泰安市不同绿地土壤微生物群落结构分析

梁强++李传荣++张锋++张衍嵩+贾凯华++张彩虹

摘要：土壤微生物是土壤物质循环和养分转化的动力，是土壤速效养分、有效养分和有机质的储备库，可参与土壤生化过程，分解转化有机质固定养分。土壤微生物数量大小可直接反映一个地区土壤状况好坏。随着社会经济的不断发展，城市中的功能区越来越多，为了解城市内不同功能的绿化类型对于土壤环境状况的影响，选取泰安市两类不同的绿化类型（道路林和小区绿化林），利用稀释平板法测定不同类型土壤微生物数量，从而探究不同类型的绿化植被和土壤质量的变化规律。结果表明，土壤中微生物菌落总数为798.21×104 cfu·g-1干土，且大多数为放线菌﹥细菌﹥真菌；细菌、放线菌、真菌的数量都是道路区大于居民区；真菌与植被覆盖率的关系明显，植被覆盖率大和小的区域土壤微生物数量均大于中等植被覆盖率；植被类型对土壤中微生物数量有显著影响，表现为以灌木为主>乔木为主>草本为主。说明，不同绿化类型对土壤微生物群落结构影响很大，科学合理的园林规划有利于高效改善绿地土壤状况。

关键词：微生物数量；城市绿地；植被覆盖率；群落结构

中图分类号：S731.2文献标识号：A文章编号：1001-4942（2017）02-0099-06

城市绿地是由各类綠地相互作用和联系形成的有机整体[1]，可以有效降低噪声污染，吸收工业和汽车发动机排放的有毒气体，吸附空气中的细微颗粒物。土壤是城市绿地植物的载体，是影响城市绿地植物生长的重要环境因子，是城市生态环境系统中不可缺少的组成部分，对城市的建设和发展有着不可取代的作用[2]。土壤微生物是土壤物质循环和养分转化的动力，是土壤速效养分、有效养分和有机质的储备库，对于土壤有效养分的变化十分敏感[3，4]。土壤为微生物生长和增殖提供了良好的化学营养和物理结构，是微生物的“天然栖息地”[5]。微生物可参与土壤生化过程，分解转化有机质固定养分，又可使母岩、母质分解释放速效矿质养分，供给植物吸收和利用，还可以形成根际微生物、菌根等，参与植物的生命活动，对土壤肥力、植物多样性和生态系统功能都有重大影响[6，7]。

国内对于城市绿地土壤微生物的活性和数量也有研究。蒋炳伸[8]对不同植被类型覆盖的城市绿地土壤微生物特征分析结果表明：从三大类群微生物总数的平均状况来看，花卉绿地>人工草灌地>人工林地>人工草地>人工灌木地>分车带绿地>行道绿地，花卉绿地比行道绿地土壤微生物数量多 269×105 cfu·g-1干土，且不同绿地土壤微生物生物量碳、氮的含量变化较大，其变化趋势与土壤有机质含量的变化趋势一致。孙福军等[9]认为，随着城市化水平的提高，土壤中微生物数量表现为明显的减少趋势，其中变化较大的是细菌，而真菌和放线菌的变化不明显。宋博等[10]的研究表明：土壤动物的多样性指数与土壤污染程度具有显著的负相关性，可以利用多样性指数指示土壤综合污染程度。侯颖等[11]对河南省商丘市的城区、郊区和农田的研究表明：城区和郊区土壤中的微生物明显少于农田，城市化改造对自然土的扰动导致土壤质量发生变化，从而使土壤微生物减少，而且真菌、细菌和放线菌的数量比例在城区、郊区和农田里也有显著不同。

城市功能区是整个城市职能的载体，可以集中反映城市所具特性，越发达的城市其功能区也就越多。不同功能区中绿地土壤的微生物群落结构可能会有很大差别，不同的绿地配置也会使土壤微生物群落结构受到影响。泰安市是旅游城市，道路众多而且繁杂，道路区和居民区绿地面积较多。由此，以泰安市的道路区和居民区的绿化带土壤为研究对象，探究泰安市主要绿地类型土壤中微生物的数量特征和不同绿地配置对土壤微生物数量的影响，为泰安市科学合理的园林规划和高效改善绿地土壤情况提供理论依据。

1材料与方法

1.1研究区域概况

泰安市位于山东省中部的泰山南麓，地理坐标在东经116°20′～117°59′、北纬35°38′～36°28′，属于温带大陆性半湿润季风气候区，四季分明，寒暑适宜，光温同步，雨热同季。春季干燥多风，夏季炎热多雨，秋季晴和气爽，冬季寒冷少雪。年平均气温13℃，7月份气温最高，平均26.4℃，1月份最低，平均-2.6℃。年平均降水量697 mm。泰安地处鲁中山区，整个地势自东北向西南倾斜，境内拥有多种地貌类型，山地、丘陵、平原、洼地、湖泊兼而有之。

