4种景观林对空气微生物的抑制作用

周单红，马世锋，王少登，姜丽丽，张汝民，侯 平

（浙江林学院 林业与生物技术学院，浙江 临安 311300）

植物挥发性有机物（VOCs，volatile organic compounds）是通过植物体内的次生代谢途径合成的低沸点、易挥发的小分子化合物大约有3万种［1］，主要有萜烯类、苯基/苯丙烷类和脂肪酸衍生物［2－3］。在生态系统中，植物VOCs是重要的化学信息传递物质，在调节植物的生长、发育和繁衍，抵御环境胁迫以及预防动物和昆虫的危害等方面具有重要作用［4］，同时具有抑制空气微生物，改变环境的氧化还原状态，改变空气对流层化学成分和全球碳循环的作用［5－6］。在城市绿化中，人们从以往单纯追求园林艺术效果，逐渐过渡到艺术与生态并重，越来越重视植物VOCs在 “植物—环境—人”关系中的作用。近年来，已有不少研究表明园林植物通过释放VOCs能够抵抗病原微生物的入侵、生长和繁衍，减少或杀死空气中的微生物［7－9］，且不同园林植物除菌效果差异较大［10－11］。笔者选取园林绿化中使用频率较高的桂花Osmanthus fragrans，樟树Cinnamomum camphora，杨梅Myrica rubra和黄皮刚竹Phyllostachys sulphurea等4种园林景观林开展研究，探索它们对空气中微生物群体结构影响的动态，为揭示不同景观林在清洁空气方面的作用提供科学素材，为园林绿化设计者提供景观设计依据。

1 研究地概况

浙江林学院东湖校区位于浙江省临安市属于亚热带季风气候，温暖湿润，四季分明。校园总面积157.3万m2，其中绿地占校园总面积的53.4%。东湖校区是一所校园与植物园两园合一的大学校园，植物园内建有木兰园、桂花园、蔷薇园、石竹园等22个园区，规划设计各类植物2 188种。

本研究在校园内选取了5个样地，各样地面积为400～500 m2：桂花Osmanthus fragrans林，树高为2.5～3.5 m，枝下高0.5～0.8 m，郁闭度85%，混有少数鸡爪槭Acer palmatum，林下杂草较多，缓坡；杨梅Myrica rubra林，树高为2.0～3.5 m，枝下高0.5～1.0 m，郁闭度75%，纯林，林下杂草较少，缓坡；黄皮刚竹Phyllostachys sulphurea林，株高为4.0～6.5 m，枝下高0.9～1.5 m，纯林，郁闭度90%，纯林，林下杂草较少，平地；樟树Cinnamomum camphora林，树高为7.0～9.0 m，枝下高1.5～2.5 m，郁闭度 70%，混有少量含笑 Magnolia figo，木莲 Manglietia fordiana，杉木 Cunninghamia lanceolata等，林下杂草多，平地；以无植物生长的空旷地（五舟广场）为对照样地。

2 材料与方法

2.1 培养基的配制

采集空气细菌采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基，采集空气真菌采用马丁氏培养基，采集空气放线菌采用高氏 1号琼脂培养基［12］。

2.2 采样方法与时间

采用自然沉降法，于2008年3月中旬的晴朗天气对所选样地进行采样，各个样地均设4个样点，由林外向林内依次设置，采样时间为9∶00－11∶00，并于3月下旬对部分样地做日变化规律研究，从7∶00－19∶00每3 h采样1次，重复3次·样点－1。暴露时间10 min，采样高度1.2 m，使空气中微生物粒子自然降落在平皿培养基表面，然后包好带回实验室，在30℃下恒温培养，细菌48 h，真菌72 h，放线菌96 h后检查其菌落数。

2.3 数据处理

采用奥梅斯基公式［13］计算空气微生物的浓度：E为空气中微生物的浓度（个·m－3）；N为培养皿中菌落平均数（个）；A为培养皿的面积（cm2）；t为采样时间（min）。抑菌率的计算公式为：Y为植物抑菌率（%）；Ej为对照地空气微生物浓度（个·m－3）；Ei为林地空气微生物浓度（个·m－3）。采用SPSS 16.0软件进行数据处理和方差分析。

