全 文 ：第 26卷第 3期
2006年 3月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vo1．26。No．3
Mar．，2006
种植盐地碱蓬改良滨海盐渍土对
土壤微生物区系的影响
林学政，陈靠山，何培青，沈继红，黄晓航
(国家海洋局第一海洋研究所，国家海洋局海洋生物活性物质重点实验室，山东 青岛 266061)
摘要：利用盐生植物盐地碱蓬对天津河口滨海盐碱地进行生物修复，研究了其对土壤微生物区系的影响。结果表明。种植区碱
蓬根系土壤的可溶性盐分与对照土壤相比下降了41％(重量法)和 37％(电导法)；根系土壤的微生物数量明显增加，其中细
菌、放线菌和真菌分别较对照增加了2．3倍、4．3倍和 7l倍。与对照相比均为显著性差异。根系微生物的耐盐性结果显示，随着
土壤盐分的降低，根系微生物生长的最适盐度也随之降低，耐盐性较低的微生物种群已逐渐成为优势种群。系统发育分析表
明，枯草杆菌属成为植物修复后土壤中的优势种群。
关键词：滨海盐渍土；盐地碱蓬；生物修复；微生物区系
文章编号：1000-0933(2006)03．0801．07 中圈分类号：Q938．1 文献标识码：A
Tle efects of Suaeda salsa L．planting on the soil microflora in coastal saline soil
LIN Xue—Zheng，CHEN Kao—Shan，HE Pei—Qing，SHEN Ji—Hong，HUANG Xiao—Hang (First lmtitue of Oceanography。SOA。
Key Lab ofMarine Bioactive substances，SOA，Qingdao 266061，China)．Acta Ecolo#ca$inica，2006，26(3)：801—8o7．
Abstract：Bioremediation，a rising environmental biotechnology，increasingly plays an important role in controling the pollution in
soil，surface water and ground water．It has many merits such as low cost，good cleanup efect and no secondary pollution
compared with the traditional physical and chemical remediation techniques．Cultivating with saline—enduring and saline—avoiding
plants can efectively improve saline soil．The improvement efects ought to be studied not only on the physical and chemical
properties but also on the biological characters．Bioremediation of coastal saline soil was carried out by planting halophyte Suaeda
salsa L in Tianjin estuarine area．The effects on the soil microflora were studied by comparing the content of soluble salt，the
microbial amount and the transition of dominant microflora in soil．The results showed that the content of soluble salt in S．salsa
planted soil decreased by 41％(method of weight)and 37％(method of electric conductivity)compared with that of control
respectively．It revealed that the halophyte S．salsa was salt-absorbing plant for saline soil．Th e results also showed that the
microbial amounts were increased with the decrease of the soluble salt in the soil around S．salsa L．root system．The bacteria，
actinomycete and fugi were increased 2．3 times．4．3 times and 7 1 times respectively．The salinity for optimal growth of bacteria
decreased synchronously with the decrease of salinity in the soil of root system．The bacteria with the lower ability of salt—tolerance
