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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 33 卷 第 5 期摇 摇 2013 年 3 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
氮沉降对森林土壤有机质和凋落物分解的影响及其微生物学机制 王晶苑,张心昱,温学发,等 (1337)………
工业大麻对重金属污染土壤的治理研究进展 梁淑敏,许艳萍,陈摇 裕,等 (1347)………………………………
最佳管理措施评估方法研究进展 孟凡德,耿润哲,欧摇 洋,等 (1357)……………………………………………
灌木年轮学研究进展 芦晓明,梁尔源 (1367)………………………………………………………………………
个体与基础生态
华北落叶松夜间树干液流特征及生长季补水格局 王艳兵,德永军,熊摇 伟,等 (1375)…………………………
土壤干旱胁迫对沙棘叶片光合作用和抗氧化酶活性的影响 裴摇 斌,张光灿,张淑勇,等 (1386)………………
湖北石首麋鹿昼间活动时间分配 杨道德,李竹云,李鹏飞,等 (1397)……………………………………………
三种杀虫剂亚致死浓度对川硬皮肿腿蜂繁殖和搜寻行为的影响 杨摇 桦,杨摇 伟,杨春平,等 (1405)…………
种群、群落和生态系统
三沙湾浮游动物生态类群演替特征 徐佳奕,徐兆礼 (1413)………………………………………………………
滇西北高原纳帕海湿地湖滨带优势植物生物量及其凋落物分解 郭绪虎,肖德荣,田摇 昆,等 (1425)…………
安徽新安江干流滩涂湿地草本植物区系及物种多样性 杨文斌,刘摇 坤,周守标 (1433)………………………
湿地芦苇根结合好气细菌群落时空分布及其与水质因子的关系 熊摇 薇,郭逍宇,赵摇 霏 (1443)……………
三种温带树种叶片呼吸的时间动态及其影响因子 王兆国,王传宽 (1456)………………………………………
不同土壤水分条件下杨树人工林水分利用效率对环境因子的响应 周摇 洁,张志强,孙摇 阁,等 (1465)………
不同生态区域沙地建群种油蒿的钙组分特征 薛苹苹,高玉葆,何兴东 (1475)…………………………………
藏北高寒草甸植物群落对土壤线虫群落功能结构的影响 薛会英,胡摇 锋,罗大庆 (1482)……………………
铜尾矿废弃地土壤动物多样性特征 朱永恒,沈摇 非,余摇 健,等 (1495)…………………………………………
环丙沙星对土壤微生物量碳和土壤微生物群落碳代谢多样性的影响 马摇 驿 ,彭金菊,王摇 芸,等 (1506)…
基于生态水位约束的下辽河平原地下水生态需水量估算 孙才志,高摇 颖,朱正如 (1513)……………………
景观、区域和全球生态
佛山市高明区生态安全格局和建设用地扩展预案 苏泳娴,张虹鸥,陈修治,等 (1524)…………………………
不同护坡草本植物的根系特征及对土壤渗透性的影响 李建兴,何丙辉,谌摇 芸 (1535)………………………
京沪穗三地近十年夜间热力景观格局演变对比研究 孟摇 丹,王明玉,李小娟,等 (1545)………………………
窟野河流域河川基流量变化趋势及其驱动因素 雷泳南,张晓萍,张建军,等 (1559)……………………………
模拟氮沉降条件下木荷幼苗光合特性、生物量与 C、N、P 分配格局 李明月,王摇 健,王振兴,等 (1569)………
铁炉渣施加对稻田甲烷产生、氧化与排放的影响 王维奇,李鹏飞,曾从盛,等 (1578)…………………………
资源与产业生态
食用黑粉菌侵染对茭白植株抗氧化系统和叶绿素荧光的影响 闫摇 宁,王晓清,王志丹,等 (1584)……………
佛手低温胁迫相关基因的差异表达 陈文荣,叶杰君,李永强,等 (1594)…………………………………………
美洲棘蓟马对不同蔬菜寄主的偏好性 朱摇 亮,石宝才,宫亚军,等 (1607)………………………………………
茉莉酸对棉花单宁含量和抗虫相关酶活性的诱导效应 杨世勇,王蒙蒙,谢建春 (1615)………………………
造纸废水灌溉对毛白杨苗木生长及养分状况的影响 王摇 烨,席本野,崔向东,等 (1626)………………………
基于数据包络分析的江苏省水资源利用效率 赵摇 晨,王摇 远,谷学明,等 (1636)………………………………
研究简报
太岳山不同郁闭度油松人工林降水分配特征 周摇 彬,韩海荣,康峰峰,等 (1645)………………………………
基于 TM卫星影像数据的北京市植被变化及其原因分析 贾宝全 (1654)………………………………………
薇甘菊萎蔫病毒感染对薇甘菊光合特性和 4 种酶活性的影响 王瑞龙,潘婉文,杨娇瑜,等 (1667)……………
第七届现代生态学讲座、第四届国际青年生态学者论坛通知 (玉)………………………………………………
中、美生态学会联合招聘国际期刊主编 (印)………………………………………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*338*zh*P* ￥ 90郾 00*1510*34*
室室室室室室室室室室室室室室
2013鄄03
封面图说:美丽的油松松枝———油松又称红皮松、短叶松。 树高可达 30m,胸径达 1m。 其树皮下部灰褐色,裂成不规则鳞块;针
叶 2 针一束,暗绿色,较粗硬;球果卵形或卵圆形,长 4—7cm,有短柄,与枝几乎成直角。 油松适应性强,根系发达,树
姿雄伟,枝叶繁茂,有良好的保持水土和美化环境的功能,是中国北方广大地区最主要的造林树种之一,在华北地区
无论是山区或平原到处可见,人工林很多,一般情况下在山区生长最好。 在山区生长的油松,多在阴坡、半阴坡,土
壤湿润和较肥沃的地方。
彩图及图说提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 33 卷第 5 期
2013 年 3 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 33,No. 5
