜地.取 0 ～ 20 cm 的表层
土 ,土样自然风干 、研磨后过 5 mm 筛备用 ,土
样的基本理化性质见表 1.
570 第 3 5卷　
申屠佳丽 ,等:青菜-萝卜轮作条件下镉对土壤微生物活性和磷脂脂肪酸特性的影响
表 1　供试土壤的基本理化性质
Table 1　Physicochemical characteri sti cs of soils u sed
土壤性质 红黄壤(RYS)
小粉土
(SLS)
pH 5.12 5.42
有机碳/(g kg -1) 29.55 11.50
速效磷/(mg kg -1) 345.3 790.2
速效钾/(mg kg -1) 21.25 20.45
总氮/(g kg -1) 2.76 0.83
CEC/(cm ol kg -1) 12.47 14.59
总镉/(mg kg -1) 0.40 0.52
有效态镉(NH4OAc)/(mg kg -1) 0.12 0.03
1.2　土培试验
　　采用三室根箱培养.分别称取 4.0 kg 风干
土样 ,外源添加硝酸镉 ,设计 CK , 0.70 , 1.00 ,
2.50 ,3.50 ,7.00 mg kg -1 6个处理 ,用喷雾混
匀法将镉加入供试土壤中 ,同时分别拌入 0.4
g kg-1尿素和 0.2 g kg-1的磷酸氢二钾做基
肥 ,充分混匀 ,将拌匀的土壤转移到三室根箱
(外室-中室-外室),保持田间持水量的 60 %～
70%,所有处理重复 4次.平衡培养 3个月后进
行青菜-萝卜的轮作种植 ,试验在浙江大学华家
池校区网室进行.2006年 8月播种青菜 ,在每
个根箱的中室撒入一定饱满种子 ,用少许土加
以覆盖 ,待出苗后每盆定植青菜 5株 ,生长期为
50 d ,整个生长期采用自来水浇灌以保持田间
持水量.青菜收获后 ,以青菜生长室(中室)为根
际区 ,两边为非根际区.将表层(0 ～ 15 cm)土壤
收集起来 , 放进已经灭菌的塑料袋中 , 保持
45%的田间持水量 ,供微生物量碳 、基础呼吸
和 PLFA 分析.青菜收获后 ,清除土壤中残余
根系 ,将土壤翻松后继续播种萝卜.在每个根箱
的中室撒入 10 粒饱满种子 ,用少许土加以覆
盖 ,待出苗后每盆定植萝卜 2 株 ,生长期为 90
d ,整个生长期采用自来水浇灌以保持田间持
水量.按照青菜收获后的方法采集土壤供分析
测试.
1.3　测定方法
　　供试土壤的基本理化性质采用常规分析方
法进行测定[ 11] ;土壤微生物量碳用氯仿熏蒸-
0.5 mo l L-1 K 2SO 4提取 , TOC-500 自动分析
仪测定[ 12] ;土壤基础呼吸采用室内密闭培养-
0.1 mo l L-1NaOH 碱液吸收法测定[ 13] .
　　土壤微生物群落结构分析采用磷脂脂肪酸
(PLFA)分析法.采用修正的 Frostegå rd 等[ 14]
的方法提取磷脂脂肪酸.基本步骤如下:首先 ,
把新鲜土样放在-20 ℃下冷冻干燥 ,然后过
100目筛 ,取 2.0 g 样品于干净的试管内 ,用氯
仿-甲醇-柠檬酸缓冲液(体积比 1∶2∶0.8)振荡
提取脂类 ,通过硅酸柱层析法分离得到磷脂脂
肪酸 , 然后经碱性甲酯化后用气相色谱
(A gilent 6890N)分析各种脂肪酸的含量.