have been becoming the dominant flora．Th e phylogenetic analysis based on the 16S rDNA indicated that the planting of S．salsa
L also had efects on the sorts of bacteria in soil．Bacilus sp．became the dominant flora in saline soil after bioremediation by S．
salsa．All these results demonstrated the remarkable improvement efect of ecosystem after S．salsa planting on coastal saline
soil．
Key words：coastal saline soil；Suaeda salsa L；bioremediation；microflora
基金项目：国家高新技术研究发展计划资助项 目(2002AA648010)
收稿日期：2005．08．10；修订日期：2006．O1．25
作者简介：林学政(1971 )，男，山东栖霞人，副研究员，博士，主要从事极端环境微生物学研究 ．E-mail：llnxz@rio．or$．cn
Foundation item：The projoct was supported by the high technology research and development program of China(No．2002AA648010)
Received date：2005-O8-101Accepted da te：2OO6·01·2．5
Biography：LIN Xue-Zheng，Ph．D．，Associate professor，mainly engaged in extreme environmental microorganism．E。mall：linxz@ rio．org．eli
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1h以上或3次冻融循环(一10cC／60cC)。
(2)16S rDNA的PCR扩增 采用细菌 16S rDNA的通用引物27F(5 AGA [1TGATCcTGGcTcAG3 )和 1492R
(5 G∞ cc ITG I cGAc )进行，PCR反应条件为：95cC lmin，55cC 1min，72~C 1．5min，循环 30次，72~C延
伸 10rnin。
PCR产物经琼脂糖电泳回收纯化后克隆到 pMD 18T(Takara)质粒载体上，并转化大肠杆菌 JM109感受态
细胞，通过蓝白斑筛选初筛出阳性克隆子，并通过 PCR法(R引物 RV．M：5 GAG CGG ATA ACA A1Tr TCA CAG
G3 和 F引物 M13．47：5 CGC CAG GGT 1fIfI’CCC AGT CAC GAC3 )，进行插入片断大小的验证。克隆文库用 LB
培养基(含15％甘油和 100／~g／ml氨苄青霉素)于．80cC超低温冰箱中保存。
(3)16S rDNA序列测定与系统进化关系的分析 对经 PCR验证的阳性克隆子进行测序，由上海英骏生物
技术有限公司完成，测序结果用 DNAMAN软件拼接并去除两端的载体序列，得到约 1．5kb的16S rDNA序列。
将所测定的 8株细菌的 16S rDNA序列同 Gen．Bank数据库 (GenBank+EMBL+DDBJ+PDB)(htp：／
WW3V．ncbi．nlm．nih．gov／blast／blast．cgi)进行相似性比较分析，选取与实验菌株亲缘关系较近者用 BioEdit软件的
多序列比对排列(Clustalw multiple alignment)进行序列比对，系统发育分析采用 Mega3软件的邻接法(neighbor-
joining method)进行。
2 结果与分析
示范区表层土壤基本为重粘土或中粘土，从剖面层次上看，上层粘重，下层较轻，总体土壤质地粘重，有机
质含量较低。由于土壤透水性差，地下水位高，土壤下层呈青灰色，潜育层发育明显，呈现出较强的还原作用。
水溶盐和总碱度检测结果说明土壤盐渍化程度较高，是制约植物生长的主要因素。重金属含量基本达到植物
生长要求。
2．1 土壤含水量的测定
土壤含水量的测定结果如表 1所示。可以看出，种植碱蓬的根系土壤与对照相比，含水量增加 11％，经 t
检验，二者为显著性差异(P=0．024)。
2．2 土壤可溶性盐分的分析
种植碱蓬根系土壤和对照土壤的可溶盐分分析
结果如表2所示。结果表明，种植碱蓬后，其根系土
壤的可溶盐分有较大幅度降低。重量法和电导法两
种测定方法均表明，与对照土壤相比，碱蓬根系土壤
可溶盐分降低41％和 37％，经 t检验，重量法和电导
法的测定结果与对照相比均为显著性差异(P值分别
为 0．018和 0．016)。
2．3 土壤微生物数量的变化
种植碱蓬根系土壤与对照土壤微生物数量的变
化如表 3所示。可以看出，种植盐生植物碱蓬对增加
土壤微生物的数量，改善微生态环境起着明显的作
用。与对照土壤相比，细菌、放线菌和真菌的数量分
别增加了2．3倍、4．3倍和 71倍，三者相 比均为显著
性差异(P值分别为 0．002、9．85×10 和 0．02)。
2．4 土壤微生物盐适应性的变化
裹 1 土壤含水■的测定
TaMel Determination ofwater content of soil