Mar. ,2013
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金项目(31172368);广东省自然科学基金项目(S2012010010628);广东省教育厅广东高校优秀青年创新人才培育项
目(LYM09087)
收稿日期:2012鄄08鄄07; 摇 摇 修订日期:2012鄄12鄄24
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: sunyx@ scau. edu. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201208071113
马驿,彭金菊,王芸,陈法霖,陈进军,孙永学. 环丙沙星对土壤微生物量碳和土壤微生物群落碳代谢多样性的影响. 生态学报,2013,33(5):
1506鄄1512.
Ma Y, Peng J J, Wang Y, Chen F L, Chen J J, Sun Y X. Effects of ciprofloxacin on microbial biomass carbon and carbon metabolism diversity of soil
microbial communities. Acta Ecologica Sinica,2013,33(5):1506鄄1512.
环丙沙星对土壤微生物量碳和土壤微生物
群落碳代谢多样性的影响
马摇 驿 1,彭金菊1,王摇 芸2,陈法霖2,陈进军1,孙永学3, *
(1. 广东海洋大学农学院动物医学系,湛江摇 524088;2. 中国科学院生态环境研究中心 城市与区域生态国家重点实验室,北京摇 100085;
3. 华南农业大学 广东省兽药研制与安全评价重点实验室,广州摇 510642)
摘要:采用氯仿熏蒸浸提法和 Biolog法,分析环丙沙星作用下的土壤微生物量碳和微生物群落碳代谢多样性,以揭示环丙沙星
在环境中残留对土壤微生物学性状的影响。 结果表明,环丙沙星(wCIP逸0. 1 滋g / g)对土壤微生物量碳含量影响显著(P<0. 05),
土壤中环丙沙星浓度愈高,微生物量碳含量愈低,100 滋g / g的环丙沙星处理使土壤微生物量碳含量下降 58. 69% 。 环丙沙星对
土壤微生物群落碳代谢功能影响显著,环丙沙星降低了土壤微生物对碳水化合物、羧酸、氨基酸、聚合物、酚类和胺类的碳源利
用率;环丙沙星(wCIP逸0. 1 滋g / g)显著影响了土壤微生物群落碳源代谢强度和代谢多样性,但不同浓度的环丙沙星对土壤微生
物群落碳代谢功能的影响不同,0. 1、1、10 滋g / g的环丙沙星处理对土壤微生物群落碳代谢功能的影响主要表现在处理前期(用
药第 7 天、21 天),这种影响在处理后期(用药第 35 天)表现不明显,100 滋g / g的环丙沙星在用药的前期和后期均显著影响土壤
微生物群落碳代谢功能,土壤中环丙沙星积累到该浓度可能对土壤微生物群落碳代谢功能产生难以逆转的长期影响。
关键词:环丙沙星;土壤微生物群落;微生物量碳;微生物碳源利用率
Effects of ciprofloxacin on microbial biomass carbon and carbon metabolism
diversity of soil microbial communities
MA Yi1, PENG Jinju1, WANG Yun2, CHEN Falin2, CHEN Jinjun1, SUN Yongxue3, *
1 Department of Veterinary Medicine of Agricultural College, Guangdong Ocean University, Zhanjiang 524088, China
2 State Key Laboratory of Urban and Regional Ecology, Research Center for Eco鄄Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing
100085, China
3 Guangdong Key Laboratory for Veterinary Pharmaceutics Development and Safety Evaluation, South China Agricultural University, Guangzhou
510642, China
Abstract: To evaluate the effects of ciprofloxacin ( CIP ) residues on the microbiological characteristics of soil, the
microbial biomass carbon (MBC) and carbon鄄source metabolic functions of the soil microbial communities exposed to CIP
were studied by the method of chloroform fumigation extraction and Biolog technology. The results showed that the content of
MBC of groups treated with CIP ( wCIP 逸0. 1滋g / g) were significantly distinguished from that of CK, and they were
decreased with the increasing concentration of CIP in soil, the content of MBC in soil exposed to 100滋g / g CIP decreased
58. 69% . Moreover, the carbon鄄source metabolic functions of the soil microbial communities exposed to CIP significantly
