全 文 ：东南景天根际微生物对土壤 Zn的响应研究
蔡洁云 1 　林少冰 1 　周小云 2
(1.广东省气象台 , 广东 广州 510080;2.广东省科技服务中心 ,广东 广州 510080)
摘　要:东南景天(SedumalfrediHance)是在我国境内新发现的一种锌超积累植物。
本研究通过盆栽试验 ,比较研究两种生态型东南景天在不同 Zn浓度下其根系微生物环境
的差异性 ,测定它们的微生物种群 、微生物 C和微生物 N的情况 ,以期探讨根系微生物与
两种生态型东南景天间的相关性。
关键词:东南景天　锌　微生物
1　前言
近年来随着经济的发展 , 土壤中重金属污染已经
成为一个重大的问题。环境中的重金属具有长期性 、
不可逆性和后果严重性的特点。土壤质量下降将直接
危及生态安全 、食物安全和人体健康 ,并影响土壤生态
结构和功能性的稳定。目前 , 我国受各种重金属污染
的耕地面积近 2000 万公顷 , 约占耕地总面积的
20%[ 1] 。
土壤重金属污染治理的传统方法有:基于机械物
理或物理化学原理的工程措施 ,包括客土换土法 、清洗
法 、热处理法 、电化学法等;基于污染物的地球化学行
为的改良措施 , 如加入改良剂以减轻污染物对生态环
境的危害等。这些传统方法具有快速高效的去污效
果 ,但由于其费用昂贵和对土壤扰动大 , 从而限制了它
们的大面积应用。近年来 , 科学家们提出了既能实现
净化目标 、又能产生良好环境效益并具有良好开发价
值的生物修复技术 [ 2 ] , 其途径主要有植物修复和微生
物修复。植物修复从原理上来讲主要有 6种类型:植
物萃取 、植物挥发 、植物钝化 /稳定化 、植物降解 、植物
转化 、植物刺激 , 针对重金属植物修复的主要是前 3
种。目前普遍认为 , 植物萃取技术是修复重金属污染
土壤的最有前景的技术 , 其基本思路是将自然生长或
遗传培养的超积累植物种植于污染土壤上 , 吸收重金
属 ,从而降低土壤重金属含量 ,达到治理的目的。
实施植物萃取技术的前提条件是选择合适的对污
染重金属有较强吸收能力的超积累植物 。东南景天
(SedumalfrediHance)是在我国境内新发现的一种 Zn
超积累植物 [ 3 ] 。这种植物不仅生物量大 、富集能力强
(富集系数达到 1.25-1.94)、对生长介质中的 Zn有很
强的忍耐能力 , 而且具有多年生 、无性繁殖的特点 , 是
实施植物修复和研究超积累机制的良好材料。
当前 ,对超积累植物根际环境中土壤微生物作用
的研究仅有零星报道 ,对其认识仍不十分清楚 , 对其贡
献大小也未做综合评价 [ 4 ] 。事实上 , 了解超积累植物
吸收重金属的根际微生态效应不仅有利于揭示超积累
植物吸收和积累重金属的机理本质 , 还可通过改良土
壤的物理化学特性来提高超积累植物的提取效率。因
此 , 根际微生态效应已经成为超积累植物一个新的研
究热点。目前 , 对东南景天吸收锌 、镉 、铅的特性等进
行比较广泛的研究 , 而对东南景天的根际微生物特征
的研究较少。本研究主要是通过盆栽试验 , 比较两种
生态型东南景天在不同 Zn浓度下的土壤微生物数 、微
生物碳 、微生物氮的影响 , 以期探讨根系微生物特征与
东南景天超积累锌的关系。
2　材料与方法
供试植物:超积累生态型东南景天和非超积累生
态型东南景天。
供试土壤:土壤取自华南农业大学农场的未受污
染水稻田。
土壤培育:土壤自然风干后 , 过 5mm筛 , 分别把
10kg土壤装入 4个塑料筐中 , 其中 3个筐的土壤中分
别添加 0、200、400、800mg/kgZn(以 ZnSO4形态加入),
另外一个筐的土壤中不加锌作为对照(CK)。然后加
入去离子水 ,充分拌匀 , 进行土壤预培养。在培养过程
中使盆中土壤保持田间持水量(60%)。土壤培养 8周
后 , 用于盆栽试验。
盆栽试验:分别把各个处理已培养的土壤装入塑
料小花盆中 , 每盆装土 500g。移栽幼苗(移栽幼苗前在
基质上培养 15天), 每盆 3株。试验设计采用两因素
完全随机区组试验 , 因素 A为种植植物的种类 , 三个水
平 , 即种植超积累生态型东南景天 、非超积累生态型东
南景天和不种植物 ,因素 B为 Zn处理 ,设 4个 Zn处理
水平(mg/kg), 即对照 , 200, 400, 800 mg/kgZn, 共 12个
处理 , 每个处理重复 4次 , 共 48盆。植物生长过程中 ,
根据土壤的水分情况 ,用从盆子底部补充去离子水 , 使
盆中土壤保持田间持水率 70%左右。
植物生长 90天后收获 , 收获植物地上部分和根
系 , 测定鲜重 、干重和 Zn含量。 同时在每个处理的四
101　2010年 3月 东南景天根际微生物对土壤 Zn的响应研究 　　　
DOI :10.14127/j.cnki.j iangxihuagong.2010.01.036