　　采用 Tunlid 和White[ 15]的方法进行脂肪酸
的系统命名.以总碳原子数∶双键数和双键距离
分子末端位置命名 , i和 a分别表示支链的异构
(iso)和反异构(anteiso), c和 t分别表示双键的
顺式和反式结构 ,环丙基脂肪酸用 cy 表示 ,
10Me表示一个甲基团在距分子末端第 10个碳
原子上.其中 ,18∶2ω6 ,9c和 18∶3ω6c是真菌的特
征脂肪酸[ 16] ;选择 i15∶0 , a15∶0 , i16∶0 ,16∶0 , i17∶
0 , a17∶0 , cy17∶0 , 17∶0 , 17∶1ω8c , 18∶1ω9c , 18∶
1ω7c 和 cy19∶0脂肪酸表示细菌[ 15 , 17] ;选择
10Me16∶0 ,10Me17∶0和10Me18∶0脂肪酸表示放
线菌[ 14] ;i15∶0 , a15∶0 , i16∶0 , i17∶0和 a17∶0是革
兰氏阳性菌特征脂肪酸[ 14] ;cy17∶0 , cy19∶0 ,17∶
1ω8c ,18∶1ω9c和 18∶1ω7c是革兰氏阴性菌的特
征脂肪酸[ 14] ;16∶1ω5c是灌木菌根真菌(AMF)
的特征脂肪酸[ 18] .
1.4　数据处理与统计分析
　　所有数据采用Micro sof t Excel 2000处理 ,
将各种脂肪酸的含量进行对数转换化后进行主
成分分析(PCA),方差分析以及主成分分析等
多元统计分析采用软件 SPSS 12.0完成 ,作图
采用 SigmaPlot 10.0.
2　结果与分析
2.1　蔬菜轮作条件下不同镉处理土壤的微生
物生物量碳
　　从图 1 可知 ,镉胁迫对 2 种土壤微生物生
物量碳的影响与镉添加量 、轮作体制 、根际效应
等密切相关 ,2 种土壤的微生物对镉污染的反
应情况有所差异.青菜-萝卜轮作系统中 ,青菜
种植后低浓度镉(<1.00 mg kg -1)可以刺激
土壤微生物的生长 ,而后随着外加镉浓度的增
571　第 5期
浙江大学学报(农业与生命科学版)
加 ,微生物生物量碳呈下降趋势.以根际土壤为
例 ,当镉处理初始浓度为 1.00 mg kg -1时 ,红
黄壤和小粉土微生物生物量碳分别比对照增加
了 8.79%和 26.1 %(图 1A ,图 1B),因为当少
量镉进入土壤 ,微生物不仅能够修复伤害 ,而且
进行进一步的补偿 ,更加有效地降低背景伤害 ,
表现为动态平衡发生改变时的刺激作用[ 19] ;而
当镉处理初始浓度为 7.00 mg kg-1时 ,红黄壤
和小粉土微生物生物量碳分别比对照降低了
0.28 %和 19.4%,因为当土壤微生物处于中等
或严重镉胁迫时 ,微生物生物量的合成效率降
低 ,生物量受到抑制[ 7-8] .萝卜种植后 ,土壤微生
物生物量碳对镉胁迫的响应和青菜种植土壤基
本一致 ,低浓度镉对微生物生物量有一定程度
的刺激 ,而随着镉浓度的增加 ,微生物生物量碳
下降(图 1C ,图 1D),高浓度镉对微生物生物量
的抑制作用比青菜种植后强.但小粉土萝卜种
植后各镉处理的非根际土壤微生物生物量碳均
高于对照(图 1D),这与镉有效性密切相关 ,萝
卜种植后土壤镉总量下降 ,非根际土壤不存在
根际分泌物对镉的活化作用 ,小粉土中镉有效
性低于红黄壤(表 1),在这三方面因素的共同
作用下使镉对小粉土萝卜种植后非根际土壤微
生物的有效性降低.
A:种植青菜后的红黄壤;B:种植青菜后的小粉土;C:种植萝卜后的红黄壤;D:种植萝卜后的小粉土.