decreased, too. Under the application of CIP, the microbial utilization rate of carbon sources, including carbohydrates,
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carboxylic acids,amino acids,polymers,phenols,and amines decreased. However, the carbon鄄source metabolic capacity and
diversity of the soil microbial communities exposed to 0. 1滋g / g, 1滋g / g, 10滋g / g and 100滋g / g CIP were significantly
influenced, in different patterns. I. e. , the carbon鄄source metabolic functions of the soil microbial communities exposed to
0. 1滋g / g, 1滋g / g and 10滋g / g CIP for 7 and 21鄄day were significantly lowered but no significant difference found after 35鄄
day exposure to 0. 1滋g / g, 1滋g / g and 10滋g / g CIP, while that exposed to 100滋g / g CIP for 7, 21, and 35鄄day were all
significantly lowered. It was concluded that a certain accumulation of CIP in soil, for instance, 100滋g / g CIP performed
irreversible and long鄄term effects on the metabolic functions of the soil microbial communities.
Key Words: Ciprofloxacin; soil microbial community; soil microbial biomass carbon; microbial utilization rate of
carbon source
近 30 年来,氟喹诺酮类(fluoroquinolones, FQs)的研究进展十分迅速,临床常用的有诺氟沙星、恩诺沙星、
环丙沙星(Ciprofloxacin)等 10 多种药物。 FQs 为广谱杀菌药(对细菌、支原体、衣原体等均有作用),抗菌力
强,被广泛应用于人类及动物感染性疾病的治疗。 因 FQs体内原型排泄率大,经人畜使用者排泄物进入环境
中的范围广、量大。 对北京污水及地表水测定结果显示,污水中含有 12 种氟喹诺酮类抗生素,浓度 12—1208
ng / L,地表水含 7 种 FQs,浓度 1. 3—535 ng / L[1]。 FQs 化学性质较稳定,导致其环境残留的抗菌生物活性时
间相对较长,FQs在环境中持续地迁移扩散,对人类健康形成了不可预测的潜在风险[2],Schwarzenbach 等[3]
称 FQs等新型污染物引起的微污染已成为“人类面临的重大环境问题之一冶。 环丙沙星对植物的影响已有
报道[4]。
土壤微生物量碳作为土壤有机质中最活跃和最易变化的组分,能在很大程度上反映土壤质量和土壤微生
物数量,因而是评价土壤微生物量和活性的重要指标[5]。 土壤微生物碳源利用率和碳代谢多样性,能反映生
态系统受干扰后的细微变化,是土壤生物肥力的重要指标,对土壤管理有重要的指示作用[6]。 目前,重视分
子生物学方法分析微生物群落功能多样性,但分子生物学方法要求的劳动强度大、时间长、技术含量较高,难
以在较短的时间内分析较多的样品,以 Biolog微孔板碳源利用为基础的定量分析为描述微生物群落功能多样
性提供了一种更为简单、更为快速的方法[6鄄7]。 土壤微生物对 Biolog 微平板中各类碳源的利用情况的差异反
应了土壤中微生物群落代谢功能的不同,平均每孔颜色变化率(AWCD)是土壤微生物群落利用单一碳源能力
的一个重要指标,反映了土壤微生物活性、微生物群落的反应速度和反应程度,已广泛应用于评价土壤微生物
群落的功能多样性[8鄄10]。 本试验通过在土壤中添加不同浓度环丙沙星,借助氯仿熏蒸浸提法和 Biolog 法,分
析土壤微生物量碳和微生物群落碳代谢多样性,明确土壤微生物群落碳代谢的变化方向和程度,了解环丙沙
星对土壤微生物群落的影响强度,以揭示环丙沙星在环境中残留对土壤微生物学性状的影响。
1摇 材料与方法
1. 1摇 土壤
培养土壤采自广东海洋大学花园苗圃 10—20 cm土层的土壤,为砖红壤,土有机质 28. 5 g / kg,全氮 1. 82
g / kg,全磷 1. 31 g / kg,全钾 23. 6 g / kg,速效磷 14. 5 mg / kg,速效钾 145 mg / kg,pH值 6. 75。
采集的新鲜土样过 4 mm筛,用湿纱布盖于土表于室温下放置 3d,待微生物活化后,按每 5 kg 鲜土加入
50 mL不同浓度的环丙沙星溶液(环丙沙星活性成分含量逸98. 5% ,浙江国邦兽药有限公司),使土壤中环丙
沙星活性成分含量分别为:玉组(对照组)0 滋g / g、域组 0. 01 滋g / g、芋组 0. 1 滋g / g、郁组 1 滋g / g、吁组 10 滋g / g、
遇组 100 滋g / g,用去离子水调土壤湿度至 40%的饱和持水量,混合均匀后倒入 10 L的塑料桶中,并用湿纱布
盖于土表,置于室温(20—25 益)下培养 35d,用称重法每隔 3d调节 1 次土壤湿度,以保持土壤湿度稳定,每个
处理设 3 次重复。