2.4 评价

按中国科学院生态中心推荐使用的空气微生物评价标准评价空气微生物状况［14］。

3 结果与分析

3.1 4种景观林对空气微生物结构特征的影响

采用自然沉降法对不同样地中空气微生物总浓度进行了调查（表1）。分析可知，杨梅林、桂花林和竹林对空气微生物具有明显的抑制作用，与对照相比，分别降低了31.8%，45.8%和67.3%（P＜0.01），竹林抑菌效果最好，而樟树林空气微生物浓度略高于对照，与对照无显著差异。方差分析表明，4种林分之间空气微生物浓度差异呈极显著水平（P＜0.01），竹林、樟树林与其他林分之间都具有显著差异（P＜0.05），杨梅林和桂花林之间差异不显著。

表1 不同林分空气微生物浓度Table 1 Airborne microbes concentration in different stand types

分别对樟树林、杨梅林、桂花林和竹林中空气细菌、真菌和放线菌的抑菌率进行比较（图1）：4种景观林对空气细菌均具有明显的抑制作用，与对照相比空气细菌浓度分别降低了38.9%，70.0%，62.2%和 91.1%（P＜0.01）；桂花和竹林对真菌和放线菌具有抑制作用，与对照相比，真菌浓度分别降低了 43.3%（P＜0.01）和 26.7%（P＜0.05），放线菌浓度分别降低了12.5%（P＜0.05）和 31.3%（P＜0.01）；而杨梅林和樟树林对空气真菌和放线菌反而具有促进作用，与对照相比真菌浓度分别增加了6.7%和10.0%，放线菌浓度分别增加了75.0%和62.5%（P＜0.01）。

图1 4种林分对空气微生物的影响Figure 1 Effects on arborne microbes from 4 stand types

方差分析表明：4种林分之间对空气细菌的抑制作用的差异为极显著（P＜0.01），除杨梅林与桂花林之间差异不显著，其他林分之间也都具有显著或极显著差异；林分之间对空气真菌和放线菌抑菌率的差异也呈显著水平（P＜0.05），樟树林和杨梅林，桂花林和竹林彼此之间不显著，其他林分之间差异为显著或极显著。

3.2 4种景观林抑菌作用的日变化特征

不同林分对空气细菌、真菌和放线菌抑制作用的日变化特征（图2）显示：杨梅林、樟树林、桂花林对空气细菌的抑菌率的日变化基本一致（图2a），从7∶00－13∶00抑菌作用逐渐增强，13∶00后呈下降趋势，桂花和樟树在16∶00后又略有增加。中午13∶00抑菌作用均最强，与对照相比细菌浓度分别减少了85.4%，29.2%，70.9%（P＜0.01），与7∶00和16∶00相比，杨梅分别降低了35.4% 和30.0%（P＜0.01），樟树分别降低了 20.7% 和 17.7%（P＜0.05），桂花分别都降低了 54.3%（P＜0.01）。可见在一天中，不同林分对空气细菌都具有显著的抑制作用，抑菌作用的日动态特征也基本一致，并且在各个观测时段林分之间的抑菌率都存在显著差异（P＜0.05）。

林分对空气放线菌和真菌抑菌作用日变化规律与细菌不同：早、晚相对较高，在10∶00－13∶00抑菌作用最弱（图2b和图2c）。对空气放线菌抑菌作用的日变化（图2b）为：樟树林在10∶00抑制作用最弱，与对照相比增加了 36.7%（P＜0.05），最高抑菌率在 16∶00比对照降低了 79.4%（P＜0.01）；竹林和桂花林在13∶00抑制作用最弱，与对照相比分别增加了29.2%和51.7%（P＜0.01），最高抑菌率均在7∶00，分别比对照减少了87.5%和85%（P＜0.01）。空气真菌抑菌作用的日变化（图2c)早晨7∶00，桂花林、樟树林和竹林与对照相比具有抑菌作用，分别降低了7.7%，50.0%和55.4%（P＜0.01），然后抑菌作用逐渐减弱，到10∶00林地空气真菌浓度反而高于对照，分别增加了67.6%，35.9%和25.0%（P＜0.05），10∶00－13∶00抑菌作用又逐渐增强，13∶00以后各林分抑菌率变化规律不是很一致。一天不同时刻，林分对空气真菌和放线菌的作用效果不同，早晚具有明显的抑制作用，而大多在中午时刻却起到了显著的促进作用，且不同林分之间的变化特征存在差异。

4 结论与讨论

图2 空气微生物抑菌率日变化曲线Figure 2 Diurnal variations of airborne microbes inhibitory rates