图 1　蔬菜轮作系统土壤中不同浓度镉对土壤微生物生物量碳的影响
Fig.1　Ef fect of Cd loading on soil microbial biomass carbon in vegetables rotat ion system
　　从图 1还可以得出 ,蔬菜轮作对土壤微生
物生物量有一定的影响.种植青菜后 ,红黄壤和
小粉土的微生物生物量碳分别为 435.8 ～
521.5 mg kg-1和 125.3 ～ 227.9 mg kg -1 ,而
种植萝卜后则分别为 275.0 ～ 435.8 mg kg-1
和 115.8 ～ 288.0 mg kg-1 ,说明轮作后红黄壤
微生物生物量下降 ,而小粉土微生物生物量增
加.一方面因为青菜种植后植物残体没有返回
土壤 ,而土壤中的养分不断消耗 ,导致土壤中
C 、N 含量的下降;另一方面 ,青菜在生长过程
中通过根系向土壤释放根系分泌物 ,为微生物
提供大量能源[ 20] ,且其光合作用产物中的碳也
可以刺激微生物的生长并快速进入微生物生物
量[ 21] .不同土壤这两方面效应的强弱导致轮作
对 2种土壤影响的差异.
　　研究中还发现 ,在同一个季节同一蔬菜栽
572 第 3 5卷　
申屠佳丽 ,等:青菜-萝卜轮作条件下镉对土壤微生物活性和磷脂脂肪酸特性的影响
培条件下 ,微生物生物量碳受土壤类型的影响
较大 ,红黄壤微生物生物量碳大概是小粉土的
2 ～ 3倍 ,因为红黄壤的有机质含量远高于小粉
土(表 1).
2.2 　蔬菜轮作条件下不同镉处理土壤的基础
呼吸速率
　　从图2可知 ,镉胁迫对 2种土壤基础呼吸作
用的影响也与镉添加量 、轮作体制 、根际效应等
密切相关 ,2种土壤的微生物对镉污染的反应情
况有所差异.青菜种植后 ,低浓度镉(<1.00 mg
kg-1)可以降低土壤基础呼吸速率 ,而随着外加
镉浓度的增加 ,呼吸作用也随之增强 ,在本试验
镉浓度范围内 ,镉对土壤基础呼吸的抑制或刺激
作用并不强烈(图 2).当少量重金属进入土壤
后 ,土壤的主导微生物群落会从原核生物向真核
生物转移 ,而真核生物的生长及繁殖速率比原核
生物慢 ,土壤基础呼吸作用的减弱可能由土壤中
原核生物的减少引起 ,而且污染物可以通过和底
物形成复合物来降低底物的有效性;当土壤中镉
浓度较高时 ,部分微生物死亡 ,存活的微生物对
死亡微生物进行细胞降解 ,使微生物的呼吸作用
增加 ,当土壤环境受到胁迫或干扰时 ,微生物为
了维持生存可能需要更多的能量 ,表现为土壤微
生物的代谢活性增加[ 21-22] .
　　种植萝卜后 ,镉对土壤基础呼吸速率的影
响规律和青菜种植后基本一致 ,但微生物的整
体活性降低.种植青菜后 ,红黄壤和小粉土的基
础呼吸速率分别为 17.01 ～ 24.26 mg kg-1
d-1和 6.78 ～ 20.09 mg kg-1 d-1;而种植萝卜
后则分别为 13.00 ～ 19.35 mg kg -1 d-1和
6.02 ～ 15.67 mg kg -1 d-1 .这可能由蔬菜生
长不同季节的温度变异引起 ,土壤微生物活性
的暂时性波动受土壤温度 、湿度及底物有效性
的影响[ 23-25] .本试验中青菜的生长期为夏季 ,
而萝卜的生长期为秋季 ,季节的温度差异是影
响土壤基础呼吸发生波动的主要因素 ,植物生
长对土壤有机质的消耗也是萝卜种植后土壤微
生物活性降低的原因之一.
A:种植青菜后的红黄壤;B:种植青菜后的小粉土;C:种植萝卜后的红黄壤;D:种植萝卜后的小粉土.