具体研究区域位于泰山区、岱岳区龙潭路和温泉路两侧，区域内地势由东北向西南逐渐降低，以山地、平原为主。南北约跨越0.103个纬度，东西约跨越0.045个经度。

1.2样地设计及土样收集

于交通区道路林和居民区绿化林两个功能区，选取10个样地，其中A、B、C、D、E位于居民区，F、G、H、I、J位于交通区。具体样地信息如表1所示。

采样时，先去除地表凋落物，用铁铲挖开地下土层，在每个样地0～10 cm深度取土样，装入自封袋带回实验室，置于-4℃冰箱保存，供室内土壤微生物数量测定。

1.3土壤微生物的培养与测定

细菌、放线菌和真菌数量的测定采用稀释平板测数法，其中，细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基，真菌采用高氏1号培养基，放线菌采用孟加拉红培养基。分别接种后置于无菌培养室进行培养，其中，细菌37℃下培养2～3天，真菌28℃下培养3～5天，放线菌28℃下培养2～4天。然后，记录每种菌的数量，并根据稀释倍数进行换算。每克土壤微生物数量=菌落数×稀释倍数/取样体积。

1.4分析方法

所有数据的处理和分析均由Microsoft Excel软件和SPSS 19.0软件完成。不同功能区水平间的数据用t检验对比分析其差异显著性（P<0.05）；不同植被类型间微生物数量的差异显著性采用单因素方差分析（P<0.05）。各类微生物数量在不同植被覆盖率、不同植被类型下的差异显著性采用单因素方差分析（P<0.05）。

2结果与分析

2.1土壤微生物群落数量特征

不同种类微生物具有不同的生物学性状，10个取样点的土壤微生物数量分布主要特征如表2， 可以看出，样地土壤微生物菌落总数为798.210×104 cfu·g-1干土，其中细菌菌落总数为383.755×104 cfu·g-1干土，放线菌菌落总数396.125×104 cfu·g-1干土，真菌菌落总数为18.330×104 cfu·g-1干土，总体微生物数量组成模式为放线菌>细菌>真菌，细菌和放线菌数量相当且远远大于真菌数量。

从不同样地来看，样地A、D和I的微生物组成模式为细菌﹥放线菌﹥真菌， B、C、E、F、G、H、J的微生物组成模式为放线菌﹥细菌﹥真菌。样地H的微生物数量明显少于其它9个样地，为6.165×104 cfu·g-1干土，少了有一个数量级之多。样地F的微生物数量最多且明显高于其它样地，为179.890×104 cfu·g-1干土。从各个样地三种微生物比例来看，样地C、E、H、J中放线菌所占比例最大，远远高于细菌和真菌比例，样地D、I细菌所占比例最大，远远高于放线菌和真菌比例，其余4个样地中细菌和放线菌比例相当且远远高于真菌比例。

表2 三类微生物的数量分布样地

从图1可以看出，三种类型微生物均显示出相同变化规律，即道路區土壤微生物数量显著大于居民区（P<0.05）。

2.3植被覆盖率对土壤微生物数量的影响

根据植被覆盖率将样地分为3组。一组植物覆盖率<50%，包括采样点C；二组50%≤植被覆盖率< 80%，包括采样点D、G、H、I、J；三组植被覆盖率≥80%，包括采样点A、B、E、F。

由图2可知，二组微生物菌落总数显著低于一组和三组（P<0.05），一组和三组间差异不显著（P>0.05）；对于细菌来说，一组、二组、三组间

图1不同功能区各类微生物数量的比较

均没有显著差异（P>0.05），细菌数量与植被覆盖率无明显相关关系；对于放线菌来说，二组显著低于一组和三组（P<0.05），一组和三组之间差异不显著（P>0.05），说明中等水平的植被覆盖率能显著降低土壤放线菌数量；对于真菌来说，其数量大体上随着植被覆盖率的增加而减少，一组真菌数量显著高于二组和三组（P<0.05），但是二组和三组间差异不显著（P>0.05）。

2.4植被类型对土壤微生物数量的影响

为探讨植被类型对土壤微生物数量的影响，将调查样地分为3组：Ⅰ组包括样地A、B、D、F、I，植被类型以灌木为主；Ⅱ组包括样地C、G、J，植被类型以乔木为主；Ⅲ组包括样地E、H，植被类型以草本为主。

由图3可知，三种植被类型的土壤微生物总数之间差异显著（P<0.05），并表现为以灌木为主的植被类型>以乔木为主的植被类型>以草本为主的植被类型；对于土壤细菌数量而言，Ⅰ组显著高于Ⅱ组和Ⅲ组（P<0.05），Ⅱ组和Ⅲ组之间差异不显著（P>0.05），说明以灌木为主的植物配置类型中土壤细菌数量最多；对于土壤放线菌数量而言，Ⅱ组和Ⅲ组之间差异显著（P<0.05），