1. 2摇 分析项目及方法
1. 2. 1摇 土壤微生物量碳
摇 摇 于处理后 21d采取相当于 20 g烘干质量的培养土壤,用氯仿熏蒸浸提法测定土壤微生物量碳[11]。
7051摇 5 期 摇 摇 摇 马驿摇 等:环丙沙星对土壤微生物量碳和土壤微生物群落碳代谢多样性的影响 摇
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1. 2. 2摇 BIOLOG分析
分别于用药后 7d、21d、35d采集新鲜土壤 10 g,加 90 mL灭菌生理盐水(0. 85% ),充分振荡 30 min后,稀
释至 10-3 倍,再吸取 150 滋L接种到 Biolog EcoPlate微平板的微池内,置于 25 益下培养,每 12 h在 590 nm下
BIOLOG读数器上读数。
平均每孔颜色变化率(AWCD)计算[12鄄13]:
AWCD =移 C -( )R
n
式中,C为每个有培养基微池的光密度值,R 为对照孔的光密度值,n 为培养基数据,EcoPlate 板中有 31 种不
同碳源,n值为 31。
采用曲线整合方法[14]估计碳源代谢强度:
梯形面积 S =移 vi + vi -( )1 / 2 伊 ti + ti -( )[ ]1
式中,vi 为 i时刻的 AWCD值。
丰富度指数为被利用的碳源的总数目,即 31 个微池中 C-R 值大于 0. 25 的微池数[15]。 多样性指数用
Shannon鄄Wiener指数(H忆)表示:
H忆 = - 移P i lnP i
式中,P i 为有培养基的微池与对照微池的光密度值差与整板总差的比值。
即 P i =
C -( )R
移 C -( )R
本试验采用 Biolog微平板培养 72h的数据,来比较土壤微生物群落的碳源利用及代谢功能多样性,采用
SPSS11. 5 软件进行统计分析和主成分分析。
2摇 结果与分析
2. 1摇 土壤微生物量碳
用环丙沙星处理后 21d土壤中微生物量碳含量如图 1 所示,环丙沙星(0. 1—100 滋g / g)对土壤微生物量
碳含量影响显著(与对照组比较,P<0. 5),药物处理组土壤微生物量碳含量均低于对照组,土壤中环丙沙星浓
度愈高,土壤微生物量碳含量愈低。 100 滋g / g的环丙沙星处理使土壤微生物量碳下降 58. 69% 。
2. 2摇 土壤微生物群落碳代谢多样性
AWCD是反映土壤微生物活性,即利用碳源的整体能力的一个重要指标[16]。 由图 2 可知,微生物活性随
培养时间的延长而提高,不同组别土壤微生物利用单一碳源能力的大小顺序为:玉组>域组>芋组>郁组>吁组
>遇组。 处理后 7、21、35d,各处理组土壤微生物的 AWCD基本都低于对照组,尤其是遇组(100 滋g / g 组)降低
了 56. 56%—78. 94% 。
培养基丰富度指数反映的是微生物利用碳源的数量,培养基 Shannon鄄Wiener多样性指数表明的是土壤微
生物群落利用碳源类型的多与少,即功能多样性。 土壤微生物群落代谢功能丰富度指数和多样性指数与药物
浓度的变化情况(表 1)为:
第 7 天,对照组的丰富度指数与 0. 1、1、10、100 滋g / g组差异显著;第 21 天、35 天,100 滋g / g组的丰富度指
数与对照组差异显著。
第 7 天、21 天,对照组的多样性指数与 10、100 滋g / g组差异显著;第 35 天,对照组的多样性指数与其他各
组之间差异不显著。
2. 3摇 土壤微生物对碳源的利用强度
AWCD曲线的积分面积反映了土壤微生物群落在 Biolog微平板整个培养期内利用碳源能力的差异,本研
究采用 AWCD曲线整合方法估计土壤微生物群落的代谢强度。 环丙沙星含量不同,土壤微生物对碳源的利
8051 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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用强度不同(图 3),第 7 天,对照组土壤微生物对碳源的利用强度最大,与用药各组均差异显著;第 21 天、35
天,10、100 滋g / g组土壤微生物对碳源的利用强度与对照组差异显著。
图 1摇 处理后 21d土壤微生物量碳含量
Fig. 1摇 Contents of soil microbial biomass carbon (MBC) for each
treatment after 21 days
不同处理间无相同字母者表示差异显著(P<0. 05)
图 2摇 处理后 7d土壤平均颜色变化率
Fig. 2 摇 Average well colour development in soil from different
treatments after 7 days
表 1摇 土壤微生物利用 Biolog微平板碳源的丰富度指数和多样性指数
Table 1摇 Richness indexes and diversity indexes of utilized substrates for each treatment
药物含量
Concen鄄tration of CIP
(滋g / g)
7d
丰富度指数
Richness
index
多样性指数
Shannon
index
21d
丰富度指数
Richness
index
多样性指数
Shannon
index
35d
丰富度指数
Richness
index
多样性指数
Shannon
index
0 24. 33依1. 53a 3. 16依0. 04a 21. 33依1. 53a 3. 02依0. 07a 16. 67依3. 06a 2. 82依0. 14a
0. 01 22. 67依1. 15ab 3. 07依0. 03ab 22. 00依2. 00a 3. 03依0. 07a 16. 33依1. 15a 2. 80依0. 07a
0. 1 22. 00依1. 00b 3. 03依0. 03ab 20. 33依1. 15a 2. 95依0. 01ab 16. 67依1. 15a 2. 83依0. 01a