图 2　蔬菜轮作系统土壤中不同浓度镉对土壤基础呼吸速率的影响
Fig.2　Ef fect of Cd loading on soi l bas al respiration rate in vegetables rotat ion system
573　第 5期
浙江大学学报(农业与生命科学版)
2.3 　蔬菜轮作条件下不同镉处理土壤
的 PLFA
　　从各类群微生物特征脂肪酸总相对含量的
结果可知(表 2),青菜-萝卜轮作体制下 , 不同
微生物类群的脂肪酸含量对镉胁迫的响应不
同.青菜种植后 ,真菌特征脂肪酸的相对含量随
镉含量的增加而上升 ,而细菌和放线菌特征脂
肪酸的相对含量则随镉含量的增加而下降.以
非根际土壤为例 ,与对照相比 ,外源镉添加量为
0.70 、3.50 mg kg-1时 ,真菌特征脂肪酸的质
量分数在红黄壤 中分别增加了 0.78%、
0.56 %, 在小粉土中分别增加了 1.12%、
3.08 %;细菌特征脂肪酸的质量分数在红黄壤
中分别降低了 1.31 %、0.38%,在小粉土中分
别降低了 0.69 %、0.68%;而放线菌特征脂肪
酸的质量分数在红黄壤中分别降低了 1.03%、
1.72%, 在小粉土中分别降低了 1.95%、
2.18%.表明 3大微生物类群对镉胁迫的耐性
不同 ,真菌耐性最强 ,其次为细菌 ,放线菌最弱 ,
这和 Vig 等[ 26] 和 Turpeinen等[ 27] 对镉污染土
壤以及砷 、铬 、铜污染土壤进行研究 ,发现细菌
对重金属污染的反应比真菌敏感的研究结果一
致.此外 ,受镉污染土壤中 ,革兰氏阳性菌和灌
木菌根真菌(AMF)的特征脂肪酸质量分数上
升 ,而革兰氏阴性菌的特征脂肪酸质量分数
下降.
表 2　蔬菜种植后不同微生物类群特征脂肪酸相对含量对不同镉荷载的响应
Table 2　Changes of PLFA composition of diff erent kinds of microbes af ter vegetable harvest as af fected by dif ferent levels of Cd2 +
P LFAs
根际/%
Cd2+ CK ⑦ Cd2 + 0.70⑦ C d2+ 3.50⑦
非根际/%
Cd2+ CK Cd2 + 0.70 Cd2+ 3.50
RYS-青菜
真菌① 8.13±0.12 8.34±0.09 9.00±0.25 5.86±0.21 6.54±0.14 6.42±0.11
细菌② 52.08±0.23 50.17±0.34 51.68±1.63 48.15±0.50 46.84±0.56 47.77±0.09
放线菌③ 11.18±0.46 8.34±0.23 8.70±0.52 9.67±0.59 8.64±0.09 7.93±0.43
G +细菌④ 21.77±0.78 21.64±0.07 23.69±0.71 19.72±0.50 20.35±0.21 21.44±0.18
G -细菌⑤ 10.00±0.33 7.41±0.01 7.20±0.29 7.76±0.65 6.28±0.26 6.62±0.17
灌木菌根真菌⑥ 2.56±0.01 3.03±0.05 3.21±0.02 2.30±0.03 2.75±0.02 3.10±0.09
RYS-萝卜
真菌 4.62±0.07 4.79±0.05 5.16±0.14 3.79±0.14 4.41±0.09 5.05±0.09
细菌 56.17±0.25 55.57±0.38 54.37±1.71 46.86±0.49 45.71±0.55 46.35±0.09
放线菌 7.08±0.29 6.80±0.19 6.59±0.39 7.57±0.46 6.84±0.07 6.55±0.36
G +细菌 14.61±0.52 14.45±0.05 14.44±0.43 11.07±0.28 11.24±0.12 11.36±0.10
G -细菌 23.92±0.79 23.99±0.03 23.08±0.93 23.78±2.00 22.50±0.93 22.43±0.58
灌木菌根真菌 2.89±0.02 2.93±0.09 3.02±0.04 1.88±0.01 1.88±0.03 2.14±0.01