个重复根系周围取代表性土壤(共 48个土样), 立即去
除植物残体 、根系和可见的土壤动物等 , 0-4℃冷藏保
存 , 用于微生物指标测定。微生物指标测定项目和方
法为土壤微生物量的测定(平板菌落计数法)和土壤微
生物量碳 、氮的测定方法(氯仿熏蒸浸提法 , FE)。
3　结果与分析
3.1　东南景天对土壤 Zn的生长反应
表 1　两种生态型东南景天对土壤 Zn的生长反应(克 /盆)
Zn处理
(mg/kg)
地上部干物质产量 根系干物质产量
超积累 非超积累 超积累 非超积累
ck
200
400
800
2.59±0.15(b)
3.65±0.14(a)
3.11±0.35(ab)
3.54±0.11(a)
3.25±0.03(a)
2.13±0.19(b)
1.46±0.23(b)
0.35±0.043(bc)
0.25±0.043(c)
0.32±0.018(bc)
0.35±0.040(ab)
0.41±0.095(a)
0.25±0.039(a)
0.16±0.056(b)
0.10±0.038(b)
-
注:表中数据为 4次重复的平均值 ±标准误差
　　表 1显示 , 随着土壤 Zn浓度的增加 , 非超积累生
态型东南景天的生长明显受到抑制 , 植物表现出明显
的中毒症状 ,其地上部和根系的干物质的产量显著减
少(p<0.01)。例如 ,对照处理的地上部干重为 3.25 ±
0.03g/盆 ,而 800mg/kg土处理时的近乎绝收。
相反 ,超积累生态型东南景天不但能够忍受土壤
环境中的高 Zn浓度胁迫 , 而且其生物量随土壤中 Zn
添加量的增加而增加(p<0.05), 例如 , 800mg/kg处理
的地上部和根系的干物质产量分别为 3.54±0.11g/盆
和 0.41±0.095g/盆 ,分别为对照处理的 1.4和 1.6倍。
3.2　土壤微生物生物量
由表 2可见 , 从整体上来说 , 随着土壤 Zn浓度的
增加 ,微生物生物量 C和微生物生物量 N的含量渐渐
减少。如在不种植植物的土壤 , 800mg/kgZn处理土壤
的微生物生物量 C和微生物生物量 N的含量分别比对
照减少了 46%和 52%。
种植植物对土壤中的微生物生物量 C和微生物生
物量 N含量影响显著 , 不种植物与种植两种生态型东
南景天的土壤相比较可发现 ,除了在 800mg/kgZn处理
下的三个土样的微生物生物量 C和微生物生物量 N的
含量相差不大之外 , 在其它三个处理(CK、 200、 400mg/
kgZn)下均有明显的差异性 ,表现为种植超积累生态型
东南景天的土壤中微生物生物量 C和微生物生物量 N
含量显著高于种植非超积累生态型东南景天和不种植
植物的土壤 ,但后两者之间没有显著差异。
而各土样的微生物 C/N比值较为稳定 , 处理之间
的差异不显著。
表 2　土壤的微生物生物量 C和微生物生物量 N含量(mg/kg)
Zn浓度(mg/kg) 种植植物 微生物 C含量 微生物 N含量 微生物 C/N比值
对照(CK)
不种植物
超积累
非超积累
146.76±21.51b
224.16±23.24a
165.88±31.43b
9.51±2.12a
13.33±4.66a
11.12±3.54a
15.43
16.82
14.92
200
不种植物
超积累
非超积累
117.28±19.46b
185.62±27.07ab
134.70±12.70b
8.39±1.96ab
11.94±3.65a
9.38±2.02a
13.98
15.55
14.36
400
不种植物
超积累
非超积累
99.96±26.10b
152.08±22.59ab
104.22±11.44b
6.37±1.46ab
9.79±2.30a
7.59±1.85a
15.69
15.53
13.73
102 江　西　化　工 2010年第 1期　
800
不种植物
超积累
非超积累
79.44±13.22bc
97.90±12.86b
84.66±10.40b
4.58±1.39ab
5.62±1.66a
4.99±1.33ab
17.34
17.42
16.96
3.3　土壤的微生物种群数量
土壤细菌 、放线菌 、真菌是土壤生态系统中微生物
区系的主要组成成分 ,总的来说 , 土壤中微生物的数量
是细菌 >放线菌 >真菌。
由表 3可知 , 随着土壤中 Zn浓度的增加 , 细菌 、放
线菌 、真菌的数量均显著下降 , 可见重金属对土壤微生
物的生长有明显的抑制作用。
表 3　土壤的微生物种群数目
Zn浓度(mg/kg) 种植植物 细菌(×105) 放线菌(×105) 真菌(×103)
对照(CK)
不种植物
超积累
非超积累
44.3±1.91a
58.9±1.42a
49.6±1.47a
15.9±1.49a
22.5±1.62a
18.3±1.32a
25.7±0.63a
29.6±1.84a
28.0±2.16a
200
不种植物