1 21. 33依0. 58b 3. 05依0. 05ab 19. 00依2. 65a 2. 94依0. 05ab 16. 00依1. 00a 2. 79依0. 01a
10 18. 33依0. 58c 2. 92依0. 02b 18. 00依3. 46a 2. 89依0. 14b 15. 33依1. 53ab 2. 75依0. 07a
100 7. 67依1. 15d 2. 51依0. 20c 7. 67依2. 08b 2. 75依0. 05c 12. 67依1. 53b 2. 81依0. 03a
摇 摇 同列数据无相同字母者,表示差异显著(P<0. 05)
2. 4摇 土壤微生物群落代谢功能主成分分析
31 种碳源的测定结果形成了描述微生物群落代谢特征的多元向量,不易直观比较,对 31 种碳源进行主
成分分析结果表明:土壤微生物群落的代谢多样性类型分异明显。 第 7 天(图 4),第一主成分和第二主成分
得分系数的差异均达显著水平(P<0. 05),土壤中环丙沙星 wCIP逸0. 01滋g / g与对照组差异显著;第 21 天,第一
主成分和第二主成分得分系数的差异均达显著水平(P<0. 05),土壤中环丙沙星 wCIP逸1 滋g / g 与对照组差异
显著;第 35 天,第一主成分得分系数的差异达显著水平(P<0. 001),土壤中环丙沙星 wCIP = 100 滋g / g 与对照
组在主成分 1 上差异显著。
2. 5摇 不同处理土壤微生物对 6 类碳源的利用率
试验用 31 种碳源可分为 6 类,对 6 类碳源分别计算,其平均吸光值可直接反映土壤微生物对不同碳源的
利用率。 第 21 天,各组的土壤微生物对 6 类碳源的利用情况存在差异(表 2)。 药物处理组碳水化合物、羧
酸、氨基酸、聚合物、酚类和胺类的平均吸光值均低于对照组,100 滋g / g 组土壤微生物对 6 类碳源的平均吸光
值均与对照组差异显著。
9051摇 5 期 摇 摇 摇 马驿摇 等:环丙沙星对土壤微生物量碳和土壤微生物群落碳代谢多样性的影响 摇
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图 3摇 不同浓度环丙沙星处理下土壤微生物群落利用碳源的强度
Fig. 3摇 Carbon metabolic intensity of soil microbial communities for
each treatment
图 4摇 处理后 7d土壤微生物群落主成分分析
Fig. 4摇 Principal components analysis on soil microbial communities
from different treatments after 7 days
表 2摇 处理后 21d土壤微生物对 6 类碳源的平均吸光值
Table 2摇 Average well color development of soil microbes from six carbon sources after 21 days
药物含量
Concen鄄tration of CIP
/ (滋g / g)
碳水化合物
Carbohydrate
羧酸
Carboxylic acid
氨基酸
Amino acid
聚合物
Polymer
酚类
Phenol
胺类
Amine
0 0. 91依0. 25ab 0. 82依0. 09a 1. 07依0. 17a 0. 79依0. 21ab 0. 58依0. 04c 0. 66依0. 09b
0. 01 0. 88依0. 21ab 0. 66依0. 07a 1. 02依0. 14ab 1. 00依0. 06a 0. 82依0. 11a 1. 07依0. 48a
0. 1 0. 99依0. 11a 0. 72依0. 05a 1. 00依0. 10ab 0. 71依0. 30b 0. 83依0. 08a 0. 57依0. 06b
1 0. 58依0. 27b 0. 72依0. 04a 0. 83依0. 12b 0. 56依0. 09b 0. 62依0. 11bc 0. 59依0. 10b
10 0. 72依0. 18ab 0. 71依0. 26a 0. 99依0. 08ab 0. 52依0. 06b 0. 74依0. 09ab 0. 49依0. 13b
100 0. 20依0. 05c 0. 20依0. 06b 0. 15依0. 06c 0. 19依0. 09c 0. 02依0. 02d 0. 29依0. 15b
摇 摇 同列数据无相同字母者,表示差异显著(P<0. 05)
3摇 讨论
土壤微生物是土壤养分循环的推动力,土壤中的一系列过程以碳、氮循环为中心,土壤微生物量碳是评价
微生物量和活性参数的重要指标,也是评价土壤碳库平衡和土壤化学、生物化学肥力保持的重要指标。 试验
结果表明,环丙沙星(wCIP逸0. 1 滋g / g)使土壤微生物量碳含量显著降低,环丙沙星是通过干扰菌体 DNA 的复
制而发挥特异性抗菌作用,对静止期和生长期的细菌均有效,对支原体、大肠杆菌、巴氏杆菌、丹毒丝菌、沙门
氏菌、葡萄球菌、链球菌、绿脓杆菌、克雷伯氏菌、弯曲杆菌、气单胞菌属、嗜血杆属、弧菌属、变形杆菌、布氏杆
菌等均有良好的抗菌作用,对部分真菌和放线菌也有抑制作用。 环丙沙星使土壤微生物的数量和活性大大降
低,所以土壤微生物量碳也减少。
试验结果表明,土壤中环丙沙星浓度愈大土壤微生物利用碳源的能力愈低,微生物群落碳代谢功能多样
性也愈低。 0. 1、1、10 滋g / g的环丙沙星处理对土壤微生物群落代谢功能的影响主要体现在用药第 7 天、21
天,100 滋g / g的环丙沙星处理在用药 7、21、35d均显著影响土壤微生物群落。 实验结果与恩诺沙星对土壤微
生物的碳源利用及代谢功能多样性影响的结果一致[17],用药 3、14d,恩诺沙星含量 0. 1—100 滋g / g 使土壤微
生物群落代谢功能多样性显著降低(P<0. 05);第 35 天,恩诺沙星含量 10—100 滋g / g 使土壤微生物群落代谢
功能多样性显著降低。 原因是多方面的,首先,土壤是一个复杂的生态体系,任何一个生态系统的发展变化都