SLS-青菜
真菌 4.76±0.05 5.12±0.07 7.22±0.24 4.91±0.04 6.03±0.12 7.99±0.35
细菌 55.14±0.96 53.66±0.73 52.14±0.38 52.8±0.42 52.11±0.31 52.12±0.29
放线菌 9.96±0.23 7.41±0.15 6.74±0.14 7.39±0.26 5.44±0.02 5.21±0.09
G +细菌 16.59±0.35 16.57±0.33 17.11±0.26 15.44±0.29 15.48±0.24 16.54±0.30
G -细菌 24.11±0.20 21.71±0.49 21.25±0.21 21.96±0.48 21.34±0.57 20.9±0.13
灌木菌根真菌 3.56±0.01 4.03±0.03 4.46±0.19 3.3±0.07 3.56±0.15 4.22±0.20
SLS-萝卜
真菌 4.73±0.05 5.18±0.07 5.14±0.17 3.68±0.03 4.55±0.09 7.21±0.32
细菌 56.67±0.99 57.15±0.78 58.78±0.43 52.49±0.42 50.32±0.33 48.01±0.27
放线菌 6.86±0.16 6.89±0.14 7.00±0.15 7.41±0.26 6.91±0.03 6.02±0.10
G +细菌 16.56±0.35 16.10±0.32 16.85±0.26 11.20±0.21 11.91±0.18 10.06±0.18
G -细菌 23.92±0.20 25.13±0.57 26.04±0.26 30.36±0.66 26.02±0.70 23.95±0.15
灌木菌根真菌 2.69±0.11 2.72±0.13 2.97±0.06 1.90±0.01 1.98±0.01 2.23±0.10
　　注:①真菌 PLFA 为 18∶3ω6c , 18∶2ω6 , 9c的总和;②细菌PLFAs为 i15∶0 , a15∶0 , i16∶0 , 16∶0 , i17∶0 , a17∶0 , cy 17∶0 , 17∶0 ,
17∶1ω8c , 18∶1ω9c , 18∶1ω7c , cy19∶0的总和;③放线菌 PLFAs为 10M e16∶0 , 10Me17∶0 , 10Me18∶0的总和;④革兰氏阳性菌
P LFAs 为 i15∶0 , a15∶0 , i16∶0 , i17∶0 , a17∶0的总和;⑤革兰氏阴性菌 PLFAs为 cy17∶0 , cy19∶0 , 17∶1ω8c , 18∶1ω9c , 18∶1ω7 c的
总和;⑥灌木菌根真菌 PLFAs为 16∶1ω5c;⑦Cd2 +CK , Cd2 + 0.70 ,C d2+ 3.50分别代表土壤原始 Cd2 +处理浓度为 CK , 0.70 , 3.50
m g kg -1 .
574 第 3 5卷　
申屠佳丽 ,等:青菜-萝卜轮作条件下镉对土壤微生物活性和磷脂脂肪酸特性的影响
A:种植青菜后的红黄壤;B:种植青菜后的小粉土;C:种植萝卜后的红黄壤;D:种植萝卜后的小粉土.
图 3　镉污染对蔬菜种植后土壤微生物磷脂脂肪酸含量影响的主成分分析
Fig.3　P rin cipal component analysis of PLFAs af fected by Cd loading after vegetab le harvest
　　萝卜种植后 ,镉对各微生物类群特征脂肪
酸相对含量的影响规律和青菜种植后基本一
致 ,真菌 、革兰氏阳性菌以及灌木菌根真菌随土
壤镉含量的增加而增加 ,而细菌 、革兰氏阴性
菌 、放线菌则随土壤镉含量的增加而降低.但从
纵向比较 , 种植萝卜后土壤各微生物类群的
PLFA s和青菜种植后土壤相比发生了变化 ,以
镉处理为 3.50 mg kg -1的非根际土壤为例 ,萝
卜种植后红黄壤真菌 、细菌和放线菌的特征脂
肪酸相对含量分别降低了 1.37%、1.36%、
1.38 %,小粉土真菌和细菌的特征脂肪酸相对
含量分别降低了 0.78%、4.11 %,而放线菌的
特征脂肪酸含量则略有升高.