裹 2 土壤可溶盐分台■的测定
Table 2 Determination of soluble salt of soil
将从碱蓬根系土壤和对照土壤分离到的细菌分别在盐度分别为 0、15％o、30‰和 45％oI~I 2216E好气异养
培养基中培养，比较两组细菌的最适生长盐度在不同盐度上的比例，结果如表 4所示。可以看出，随着根系土
壤可溶盐分的降低，与之相对应的是细菌群落对盐的适应性也随之发生了变化，如在对照土壤中，最适生长盐
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I
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度在 0和 30的细菌比例分别为25％和 34％，而在碱蓬根系土壤中，该比例分别为44％和 12％。生长最适盐
度为较高实验浓度(30、45)与生长盐度为较低盐度(0、15)的比例在对照土壤和根系的比例分别为 41：59和
16：84。由此可以看出，随着种植碱蓬，根系土壤可溶盐分的降低，其细菌群落的最适生长盐度也随之降低。
2．5 盐度对优势菌群生长的影响 裹3种植耐盐植物士壤与对照+Jil~生物数量的变化(个·g 干
从示范区土壤理化性质的分析看，影响生物生长 土J
的主要胁迫因子为盐度。当种植盐地碱蓬后，土壤中 Tabk 山吐on of mleroorRwnt,mn quantity In sol pbm~d 删咖
d+ 廿 ．I I uj ．， t h ，^ ‘L 1．1 —‘ H廿 亡 I n ，，r ‘ t￡．—^． ，I _ - ，h salsa and eontr~t(·g一 dry soil)
’可刀 疋 ’ 不 上 儇 H 耻 同明 业 。 ’ Ⅱ 。卫 ／、 土壤类型 细菌(x 10D 放线菌(x104) 真菌(×l )
势种群的耐盐性的变化的影响见表 5。可以看出，种 Sioltype Baetcda ／kctinomycetes Fungi
植耐盐植物后不仅土壤中微生物的数量有明显的增 对照 2,54 - 。·47 5．52 7．04~1．26 o 0．47~0．25
Control 1 48 7．73 0．51
加，而且优势种群的耐盐性也发生变化。由于耐盐植 2-l0 8瑚 0．15
物根 系土壤扑度的降低 ．其优势种群 的盐耐受性也 发 2．42 16．05 0．76
生了变化，一些菌群在高盐度(45)下几乎不能生长。 ·叫“ 2
．
． 4 ·钉i¨6．3 ·∞
该结果说明，种植耐盐植物后不仅土壤微生物的数量 soil 7．82 31．67 27．02
右7目H恿 憎 n 日婀慌 蜘 执铀群 牲 +h 6．78 47．64 23．67 {
有了明显的改变。 裹4根系土壤与对照土壤细菌最适盐度的比例比较 ．
2．6 土壤微生物群落的变化 Table 4 c哪 rI鲫n of ran。of。p“m矗l saIinny 0f Imet,rla in
将 8株优势种群细菌的 16S rDNA的阳性克隆子 system soft and control
进行测序，获得长度约为 1．5kb的 16S rDNA序列。将 土壤类型 盐度Salinity
这些序列与 GenBank数据库进行比较，与 8株实验菌 。 yPe 0 15 30 45
株同源性最高的 2株细菌如表 6所示。一般认为，
町 。 。
7
16S rDNA序 夕IJ同 辣 性 小 于 98％ ，HJ以认 为 属 于 小 同
的种，同源性小于93％～95％，可以认为属于不同属。 裹5盐度对优势菌群生长的影响
因此 ．通讨 16S rDNA序列 的 比较 分 析 ．对 照 十壤 细 菌 Table 5 Efect of Salinity on the dominant flora
的份 鹳|种 群 府 别 属 千 佣 闻 茧 晌 菌 属 r风 ， 菌株 盐度 Salinity
、 pJ 枯 苴 杆 莆 属 f开 ． 、． st i“ 0 15 30 45
‘ ‘ ‘ 对照 ． ． ． ． 而碱蓬根系土壤的细菌优势种群均为枯草杆菌属 Control
l
1
． 5
7
8
6
o
3
l
1
．4
6
5
1
6
2
1
1
．
3
39
9
3
8 0
1．3
96
15
0
(Bacilus sp．)。 1．253 1·410 1·371 1．155
、陪 砌“ejI 。 址 柚 ．韵 址 I 1 —n1 ^ l母 百『I七日 0．911 1．164 1．125 0．992
^ u 。，。、。，u刀 。，。、 uu LH ¨ ， w ^ 根系土 Ro0t町stem 8oil 1
． 447 I．236 1．084 O．255
GenBank数据库，获得的序列注册号分别为 DQ084462． 1．509 1．563 1．298 o．976
DQ08469。 。· 。· 。· 。·
1． 1． 1． 1．
- ~-I- — ， 、， — ⋯ r～ ⋯
174 285 227 192
软件进行序列比对，采用 Mega3软件的邻接法构建系 l
。。 of cu
表
ltur
中
e
数据 为培养液的光密度值 。a‘a’n‘“。 abk were。。
统发育树，如图 1所示。
由系统发育分析，对照土壤的细菌优势种群分别为细菌域(Bacteria)中的紫细菌(Proteobacteria)类群中的
7 亚群，假单胞菌目(Pseudomonadales)，假单胞菌科(Pseudomonadaceae)，假单胞菌属(Pseudomonas)；细菌域的厚