是多因素综合作用的结果,各种理化因子如土壤含水量、温度、pH 值、有机质、无机质等均能对环丙沙星的稀
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释、水解、氧化等降解作用有一定影响;其次,各种矿物质尤其是 Mg2+、Ca2+等金属离子可与环丙沙星发生鳌
合,加上土壤对药物的吸附作用不利于药物的解离,致使土壤中实际药物浓度降低[18];另外,土壤中微生物、
原虫等土壤生物种类繁多,有些微生物对环丙沙星不敏感,所以微生物也能降解土壤中的环丙沙星,从而逐渐
恢复土壤微生物生态平衡。 因此,低浓度药物组的土壤微生物群落碳代谢功能多样性与对照组之间的差异变
得不显著。 但环丙沙星化学性质稳定,在环境中降解缓慢[19],污水处理厂污泥中环丙沙星的含量达 1. 96 mg /
kg,将这种污泥施入土壤 8 个月后,环丙沙星含量为 0. 32 mg / kg,21 个月后含量为 0. 3 mg / kg[20],如果药物在
土壤中长期残留,其对生态环境的影响不容忽视。
金彩霞[3]等研究了环丙沙星对作物发芽的生态毒性效应,环丙沙星抑制小麦、白菜、番茄的种子发芽率、
根伸长和芽伸长,本研究表明环丙沙星影响土壤微生物量碳和微生物群落碳代谢多样性。 兽药进入生态环境
后,不仅对陆生植物、土壤微生物造成影响,还影响土壤动物、原生生物,以及水生生物中的浮游类生物、微生
物、鱼虾及水体甲壳动物等[21鄄23]。 为了确保生态环境安全,应加强兽药安全使用,结合兽药暴露与效应两方
面进行环境风险评估尤其重要[24]。
4摇 结论
环丙沙星对土壤微生物量碳和微生物群落碳代谢多样性有明显的抑制作用,且随药物浓度的增高而影响
加大。 本研究结果表明,环丙沙星(wCIP逸0. 1 滋g / g)显著降低土壤微生物量碳含量、土壤微生物对各类碳源
的利用率、土壤微生物碳代谢强度和代谢多样性,其中 100 滋g / g 的环丙沙星处理影响最大,使土壤微生物量
碳下降 58. 69% ,土壤微生物利用单一碳源能力降低 56. 56%—78. 94% 。 同时,环丙沙星对土壤微生物群落
碳代谢多样性的抑制作用还表现出时间差异,0. 1、1、10 滋g / g 的环丙沙星处理对土壤微生物群落碳代谢功能
的影响主要表现在处理前期(用药第 7 天、21 天),这种影响在处理后期(用药第 35 天)表现不明显,100 滋g / g
的环丙沙星在用药的前期和后期均显著影响土壤微生物群落碳代谢功能。
致谢:本研究在中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室完成,谨致谢忱。
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ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 33,No. 5 March,2013(Semimonthly)
CONTENTS
Frontiers and Comprehensive Review
The effect of nitrogen deposition on forest soil organic matter and litter decompostion and the microbial mechanism
WANG Jingyuan, ZHANG Xinyu, WEN Xuefa, et al (1337)
…………………
………………………………………………………………………
Advances and the effects of industrial hemp for the cleanup of heavy metal pollution
LIANG Shumin, XU Yanping, CHEN Yu,et al (1347)
…………………………………………………
……………………………………………………………………………
A review for evaluating the effectiveness of BMPs to mitigate non鄄point source pollution from agriculture
MENG Fande, GENG Runzhe, OU Yang, et al (1357)
……………………………
……………………………………………………………………………
Progresses in dendrochronology of shrubs LU Xiaoming, LIANG Eryuan (1367)………………………………………………………
Autecology & Fundamentals
The characteristics of nocturnal sap flow and stem water recharge pattern in growing season for a Larix principis鄄rupprechtii plan鄄
tation WANG Yanbing, DE Yongjun, XIONG Wei, et al (1375)…………………………………………………………………
Effects of soil drought stress on photosynthetic characteristics and antioxidant enzyme activities in Hippophae rhamnoides Linn.
seedings PEI Bin, ZHANG Guangcan, ZHANG Shuyong, et al (1386)…………………………………………………………
Diurnal activity time budget of P侉re David忆s deer in Hubei Shishou Milu National Nature Reserve, China
YANG Daode,LI Zhuyun, LI Pengfei,et al (1397)
……………………………
…………………………………………………………………………………
