全 文 ：第 卷 第 期
年 月
土 壤 学 报 ,
,
两种生态型东南景天根际与非根际土壤微生物
特征的差异性
龙新宪 刘洪彦 戴 军 吴启堂
华南农业大学资源与环境学院 ,广州
·
, 二 , “ “` 流油 。妙 ,
关扭词 东南景天 根际 土坡 微生物特征
中圈分类号 巧 文献标识码
超积累植物具有很强地忍耐和吸收土壤重金
属的能力 ,导致其根际环境中重金属的平衡和微生
物活性及其群落结构发生改变 ,其原因主要有以下
几方面 第一 ,由于超积累植物快速地吸收土壤中
的重金属 ,可能会导致其根际土壤溶液中的重金属
浓度降低 ,从而缓减重金属对根际土壤中微生物的
毒害作用 ,促进微生物的生产和代谢活动 。例如 ,
超积累植物 、 和非超积累植物
如 。的根际土壤中的细菌和真菌数量
均远大于非根际土壤川 超积累植物 “
的根际土壤中可培养细菌 、放射菌和真菌的数
量显著增加 ,且耐 细菌和产酸细菌的比例也显著
增加 。第二 ,土壤微生物通过分泌鳌合物 、酸化
和改变土壤的氧化还原电位等途径影响土壤重金
属的形态 ,改变重金属的移动性和生物有效性 〔 〕。
第三 ,土壤微生物可直接或间接影响植物在重金属
胁迫条件下的的生长发育 ,促进或抑制植物对重金
属元素的吸收 。例如 ,当土壤 中接种细菌
` , 二 和
邵 后 , 甲 。 的鲜重和
地上部的 含量均增加 了 倍川 。 等也发
现 〔 ,向轻度或中度污染的铅 、锌尾矿土壤中同时
接种固氮菌 。 一 ,磷细
菌 。绍 一 和钾细菌
一 后 ,尽管 体内
重金属含量没有显著提高 ,但 的生物
量却显著增加 。这表明超积累植物根际土壤中的
“根系一微生物一重金属 ”的关系复杂 ,植物对重金属
的超积累作用与其根际土壤微生物存在一定的联
系 。因此 ,通过了解超积累植物的根际微生物特征
不仅有利于揭示超积累植物吸收和积累重金属的
机制 ,还可通过改善植物与微生物的关系来提高植
物修复的效率 。东南景天 是
在我国发现的一种 超积累植物 〔 , 。本研究
通过根袋试验 ,比较研究两种生态型东南景天生长
在锌污染水平接近 、但有效锌含量差异显著的两种
不同土壤上 ,其根际微生物特征的差异性 ,初步探
讨东南景天根际环境中 “根系一微生物一锌 ”之间的互
作关系 ,以期在理论上进一步明确东南景天超积累
锌的根际生理生态过程 。
材料与方法
供试植物
采用超 积 累和 非超 积 累生 态 型东 南景 天
国家自然科学荃金项目 资助
作者简介 龙新宪 一 ,女 ,湖南人 ,博士 ,副教授 ,主要从事污染生态学研究工作 。电话 一 一 , 一 ,
一
收稿日期 一 一 收到修改稿 日期 一 一
5 4 8 壤 报 卷
扣 为供试植物 。其中超积累生
态型采自浙江衡州一古老铅锌矿 ,非超积累生态型
采 自浙江省杭州市郊的九溪茶园 。植株在移植前
工于墓质上预培养 ,待长出大小均一的枝条 约
后移植 。
供试土坟
供试土坡为模拟锌污染土壤和污染水稻土壤 。
污染水稻土壤取自广东省乐昌县 ,为受铅锌矿的洗
矿水污染的水稻土壤 模拟锌污染土壤是向取 自华
南农业大学农场的水稻土人为添加 ·
制备而成 预培养 周 ,使其锌总量与污染水稻土
城墓本接近 约为 一 。其中污染水稻土
城的墓本理化性质为 土 水 二 、有
机质 一 、总 一 、碱解
一 、总 一 、有效 一 ,醋酸钱
提取态 一 模拟锌污染土壤的基本理
化性质为 土 水 二 、有机质
一 、总 一 、碱解 一 、,
