沪宁高速公路两侧土壤微生物量空间分布特征分析

杨宝玲 郑阿宝 阮宏华

摘要[目的]研究沪宁高速公路两侧土壤微生物量的空间分布特征。[方法]以沪宁高速公路两侧土壤为研究对象，按不同的土地利用方式（有林带和无林带）采集土壤样品，研究了公路两侧土壤微生物量的分布特征及土壤重金属对微生物量的影响。[结果]沪宁高速公路两侧土壤微生物量则表现为表层0～10 cm高于下层10～25 cm；土壤微生物量随公路垂直距离的增加而增加，100 m处土壤微生物量已达较高水平；土壤重金属Cu含量与微生物量具有显著的负相关关系。[结论]该研究为控制污染和绿色通道建设提供理论依据和参考。

关键词高速公路；重金属污染；土壤微生物量；空间分布

中图分类号S188文献标识码A文章编号0517-6611（2015）05-192-02

土壤微生物量是陆地生态系统碳循环的重要组成部分，在森林生态系统物质循环和能量转化中占有特别重要的地位。土壤微生物量及其周转对植物有效养料起着储备库和源的作用，对土壤碳、氮、磷、硫的植物有效性及陆地生态系统的循环发生深刻影响[1-2]。微生物完成自身全部碳素的更新所需的时间称为微生物量碳的周转期，常作为土壤碳素循环的重要指标之一[3]。因此土壤微生物量指标被公认为土壤生态系统变化的预警及敏感指标[4]，对了解土壤养分转化、循环、土壤微生物多样性研究具有重要意义。公路建设对周围环境特别是周围的土壤生态环境有很大的影响，了解公路旁土壤微生物生物量特征、土壤重金属污染对微生物量的影响，建立重金属污染的微生物评价诊断指标，为控制污

染和绿色通道建设提供理论依据和参考。笔者在此以沪宁高速公路两侧土壤为研究对象，按不同的土地利用方式（有林带和无林带）采集土壤样品，研究了公路两侧土壤微生物量的分布特征及土壤重金属对微生物量的影响。

1材料与方法

1.1研究地概况

沪宁高速东起上海，西止于南京马群，为全封闭、全立交、高等级、多功能的现代化高速公路，全线采用交通部部颁标准建设，主线高速公路路基26 m，双向8车道，每车道宽3.75 m，中央设3 m宽分隔带，外侧设2.5 m宽的紧急停车带，通过能力每天达6万辆次。以沪宁高速公路汤山至常州段為研究样段，该路段周围开阔，无工业污染源。采样点用GPS精确定位，采样点具体概况如表1所示。

1.2样品采集

在公路沿线一侧选取3个绿色通道段（有林带）和3个对照段（无林带）（表1），分别距路基5、10、20、50、100 m处采集0～10和10～25 cm层次的土壤样品，在每个距离处并列等间距设置5个面积为1 m×1 m的小样方，

作者简介杨宝玲（1983-），女，山东潍坊人，讲师，博士，从事森林生态学研究。*通讯作者，教授，博士，博士生导师，从事土壤生态学、森林生态学研究。

收稿日期2014-12-26

每个小样方内按照梅花形布点重复取样，然后将5个小样方采集的样品充分混合，按“四分法”舍弃多余样品，保留约 1 kg 土壤样品。土壤样品拣去根系、石块、垃圾等杂物分别装入自封袋中，同时记录采集时间（2006年9月）、地点，带回实验室处理。该研究共采集60个土壤样品。

1.3土壤重金属测定

土壤样品自然风干、磨碎后过0.16 mm筛，用体积比为5∶1的HNO3-HClO4消煮，最后用美国PE公司的电感耦合等离子仪（ICP）测定样品中Pb、Cu、Zn的含量。

1.4土壤微生物量测定

土壤样品采用Jenkinson和Powlson于1976年提出的熏蒸培养方法（The fumigation incubation method，FI）。其原理就是将待测土样经氯仿熏蒸后，其中被杀死的微生物被后加入的原土样中的微生物分解而释放出CO2，根据释放的CO2量和微生物矿化常数计算出该土样中的微生物量[5]。

2结果与分析

2.1土壤微生物量在不同土层中的分布

沪宁高速公路空白段，距公路垂直距离5、10、50、100 m表现为表层0～10 cm微生物量高于下层10～25 cm，20 m处下层略高于上层；沪宁高速公路绿色通道段，除距公路垂直距离100 m处表层低于下层外，5、10、20、50 m均表现为表层0～10 cm高于下层10～25 cm（图1）。

由此可见，沪宁高速公路土壤微生物量随土壤层次的变化表现为表层0～10 cm高于下层10～25 cm，但有个别地方表现为下层略高于上层，主要原因是公路空白段均为农田，绿色通道段除林带外，林带周围或林带中间也均被开垦为农田，农业耕作的深度远远不止于试验所设定的25 cm，加之农田施肥、浇水、松土等一系列因素均对微生物量的大小有影响。

2.2土壤微生物生物量随公路垂直距离的变化

沪宁高速公路无论空白段还是绿色通道段均表现为随距公路距离的增加，土壤微生物生物量有明显增加的趋势，且绿色通道段微生物量的增加趋势明显高于空白段（图1）。原因可能是高速公路两侧，尤其是空白段，由于没有绿色通道的防护作用，受汽车尾气、粉尘、重金属等一系列污染较重，微生物活动受到抑制，酶活性降低，从而使微生物量降低；且沪宁高速公路路侧土壤较贫瘠，修路痕迹明显，石子、沙粒明显，故距路基20 m范围内土壤微生物量均较低；绿色通道段由于树木的遮挡防护作用，在50、100 m时土壤微生物量明显高于空白段。

2.3土壤微生物生物量与重金属之间的相关性分析

土壤微生物生物量在土壤中所占比例很小，但却是土壤中有机质最为活跃的部分。它调解着土壤养分的释放和吸储，对提高土壤养分的生物有效性和利用率起着积极的作用，因此，土壤微生物生物量可以反映出土壤养分的有效状况及土壤生物活性，它是土壤质量的一个重要方面。了解土壤微生物量与土壤重金属之间的相关性，对研究重金属污染下的土壤微生物的生态效应，包括对土壤微生物及生物活性土壤中N、C、P和土壤肥力的影响，建立重金属污染的微生物评价诊断指标，为控制污染提供必要理论依据。

从表2可以看出，沪宁高速公路，重金属Cu的含量与微生物量具有显著的负相关关系。随重金属含量的增加，土壤微生物生物量碳逐渐减少。与一些研究一致[6-12]。而土壤重金屬Zn、Pb与土壤微生物生物量之间没有明显相关性。

综上所述，重金属污染对微生物量存在不同程度的影响，其影响程度与重金属种类、浓度、土壤理化性质、重金属单一或复合污染有关，现在还缺乏足够的知识建立一套重金属毒性影响微生物生物量的系统理论，还无法解释研究中存在的矛盾和分歧。

3结论

（1）沪宁高速土壤微生物生物量则表现为表层0～10 cm高于下层10～25 cm。

（2）沪宁高速公土壤微生物生物量随公路垂直距离的增加而增加，100 m处土壤微生物生物量已上升到较高水平。

（3）沪宁高速公路土壤重金属Cu含量与微生物量具有显著的负相关关系，而土壤重金属Zn、Pb与土壤微生物生物量之间没有明显相关性。

参考文献

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责任编辑宋平责任校对李岩