竹林、桂花林、杨梅林和樟树林对空气细菌都具有极显著的抑制作用，不同植物之间差异显著，抑菌作用强弱依次为竹林、杨梅林、桂花林和樟树林（图1），且4种景观林对空气细菌抑制作用的日变化均是中午抑菌效果最好，早、晚较差，不同林分的抑菌效果在全天各个观测时段一直存在显著差异（图2a）。林分对空气细菌抑菌作用及其日变化规律，符合植物杀菌素形成与植物生长发育规律相关的假说：植物VOCs主要是由于植物与自然的协同进化而产生的，一方面，植物VOCs产生受昆虫、微生物、人类和环境等因素干扰的影响；另一方面植物VOCs能对昆虫、微生物起到抑制作用，减少自身受伤害［15－16］。植物分泌具有杀菌作用的物质，就是为了保护植物本身不受外界微生物的危害，尤其是对植物有致病力的微生物的危害。植物杀菌素在植物生长旺盛时杀菌作用最强，随着植物生长代谢减弱或个体死亡，则分泌杀菌素的过程也即中止。多数植物VOCs的释放遵循昼夜节律变化，即白天VOCs的释放量增加，而夜间释放量减小［15－16］，所以早、晚植物抑菌杀菌作用较弱。

对于空气真菌和放线菌的现在研究较少［17－18］。本研究表明，4种景观林对空气真菌和放线菌有起到抑制作用的，也有起到促进作用的（图1），可以推测，不同林分对空气真菌和放线菌的作用特点存在差异，还需更多的研究。虽然林分可能对真菌和放线菌具有促进作用，但也并不说明这种作用对环境一定是不利于人们的健康。因为真菌在自然界中有10万多种，其中能引起人或动物感染的仅占约300种，而大多数放线菌对人、畜和植物的病害具有重要保护价值。所以，在今后的研究中有必要进一步了解不同林地中真菌和放线菌的组成结构，进而判断其影响利弊。

空气真菌和放线菌抑菌率日变化规律与细菌不同，是早、晚相对较高，在10∶00－13∶00间抑菌作用最弱（图2b和图2c）。其原因是空气中真菌、放线菌的主要来源大都是土壤、污水和腐化物等，10∶00以后经太阳辐射林地内温度逐渐升高，同时林内地面水分蒸发，使得林内湿度较高，林内空气对流较强，这种情况比较易于真菌、放线菌从土壤进入空气当中，所以与对照相比其浓度明显升高；同时依据植物杀菌素形成假说，也是空气中真菌和放线菌对植物的干扰没有空气细菌所产生的影响大，所以植物没有产生大量相应防御性的VOCs对真菌和放线菌起到抑制作用，这一观点需进一步验证。

空气微生物浓度已成为评价空气清洁程度的重要指标之一［19］，园林植物可以降低空气微生物浓度。根据调查数据（表1），4种园林景观林的空气微生物浓度都小于3 000个·m－3属于清洁范围，但樟树林非常接近3 000个·m－3，竹林却远远低于标准浓度。竹林和桂花林不仅有较强的抑菌能力，并且对空气中3类微生物都具有很好的抑制作用，所以，在今后的园林建设中除考虑竹子的色彩、姿态和桂花的香气外，还可以更多地考虑它们改善空气质量的生态价值，进行合理配置。杨梅林和樟树林虽然对真菌和放线菌具有促进作用，但还需要进一步研究来判别它们对环境影响的利弊。另外，本研究只对春季林分的抑菌率日动态规律进行调查，今后将进一步开展这些林分在其他季节的抑菌效果研究，为园林建设中合理选择和配置树种提供更有效的依据，发挥植物净化空气功能，改善生活环境。

［1］THEIS N，LERDAU M.The evolution of function in plant secondary metabolites［J］.Int J Plant Sci，2003，164（3）：93 －102.

［2］DUDAREVA N，NEGRE F.Practical applications of research into the regulation of plant volatile emission［J］.Curr Opin Plant Biol，2005，8：113－118.

［3］邓晓军，陈晓亚，杜家纬.植物挥发性物质及其代谢工程［J］.植物生理与分子生物学学报，2004，30（1）：11－18.DENG Xiaojun，CHEN Xiaoya，DU Jiawei.Plant volatiles and their metabolic engineering［J］.J Plant Physiol Mol Biol，2004，30（1）：11－18.

［4］杨伟伟，李振基，安钰，等.植物挥发性气体（VOCs）研究进展［J］.生态学杂志，2008，27（8）：1386－1392.YANG Weiwei，LI Zhenji，AN Yu，et al.Plant volatile organic compounds（VOCs）：a review［J］.Chin J Ecol，2008，27（8）：1386－1392.