一 、有效 一 、醋酸按提取态
一 。在未加 预培养前 ,模拟锌污染
土坡的总 含 为 一 ,醋酸按提取态
。含 为 一 。
盆栽试脸
采用根袋 用 目尼龙筛布做成 区分根际
与非根际土城 ,其中根际土壤为 以干土
计 ,非根际土坡 以干土计 。将根袋 即
根际土壤 于塑料盆的中间 ,在每盆的根际土壤
上分别移植 株超积累或非超积累生态型东南景
天 ,重复 次 。在植物生长期间 ,及时补充去离子
水 ,使土壤含水率保持 田间最大持水量的 左
右 。植物生长 后 ,收获植物样品和土壤样品 。
立即将土坡样品 于冰箱内于 ℃保存 ,备用 。
侧定项 目与方法
土壤微生物生物 碳和氮采用抓仿熏蒸浸提
法测定【 脉酶活性测定以尿素为底物的分光光度
计比色法〔“卜氢酶活性的测定以抓化三苯基四哇氮
竹 为基质 ,用比色法测定 ” 土壤基础呼吸采
用碱吸收滴定法 【川 。
可培养微生物数量采用平板涂布法测定 。其
中可培养细菌 、放线菌和真菌分别采用牛肉膏培养
基 、马丁氏培养基和孟加拉红培养基培养 可培养
耐锌细菌采用 向细菌 的基本培养基 中加人
一 一 以 · 形态 〔” 可培养产
酸细菌的培养基成分为 胰蛋白陈 一 ,酵母
浸膏 一 ,葡萄糖 一 ,琼脂 一 一 ,
澳甲酚紫 一` ,以培养皿内变黄的菌落作为
产酸菌 。
土壤微 生 物群 落结构 与 功能 多样性 采 用
微平板测定 。试验前 ,将供试土壤
于 ℃条件下的生化培养箱中活化 ,将
微平板从冰箱内取出 , ℃条件下预热 。
用 自动多头移液器吸取土壤的 一
提取液 稀释度为 一 加到
微平板孔中 ,每孔加 闪 , ℃条件下培养
,每隔 用 自动读数装置 在
波长下测定其吸光值 。土壤微生物群落
代谢剖面的表达用每孔颜色平均变化率
, 来描述 ,
计算表达式为
表示所测得
光值 。
平 二艺 一` ,其中 `
个反应孔的吸光值 , 是对照孔的吸
数据分析方法
本文所涉及的统计分析均采用 , 统计软
件完成 。
结 果
东南 天的生物 和锌含
超积累生态型东南景天在模拟锌污染土壤上
的长势强于在污染水稻土壤 ,地上部和根系的生物
量以前者显著大于后者 然而 ,非超积累
生态型东南景天的地上部和根系生物量以生长在
污染水稻土壤大于模拟锌污染土壤 表 。两种生
态型东南景天的地上部与根部的 含量均以生长
在模拟锌污染土壤大于污染水稻土壤 ,且超积累生
态型地上部和根系 含量均显著大于非超积累生
态型 表 。
根际和非根际土坡中水溶态 、交换态 含
对于两种土壤 ,超积累生态型东南景天根际土
壤的水溶态 、交换态 含量均显著低于非根际土
壤 ,但非超积累生态型的根际与非根际土壤中的水
溶态 、交换态 含量差异不显著 。对于模拟锌污
染土壤 ,超积累生态型的根际土壤的水溶态 、交
换态 含量均小于非超积累生态型 对于污染水
稻土壤 ,超积累生态型东南景天的根际土壤中的水
溶态 含量大于非超积累生态型 ,但是其交换态
含量却低于非超积累生态型 表 。
3 期 龙新宪等 两种生态型东南景天根际与非根际土壤微生物特征的差异性
衰 两种生态型东南 夭地上部与根系的干物质质 , 和 含
干物质质 盆 一 含 一
土坡 超积录 非超积爪 超积解 非超积尽
地上部
土
士
根系 地上部
土
士
根系 地上部
士
根系 根系
模拟污
染土城
污染水
稻土坡
士 土
以】
土 土
土 士 士 士
地上部
士
土 土
注 同一列数据具有相同字母表示无显著差异
裹 两种生态型东南 天的根际和非根际土坟中水溶态和交换态锌含 , 一