超积累
非超积累
36.9±0.63b
48.7±1.67b
38.9±0.78b
14.0±0.58a
20.1±0.67a
15.4±0.22b
19.2±0.12b
23.3±1.44b
21.5±0.74b
400
不种植物
超积累
非超积累
31.0±0.71c
39.4±1.66c
32.8±0.29c
10.8±0.43b
16.2±0.65b
12.4±0.62c
12.4±0.50c
15.2±0.54c
13.6±0.59c
800
不种植物
超积累
非超积累
23.8±1.51d
26.4±0.61d
24.9±0.35d
8.00±0.41b
9.50±0.35c
8.66±0.42d
7.33±0.24d
9.41±0.46d
8.77±0.28d
　　种植植物后 , 由于植物根系的作用 , 土壤中细菌 、
放线菌 、真菌的数量均显著增加 , 总体趋势按以下顺序
递减:超积累 >非超积累 >CK, 除了在 800mg/kgZn处
理下 ,种植超积累生态型东南景天 、种植非超积累生态
型东南景天和不种植物三个处理之间的差异不显著
外 ,而其他三个不同 Zn浓度处理下 , 土壤中细菌 、放线
菌 、真菌的数量差异显著 , 尤其在 200mg/kg处理。
比较不同处理对土壤中细菌 、放线菌 、真菌三种微
生物群落的数目的影响 ,不同浓度 Zn处理和种植不同
植物对细菌数目的影响最大 , 而真菌的数目变化最小 ,
放线菌介于两者之间。
3.4　东南景天的生物量与土壤微生物指标的相关分
析
表 4　地上部分和根系干重与土壤微生物指标的相关性
超积累生态型 非超积累生态型
地上部干重 根系干重 地上部干重 根系干重
C -0.626 -0.989(＊＊) 0.987(＊＊) 0.994(＊)
N -0.544 -0.956(＊) 0.994(＊＊) 0.992(＊)
C/N -0.152 0.211 -0.537 0.989(＊)
细菌 -0.625 -0.990(＊＊) 0.997(＊＊) 0.999(＊)
103　2010年 3月 东南景天根际微生物对土壤 Zn的响应研究 　　　
放线菌 -0.542 -0.960(＊) 0.995(＊＊) 0.992(＊)
真菌 -0.583 -0.980(＊＊) 0.985(＊＊) 0.985
　　相关分析表明(表 4), 超积累生态型东南景天的
地上部分干重与土壤微生物指标相关性不明显;根系
干重与土壤微生物指标呈负相关(C/N比值除外), 其
中与 C、细菌 、真菌三个指标呈显著负相关。而非超积
累生态型东南景天的地上部分干重与土壤微生物指标
除 C/N比值外 , 均呈显著正相关;根系干重与土壤微生
物指标除真菌外 ,均呈正相关。
以上结果说明 ,土壤中过高的 Zn浓度抑制了种植
非超积累生态型东南景天的微生物的生长。但是由于
超积累生态型东南景天有很强的耐土壤 Zn污染能力 ,
同时其根系能从土壤中快速地吸收和向地上部分转运
Zn, 在一定程度上改善了根际环境 , 减缓了 Zn对土壤
微生物的胁迫作用。
4　研究展望
本研究结果表明 , 超积累生态型东南景天不仅耐
受性强 ,而且对根系土壤微生物生长有明显的促进作
用。一般来说 , 土壤中旺势的微生物能促进植物的生
长 , 同时也影响土壤中重金属形态。因此超积累生态
型东南景天与土壤微生物在修复 Zn污染土壤中有着
相辅相成的优势。这些研究为今后开发重金属污染土
壤的植物 -微生物联合修复提供了非常有价值的理论
依据。
参考文献
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ResearchOfefectsofdiferentzinccompoundsonsoilmicrobial
characteristicsofSedumalfrediHance
CaiJie– yun1　LinShao– bing1　ZhouXiao– yun2
(1.GuangdongMeteorologicalObservatory, Guangzhou, 510080, Guangdong;
2.GuangdongMeteorologicalInformationCenter, Guangzhou, 510080, Guangdong
Abstract:SedumalfrediHanceisanewhyperaccumulatorwhichfoundinchina.Potexperimentswereconductedtostudy
theefectsofdifferentzinccompoundsonsoilmicrobialcharacteristicsoftwoecotypesofSedumalfrediHance.
KeyWords:SedumalfrediiHance　Zinc　microbe
104 江　西　化　工 2010年第 1期