［5］ATKINSON R.Atmospheric chemistry of VOCs and Nox［J］.Atmos Environ，2000，34：2061－2101

［6］GUENTHER A.The contribution of reactive carbon emission from vegetation to the carbon balance of terrestrial ecosystem［J］.Chemosphere，2002，49：837－844

［7］KALEMBA D，KUNICKA A.Antibacterial and antifungal properties of essential oils［J］.Curr Med Chem，2003，10（10）：813－829.

［8］李晓储，蒋继宏，陈凤美，等.扬州古运河沿岸生态林主要绿化树种抑菌功能的初步研究［J］.林业科学，2006，42（6）：129－133.LI Xiaochu，JIANG Jihong，CHEN Fengmei，et al.The primary study of the antimicrobial function of main tree species in the woodland along the grand canal in Yangzhou［J］.Sci Silv Sin，2006，42（6）：129－133.

［9］戚继忠，由士江，王洪俊，等.园林植物清除细菌能力的研究［J］.城市环境与城市生态，2000，13（4）：36－38.QI Jizhong，YOU Shijiang，WANG Hongjun，et al.A preliminary approach to gardening plants to clean the atmosphere from bacteria［J］.Urban Environ & Urban Ecol，2000，13（4）：36－38.

［10］高岩，金幼菊，李海东，等.5种针叶植物的挥发物的成分及其抑菌作用［J］.植物学报，2005，47（4）：499－507.GAO Yan，JIN Youju，LI Haidong，et al.Volatile organic compounds and their roles in bacteriostasis in five conifer species［J］.J Integrat Plant Biol，2005，47（4）：499－507.

［11］谢慧玲，李树人，袁秀云，等.植物挥发性分泌物对空气微生物杀灭作用的研究［J］.河南农业大学学报，1999，33（2）：127－133.XIE Huilin，LI Shuren，YUAN Xiuyun，et al.Study on the disinfection of plant volatile secretion to the microorganism content in the air［J］.Acta Agric Univ Henan，1999，33（2）：127－133.

［12］李顺鹏.微生物学试验指导［M］.北京：中国农业出版社，2003：24－25.

［13］任启文，王成，杨颖，等.城市绿地空气微生物浓度研究——以北京元大都公园为例［J］.干旱区资源与环境，2007，21（4）：81－83.REN Qiwen，WANG Cheng，YANG Ying，et al.Study on airborne microbes concentration of urban—greenbelts in Beijing Yuan Dynasty capital city wall relics par［J］.J Arid Land Resour Environ，2007，21（4）：81－83.

［14］陈华春，倪兆斌，潘建听，等.嘉兴市不同区域空气微生物污染状况调查［J］.嘉兴学院学报，2006，18（6）：78－80.CHEN Huachun，NI Zhaobin，PAN Jianting，et al.An investigation of air pollution by microorganisms in different districts of Jiaxing City［J］.J Jiaxing Univ，2006，18（6）：78－80.

［15］胡永建，任琴，金幼菊，等.马尾松、湿地松挥发性化学物质的昼夜节律释放［J］.生态学报，2007，27（2）：565－570.HU Yongjian，REN Qin，JIN Youju，et al.Diurnal cycle of emission of volatile compounds from Pinus massoniana and Pinus elliottii［J］.Acta Ecol Sin，2007，27（2）：565－570.

［16］郄光发，王成，彭镇华.森林生物挥发性有机物释放速率研究进展［J］.应用生态学报，2005，16（6）：1151－1155.QIE Guangfa，WANG Cheng，PENG Zhenhua.Research advances on BVOCs emission from forest［J］.Chin J Appl Ecol，2005，16（6）：1151－1155.

［17］黄健屏，吴楚才.与城区比较的森林区微生物类群在空气中的分布状况［J］.林业科学，2002，38（2）：173－176.HUANG Jianping，WU Chucai.Distribtuion of the microorganism groups in the air of forest area［J］.Sci Silv Sin，2002，38（2）：173－176.

［18］方治国，欧阳志云，胡利锋，等.北京市夏季空气微生物种群结构和生态分布［J］.生态学报，2005，25（1）：83－88.FANG Zhiguo，OUYANG Zhiyun，HU Lifeng，et al.Community structure and ecological distribution of airborne microbes in summer in Beijing［J］.Acta Ecol Sin，2005，25（1）：83－88.

［19］WRIGHT J，GREENE V，PAULUS H.Viable microorganisms in an urban mosphere［J］.J Air Poll Control Assoc，1969，19：337－339.