　　从表 2可知 ,青菜-萝卜轮作系统中植物根
系活动显著影响土壤磷脂脂肪酸特性.同一镉
处理水平根际土壤的微生物磷脂脂肪酸含量比
非根际土壤高 ,以镉处理 3.50 mg kg-1青菜种
植后为例 ,红黄壤根际土壤真菌 、细菌 、放线菌 、
革兰氏阳性菌 、革兰氏阴性菌和灌木菌根真菌
的特征脂肪酸分别是非根际的 1.40 倍 、1.08
倍 、1.10 倍 、1.10 倍 、1.09倍和 1.04 倍;而小
粉土根际土壤相应的微生物类群特征脂肪酸分
别是非根际的 0.90 倍 、1.01倍 、1.29倍 、1.03
倍 、1.02倍和 1.06倍.表明植物根系分泌的有
机物质也为微生物生长提供了能源 ,从而使根
际土壤含有更多的真菌 、细菌和放线菌.
　　主成分分析法(PCA)同样能很好地区分
这些不同镉处理的土壤微生物的 PLFA 剖面
(图 3).青菜种植后 ,红黄壤非根际土壤随着镉
浓度的增加 ,在主成分 1轴上的相应值升高(图
3A);而小粉土对照非根际土壤在主成分 1轴
上的值最低 , 3.50 mg kg-1镉处理土壤次之 ,
而 0.70 mg kg-1镉处理土壤在主成分 1轴上
的相应值最高(图 3B).土壤微生物 PLFA 剖面
不仅受镉处理浓度的影响 ,也受到青菜-萝卜轮
作系统的影响.萝卜种植后镉对 PLFAs 的影
响发生变化(图 3C ,图 3D),红黄壤 、小粉土非
根际土壤 PLFA s在主成分 1轴上的相应值都
随镉浓度的增加而降低 , 且不同镉处理的
PLFAs投影点在主成分分析图上分布比较集
中 ,在不同土壤类型之间的差异缩小.说明萝卜
种植后不同浓度镉影响下土壤 PLFAs 特性差
575　第 5期
浙江大学学报(农业与生命科学版)
异缩小 ,土壤达到稳态的微生物群落结构 ,使外
界因素的影响变缓.Chantal 等[ 28] 对加拿大草
原土壤微生物群落结构的研究也表明 ,轮作后
土壤微生物群落可以更好适应外界环境的
变化.
　　从 PLFA s的主成分分析结果发现蔬菜根
系活动对 PLFAs剖面有较大影响(图 3).青菜
及萝卜种植后 ,不同镉处理根际土壤在主成分
分析图上分布较为密集 ,而不同镉胁迫非根际
土壤在主成分分析图上分布较为分散 ,表明根
际土壤和非根际土壤微生物群落组成多样性差
异明显 ,根际土壤受镉胁迫的影响较小 ,群落结
构较为稳定 ,而非根际土壤的微生物群落结构
比较复杂 ,更容易受到环境胁迫的干扰.
3　结　论
3.1　在青菜-萝卜轮作中 , 外加低浓度镉(<
1.00 mg kg-1 )可以增加土壤微生物生物量
碳 ,降低微生物呼吸强度;而高浓度镉(1.00 ～
7.00 mg kg-1)则使微生物生物量碳下降 ,微
生物呼吸强度升高.镉污染改变土壤微生物群
落结构 ,指示真菌 、革兰氏阳性菌以及灌木菌根
真菌的磷脂脂肪酸含量增加 ,指示细菌 、革兰氏
阴性菌 、放线菌的磷脂脂肪酸含量则下降.
3.2　在青菜-萝卜轮作系统中 ,种植萝卜后的
土壤微生物生物量和活性都低于种植青菜后;
萝卜种植后土壤微生物群落更加趋向稳定 ,微
生物较能适应镉污染环境.
3.3　在蔬菜轮作系统中 ,青菜和萝卜的根系对
微生物活性和土壤 PLFA特性都有影响 ,蔬菜
的根系活动可以提高微生物生物量及其活性 ,
同时还使镉对微生物群落的胁迫降低 ,群落结
构更加稳定.
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