Sublethal effects of three insecticides on the reproduction and host searching behaviors of Sclerodermus sichuanensis Xiao
(Hymenoptera: Bethytidae) YANG Hua, YANG Wei, YANG Chunping, et al (1405)…………………………………………
Population, Community and Ecosystem
Seasonal succession of zooplankton in Sansha Bay, Fujian XU Jiayi, XU Zhaoli (1413)………………………………………………
Biomass production and litter decomposition of lakeshore plants in Napahai wetland, Northwestern Yunnan Plateau, China
GUO Xuhu, XIAO Derong, TIAN Kun,et al (1425)
…………
………………………………………………………………………………
The flora and species diversity of herbaceous seed plants in wetlands along the Xin忆anjiang River from Anhui
YANG Wenbin, LIU Kun, ZHOU Shoubiao (1433)
………………………
…………………………………………………………………………………
Spatial鄄temporal variation of root鄄associated aerobic bacterial communities of phragmites australis and the linkage of water quality
factors in constructed
wetland XIONG Wei, GUO Xiaoyu, ZHAO Fei (1443)…………………………………………………………………………………
Temporal dynamics and influencing factors of leaf respiration for three temperate tree species
WANG Zhaoguo, WANG Chuankuan (1456)
…………………………………………
………………………………………………………………………………………
Environmental controls on water use efficiency of a poplar plantation under different soil water conditions
ZHOU Jie, ZHANG Zhiqiang, SUN Ge, et al (1465)
……………………………
………………………………………………………………………………
An analysis of calcium components of Artemisia ordosica plant on sandy lands in different ecological regions
XUE Pingping,GAO Yubao, HE Xingdong (1475)
…………………………
…………………………………………………………………………………
Effects of alpine meadow plant communities on soil nematode functional structure in Northern Tibet, China
XUE Huiying, HU Feng, LUO Daqing (1482)
…………………………
………………………………………………………………………………………
Soil fauna diversity of abandoned land in a copper mine tailing area ZHU Yongheng, SHEN Fei, YU Jian, et al (1495)……………
Effects of ciprofloxacin on microbial biomass carbon and carbon metabolism diversity of soil microbial communities
MA Yi, PENG Jinju, WANG Yun, et al (1506)
…………………
……………………………………………………………………………………
Estimation of ecological water demands based on ecological water table limitations in the lower reaches of the Liaohe River Plain,
China SUN Caizhi, GAO Ying, ZHU Zhengru (1513)……………………………………………………………………………
Landscape, Regional and Global Ecology
The ecological security patterns and construction land expansion simulation in Gaoming
SU Yongxian, ZHANG Hong忆ou, CHEN Xiuzhi, et al (1524)
………………………………………………
……………………………………………………………………
Root features of typical herb plants for hillslope protection and their effects on soil infiltration
LI Jianxing,HE Binghui,CHEN Yun (1535)