超积爪生态型 非超积泉生态型
模拟锌污染土坡 污染水稻土坡 模拟锌污染土坡 污染水稻土城
根际 非根际 根际 非根际 根际 非根际 根际 非根际
水溶态锌 士 土 土 士 土 士 土 土
交换态锌 士 士 土 士 土 土 土 士
注 不同字母表示种植在同一土城上同一种生态型的根际和非根际土坡的水溶态或交换态锌含 之间有显著差异
根际和非根际土坡徽生物区系 的根际土壤中的耐锌细菌和产酸细菌的数量均显
两种生态型东南景天的根际土壤中可培养细 著大于其对应的非根际土壤 ,但耐锌细
菌 、放线菌的数量均显著大于其非根际土壤 。当生 菌和产酸细菌的占总细菌数量的百分比在根际和
长在同一种土壤条件下 ,超积累生态型东南景天的 非根际土壤中的差异并不显著 。当生长
根际土壤中的可培养细菌 、放线菌和真菌的数量显 在模拟锌污染土壤时 ,超积累生态型东南景天的根
著大于非超积累生态型 模拟锌污染土壤的真菌数 际土壤中的耐锌细菌和产酸细菌的数量及其 占细
量除外 ,但两种生态型东南景天的非根际土壤中 菌数量的比例均大于非超积累生态型 。
这三种类型微生物的数量均无显著差异 表 。 但当生长在污染水稻土壤时 ,则以非超积累生态型
对于两种生态型东南景天 ,模拟锌污染土壤 大于超积累生态型 。然而 ,非根际土壤中的耐锌细
包括根际土与非根际土 中的耐锌细菌数量大约 菌和产酸细菌的数量 、及其占总细菌数量的百分比
是污染水稻土壤的 倍 。虽然两种生态型东南景天 在两种生态型东南景天之间没有显著差异 表 。
裹 两种生态型东南 夭的根际土坟和非根际土坟中的可培养徽生物数
细菌
一干 土
放线菌
,
一干土
真菌
一干土
耐锌细菌
,
一干土
产酸细菌
一 一干土
耐锌细菌占
总细菌的比
例
产酸细菌占
总细菌的比
例
超积泉生态型
模拟污染土集 根际
非根际
根际
非根际
士
土
士
土
士 ,
士
士
士
士
士
士
土
士
士
污染水稻土集 土
士
士
士
土
土
土
士
士
土
土
士
士
士
非超积系生态型
模拟污染土坡 根际
非根际
根际
非根际
士
污染水稻土墩
士
土
土
士
上
土
士
士
土
士
士
土
士
土
土
士
士
土
土
士
土
土
士
土
, 士
土
全
注 不同字母表示对生长在同一土城上的同一种生态型东南景天的根际和非根际土坡之间有有显着差异
5 5 0 壤 学 卷
根际和非根际土坟徽生物生态特征
无论是生长在模拟锌污染土壤还是污染水稻
土壤上 ,两种生态型东南景天的根际土壤中的微生
物生物量碳 。 。` 、微生物生物量氮 。 和土壤
微生物商均显著高于非根际土壤 。当生
长在模拟污染土壤上 ,无论是根际还是非根际土
壤 ,土壤中的 。、 。和土壤微生物商均以超积
累生态型东南景天的显著大于非超积累生态型
但当生长在污染水稻土壤时 ,两种生态型
之间的差异没有达到显著水平 。相反 ,两种生态型
东南景天的根际土壤的代谢商均小于非根际土坡 ,
其中对于非超积累生态型东南景天 ,根际与非根际
土壤之间的差异达到显著水平 。除了生
长在模拟锌污染土壤上 ,两种生态型东南景天的非
根际土壤的代谢商之间差异显著外 ,代谢商在两种
生态型东南景天的根际土壤之间 、非根际土坡之间
的差异不显著 图 。
八曰,︸咔月、,一山
﹃︵罗三
洲浑撰璐叫碱尔州喇
︵一场“日︶
娜州棍璐洲叫喇
模拟锌污染土城 锌污染水稻土城 模拟锌污染土族 锌污染水相土城
一 一
︸日
︵甲。一︶、娜洲据姐刊
︵一声匕健趁荤工乙