壁菌门(Firmicutes)，芽孢杆菌目(Bacilales)，动性球菌科(Planococcaceae)，Planomicrobium sp．；细菌域的厚壁菌
门(Firmlcutes)，芽孢杆菌目(Bacilales)，枯草杆菌科(Bacilaceae)，枯草杆菌属(Bacilus)。碱蓬根系土壤的优势
种群均为细菌域的厚壁菌门(Firmicutes)，芽孢杆菌 目(Bacilales)，枯草杆菌科 (Bacilaceae)，枯草杆菌属
(Bacilus)。由系统发育分析可见，该结果与 16S rDNA的序列同源性比较结果相一致。
3 讨论
杨水利等¨¨ 通过对天津经济技术开发区自然地貌的分析，根据荒漠化的新概念，判定该区为典型的滨海
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重盐渍荒漠化地区，是滨海新区的代表。作者依据生态重建的相关理论，确定了生态重建的技术体系，其中以
引种、筛选耐盐植物和培育转基因耐盐植物的生物技术为关键技术。依此在该区域建立了海挡护坡和高速公
路的耐盐植物生态景观模式。植被恢复的过程是：先是被称为先锋植物的种类侵入遭到破坏的地方并定居和
繁殖，先锋植物改善了被破坏地的环境，使得其他物种侵入并被部分或全部取代，进一步改善环境，更多物种
侵入的结果是生态系统逐渐恢复到它原来的外貌和物种。
植物对环境的修复可以包括以下几个方面，如改变土壤水分平衡，植物根系对土壤微环境的改变，根系分
布范围内污染物的分解 ，植物吸收，植物体内的代谢等。
种植碱蓬对土壤的含水量有着影响，这与已有的研究相似。如陈玉华等 的研究表明，在江苏滨海盐渍
土种草建立植被后田间空气湿度增加，气温和风速降低 ，土壤水分蒸发减少，并可抑制地表返盐。赵可夫等
的研究也表明，种植盐生植物可以将盐碱土地面覆盖起来，减少土壤水分的蒸发，将部分土壤水分蒸发由植物
蒸腾所取代，从而减少土壤返盐，进一步降低耕作层中的盐分。
种植碱蓬后土壤的可溶盐分明显下降，其原因可能是盐生植物能够吸收和积累一定数量的盐分，并利用
它们作为渗透调节物质以适应盐碱土的低水势，致使根际土壤含盐量下降。赵可夫等 将盐生植物盐爪爪
(Kalidiumloliatum(Pal1．)Moq．)、盐地碱蓬(Suaeda salsa L．Pal1)、中亚滨藜(At lex centralasiatiea Iljin)、西伯利
亚白刺(Nitraria sibirica Pal1)分别在禹城地区含盐量较高的试验田种植。结果发现，种植 1个季度后，上述 4
种盐生植物从土壤中吸收的 Na 含量为6 019．2—9 345．6kg／hm2不等，植物根部的干重和含盐量只相当于其
地上部分的 1／10左右 ，因此当植物地上部分收获以后，植物体内所含的盐即可大部分被移走，从而有效地降
低土壤的含盐量。张永宏 ¨在宁夏银北盐碱地上种植耐盐植物红豆草、苜蓿、聚合草、小冠花、苇状羊茅的结
果表明，种植耐盐植物具有明显的脱盐作用，可使盐碱地 0～20 cm、0—100 cm土层平均土壤脱盐率分别达
31．1％和 19．1％，可促进土壤团粒结构的形成，改善土壤理化性质，使土壤有机质、速效氮有所增加。
在植物根系分布范围内土壤微生物量最大，据 Paul等估计，根际土壤(离根系距离 <1mm)比非根系土壤
的微生物含量可多达 10倍以上，约 5％～10％的根系表面被土壤微生物所 占据。根系能分泌一些营养物质，
如糖类、磷酸、蛋白质等供微生物生存，又能分泌一些特殊的化学物质，如有机酸、酚类等参与污染物的降
解 。
在示范区盐渍土种植碱蓬后，其根系土壤的微生物如细菌、放线菌、真菌同对照土壤相比，含量可增加几
倍至几十倍。这主要是由于盐地碱蓬在盐渍土壤中生长时，其枯枝落叶、残留根系和根系分泌物等均有利于
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生 态 学 报 26卷
图1 8株优势细菌的系统发育分析
Fig．1 Phylogenetie tree of 8 strains of dominant flora
土壤有机物质增长。土壤有机质的增长必然会导致土壤微生物数量和土壤 N素的增加。土壤微生物增加以
后，土壤微生物的活动，植物根系呼吸作用放出的 CO 溶于水后形成的碳酸，以及盐生植物根系分泌的柠檬
酸和苹果酸等有机酸，对土壤难溶物质的溶解起到了促进作用，促进了 P、K、ca等盐类的溶解，从而全面改善
了土壤肥力并促进了植物的生长，形成整个微生态系统向良性循环的方向发展 。罗明等 ¨的研究也表明，
种植草木樨、碱茅、苜蓿等改良新疆苏打硫酸盐草甸盐土可以降低土壤含盐量，增加土壤养分，改善土壤生态
环境，促进土壤微生物的活动。种草后，土壤中微生物总菌量(细菌、放线菌、真菌)均有显著增加，尤其细菌数
量的增加最为明显，芽孢细菌数也有增长，固氮菌数量变化不大。
土壤微生物是土壤中物质循环的动力，与土壤肥力、植物生长、土壤改良状况密切相关。土壤微生物盐适
应性的变化说明，种植耐盐植物后根际微生物群落的耐盐性也有了明显的改变。究其原因，可能是作为生境
生物生长的主要限制因子盐度的降低使盐生碱蓬根际微生物群落组成发生了改变，即由原来耐盐性较低的微
生物取代耐盐性较高的微生物成为主要的微生物群落。这一结果也反映了种植盐生碱蓬后，土壤中盐度的降
低以及微生态环境的改善。
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