…………………………………………
………………………………………………………………………………………
The dynamic change of the thermal environment landscape patterns in Beijing,Shanghai and Guangzhou in the recent past decade
MENG Dan, WANG Mingyu, LI Xiaojuan, et al (1545)
…
……………………………………………………………………………
Change trends and driving factors of base flow in Kuye River Catchment
LEI Yongnan, ZHANG Xiaoping, ZHANG Jianjun, et al (1559)
………………………………………………………………
…………………………………………………………………
Photosynthetic characteristics, biomass allocation, C,N and P distribution of Schima superba seedlings in response to simulated
nitrogen deposition LI Mingyue, WANG Jian, WANG Zhenxing, et al (1569)……………………………………………………
Effect of iron slag adding on methane production, oxidation and emission in paddy fields
WANG Weiqi, LI Pengfei, ZENG Congsheng, et al (1578)
……………………………………………
………………………………………………………………………
Resource and Industrial Ecology
Antioxidative system and chlorophyll fluorescence of Zizania latifolia Turcz. plants are affected by Ustilago esculenta infection
YAN Ning, WANG Xiaoqing, WANG Zhidan, et al (1584)
………
………………………………………………………………………
Analysis of cold鄄regulated gene expression of the Fingered Citron(Citrus medica L. var. sarcodactylis Swingle)
CHEN Wenrong, YE Jiejun, LI Yongqiang, et al (1594)
………………………
…………………………………………………………………………
Hosts preference of Echinothrips americanus Morgan for different vegetables ZHU Liang, SHI Baocai, GONG Yajun, et al (1607)…
Induction effects of jasmonic acid on tannin content and defense鄄related enzyme activities in conventional cotton plants
YANG Shiyong, WANG Mengmeng, XIE Jianchun (1615)
………………
…………………………………………………………………………
Effects of irrigation with paper mill effluent on growth and nutrient status of Populus tomentosa seedlings
WANG Ye, XI Benye, CUI Xiangdong, et al (1626)
……………………………
………………………………………………………………………………
Water use efficiency of Jiangsu Province based on the data envelopment analysis approach
ZHAO Chen,WANG Yuan,GU Xueming, et al (1636)
……………………………………………
……………………………………………………………………………
Research Notes
Characteristics of precipitation distribution in Pinus tabulaeformis plantations under different canopy coverage in Taiyue Mountain
ZHOU Bin, HAN Hairong, KANG Fengfeng,et al (1645)
……
…………………………………………………………………………
Driving factor analysis on the vegetation changes derived from the Landsat TM images in Beijing JIA Baoqun (1654)………………
Effects of Mikania micrantha wilt virus infection on photosynthesis and the activities of four enzymes in Mikania micrantha H. B. K.
WANG Ruilong, PAN Wanwen, YANG Jiaoyu, et al (1667)………………………………………………………………………
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