模拟锌污染上坡 锌污染水稻土坡 摸拟锌污染土坡 锌污染水稻土搜
气一`︸
一超积双生态型东南景天 , 一非超积累生态型东南景天 一很际土城 , 一非根际土坡 。采用 多重
比较法对同一种土坡的徽生物生态特征指标进行多重比较 ,具有相同字母的数据间无显著差异 、
图 两种生态型东南景天根际和非根际土壤微生物特征的差异
根际和非根际土坟中阵活性
图 可知 ,对于两种土壤 ,脉酶的活性在两种生
态型之间 、同种生态型的根际与非根际土壤间均未
发现显著差异 超积累生态型东南景天根际土壤的
脱氢酶的活性均显著高于非根际土壤 ,但非超积累
生态型根际和非根际土壤之间的差异不显著 两种
生态型东南景天的根际土壤中的酸性磷酸酶的活
性均显著大于非根际土壤 。同时 ,当种植在同一种
土壤条件下 ,超积累生态型东南景天的根际土壤脱
氢酶和酸性磷酸酶活性均显著高于非超积 累生
态型 。
根际和非根际土坡徽生物群落代谢剖面
由图 所示 ,植物根系活动和土壤有效锌水平
对土壤微生物的代谢剖面具有显著影响 。两种生
态型东南景天根际土壤的 值的变化速度 斜
率 和最终能达到的 甲 值 曲线的最大值 均显
著高于其非根际土壤 同时污染水稻土壤的 平
值的变化速度和最终能达到的 甲 值普遍比模
拟锌污染土壤高 ,尤其是最终能达到的 平 值
当生长在同一种土壤时 ,超积累生态型东南景天的
根际土壤的 值的变化速度和最终能达到的
值也显著高于非超积累生态型 。
3 期 龙新宪等 两种生态型东南景天根际与非根际土壤微生物特征的差异性
︸,妇︵工多
一,`
召之二的三味︶娜划华滋幽月
模拟锌污染土坡 锌污染水稻土壤
︵工﹄名知的￡`斑块︶徽塑翻班滋
模拟锌污染土城 锌污染水稻土壤 模拟锌污染土壤 污染水稻土城
八曰︸、﹃曰︸一,` ︼气
︸︵子召山任的︶
翻翅塑谧雌
超积爪生态型东南景天 一非超积录生态型东南景天 一根际土壤 一非根际土城 。采用 多重比较法对种植在两种土坡
上的两种生态型东南景天的根际 、非根际土城的脉酶 、脱氢酶与酸性磷酸酶活性进行比较 ,具有相同字母的数据间无显著差异
图 两种生态型东南景天的根际土壤和非根际土坡的脉酶 、脱氢酶与酸性磷酸酶活性
时间伍
·一 模拟锌污染土坡一超积累生态型一根际土坡 , 一 模
拟污染土坡一超积爪生态型一非根际土坡 , 一一 模拟锌污染土
坡一非超积爪生态型一根际土坡 , 一一 模拟污染土坡一非超积录
生态型 。非根际土族 , 一一 污染水稻土一超积累生态型一根际土
坡 , 一一 污染水稻土一超积尽生态型一非根际土坡 , 一一 污
染水稻土一非超积拼生态型一根际土坡 , 一一 污染水稻土一非超
积筑生态型一非根际土坡
图 两种生态型东南景天的根际和非根际土壤的
值随时间的变化
讨 论
本研究结果显示 ,两种生态型东南景天的根际
土壤中可培养微生物的数量 、 、刀爪 、微生物商 、
酶活性活性 、 值均显著大于非根际土壤 表
,图 ,图 ,图 ,这说明两种生态型东南景天均
能促进微生物的生长和代谢活性 。然而 ,超积累生
态型东南景天根际土壤的 。和 刃爪 、土壤微生
物商 、酶活性 、微生物对碳源的利用速率和强度等
均显著高于非超积累生态型东南景天 ,尤其当生长
在模拟污染土壤时 有效锌含量高 ,两者之间的差
异更为显著 图 ,图 ,图 。我们分析其原因 ,可
能有以下几个方面 第一 ,超积累生态型东南景天
具有很强地吸收和向地上部转运锌的能力 ,导致其
根际土壤中 有效性降低 ,从而缓减锌对微生物
的毒害作用 。研究确实发现 表 ,超积累生态型
东南景天的根际土壤的水溶态 、交换态 含量均
显著低于非根际土壤 ,而非超积累生态型的根际土
壤中的水溶态 、交换态 含量稍大于非根际土壤
同时 ,当生长在模拟锌污染土壤上 ,超积累生态型
东南景天的根际土壤的水溶态 、交换态 含量均
显著低于非超积累生态型 。第二 ,当土壤中有效
含量较高时 ,超积累生态型东南景天旺盛的生长
尤其是根系 更能有效地缓减 对土壤微生物的
毒害作用 。虽然两种供试土壤的 总量接近 ,但
模拟污染土壤中的水溶态 、交换态 含量均显著
5 5 2 46 卷
大于污染水稻土壤 。由于超积累生态型东南景天
对锌的需求和忍耐能力较大 ,适当高浓度锌对其生
长具有促进作用 而非超积累生态型对土坡锌比较
敏感 ,土坡中高含 锌会抑制其生长 ” ,因此 ,当生
长在模拟锌污染土坡时 ,超积累生态型东南景天生
长旺盛 ,而非超积累生态型的生长受到抑制 表 ,
两种生态型东南景天生长的差异 尤其是根系 进一
步影响了根际微生物的生长和代谢活动 。第三 ,两种
生态型东南景天的根系分泌物的组成成分不同 。王
艳红通过水培试验表明川 ,两种生态型东南景天的根
系分泌物 可溶性糖 、有机酸和氨基酸 的组成和含
差异显著 。施积炎等的研究表明 ` 〕,铜富集植物
海州香蒲和鸭拓草的根分泌物的组成成分有不同之
处 ,不同的分泌物被土坡微生物利用的程度和速率不
同 ,这将会直接导致土壤微生物特征的差异 。
许多研究者发现 【”一”】,在重金属污染的条件
下 ,土壤中耐金属细菌的数量随着土壤中重金属含
的增加而增加 ,且耐金属细菌的驯化形成既受重
金属总 的影响 ,又与可溶性金属含量密切有关 。
我们发现 ,无论是根际土壤还是非根际土坡 ,模拟
锌污染土壤中的耐锌细菌的总数和其 占总细菌数
最的比例均显著大于污染水稻土壤 表 。虽然两
种土壤的理化性质的差异可能对土壤微生物有影
响 ,但可培养的细菌数量在两种供试土壤之间的差
异并不显著 ,因此 ,我们认为模拟锌污染土壤中的
较高的有效 含量促进了耐锌细菌的驯化和生
长 。研究还发现 ,超积累生态型东南景天的根际土
城中的耐锌细菌和产酸细菌的数量均显著大于其
对应的非根际土壤 ,且当生长在模拟锌污染上时 ,
超积累生态型东南景天根际土壤中耐锌细菌的数
大于非超积累生态型 表 。这与其他研究相一
致 。例如 , 超积累植物 哪 、 。 根际土
壤中的耐锌细菌的数量大于非根际土壤 ,且大于非
超积累植物 外如 “二 的根际土壤川 超
积累植物 的根际土壤中耐 细菌的
比例比非根际土壤显著增加 。这些耐金属细菌
可能参与了超积累植物吸收和积累重金属的过程 ,
但其机理还有待于进一步研究 。
参 考 文 献
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【 杨肖峨 , 龙新宪 , 倪吾钟 , 等 不同生态型的东南 天植物
对锌的耐性和积泉特性的差异研究 植物生态学报 , ,
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【 施积炎 , 陈英旭 , 林琦 , 等 根分泌物与徽生物对污染土城 ,
金属活性的形响 中国环境科学 , 以” , 一
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王艳红 东南景天根系分泌特征与其超积爪锌的关系 华南农业大学硕士学位论文 , 仪陌