Ⅰ组和Ⅱ组、Ⅰ组和Ⅲ组之间差异不显著（P>0.05），说明以乔木和灌木为主的植物配置类型中土壤放线菌数量较多；对于土壤真菌数量来说，Ⅱ组显著高于Ⅰ组和Ⅲ组（P<0.05），Ⅰ组和Ⅲ组之间差异不显著（P>0.05），说明以乔木为主的植被配置类型中土壤真菌数量最多。3讨论

微生物数量是衡量微生物生长的重要指标，能直接显示某一地区土壤肥力、土壤健康状态和是否有人类活动的胁迫效应[12]。姚晶晶[13]认为土壤微生物是恢复环境的最先锋，微生物的各项生理活动可以显著增强土壤生态系统的缓冲能力。土壤中微生物的种类和数量是土壤具有生物活性的决定者，土壤肥力状况与微生物关系非常密切，微生物数量愈大，土壤微生物活性越高，肥力亦增大。本研究结果表明，土壤微生物总数为798.210×104 cfu·g-1干土，其中放线菌数量最多，为396.125×104 cfu·g-1干土，占微生物总菌落数的49.63%；细菌数量次之，为383.755×104 cfu·g-1干土，占微生物总菌落数的48.07%；真菌数量最少，只有18.330×104 cfu·g-1干土，占微生物总菌落数的2.3%。Aibalch等[14]的研究认为在肥力好的土壤中，细菌所占比例较高；而在难分解物质较多的土壤中，土壤微生物细菌所占比率相对较低，真菌和放线菌比率相对较高。宋敏等[15]对中亚热带喀斯特峰丛洼地坡耕地、草丛、人工林、灌丛、次生林 5 个不同生态系统土壤微生物的数量研究表明，其土壤微生物总数量为 4.27×104～3.14×106 cfu·g-1，其中人工林和次生林则为细菌>放线菌>真菌，坡耕地、草丛、灌丛土壤三大菌类的组成为放线菌>细菌>真菌。本研究区域与北亚热带喀斯特地貌相比，温度较低，降雨量少，土壤微生物数量较少，三大菌类的组成与其研究结果一致，多为放线菌>细菌>真菌，表明不同绿化植被和水热条件对土壤微生物数量、分布存在重要影响。

城镇化也是影响土壤微生物数量的一个重要原因，随着城市化的加深，土壤微生物数量会整体减少[16]。本研究样地主要集中在道路区域和居民区域，道路两旁绿化带土壤每天会吸收道路上车辆排出的有毒气体和细小颗粒物，还会遭到践踏、车压等人为扰动[17]。在长期净化过程中，有的微生物形成了以有机污染物作为唯一碳源的代谢特点，从降解污染物中获得能量进行生长增殖[18，19]，有的微生物还通过共代谢和共氧化降解有机污染物[20]。居民区绿地土壤更多的是遭受翻动、回填、客土等人为扰动。本研究发现，细菌、放线菌和真菌数量均是道路区>居民区，可能由于泰安是旅游城市，道路绿化带每天浇水，从而增加了道路绿化带土壤水分含量，使道路土壤微生物大量增殖。

本研究中，样地植被覆盖率差距较大，植被覆盖率最大可达95%左右，最小只有40%左右。结果表明，最大植被覆盖率条件下，土壤微生物数量最多，原因一方面可能由于高植被覆盖率可以避免土壤直接被阳光暴晒，有效减少土壤吸收紫外线，起到保护微生物的作用，另一方面植被覆盖率越大的地方人为干预越小，从而避免土壤被人为破坏和踩踏。此外，高覆盖率区域凋落物多，有效增加了土壤有机质含量，促进土壤微生物生长繁殖。

各类微生物对于生长环境的要求也不同，一般认为，细菌在湿润的环境下更易增殖，能耐受低氧水平；真菌耐旱但是氧含量水平过低会导致大量减少；放线菌具有喜热且耐旱的特性，但是生长增殖慢，在土壤中主要参与难分解物质的分解，只有当土壤中各类微生物竞争压力减少时才会大量出现[12]。本试验采样点分为三种类型：灌木为主、乔木为主和草本为主。不同植被类型组成导致其土壤中微生物生存的微环境不同。从土壤微生物总数来看灌木为主类型>乔木为主类型>草本为主类型。以灌木为主的植被类型更适合细菌生长繁殖，以乔木为主的植被类型更适合放线菌和真菌生长繁殖，以草本为主的植被类型中，细菌、真菌和放线菌的数量都很小，说明草本为主的植被类型不适合微生物生长繁殖。这与孙其远[21]研究的灌木类绿地>草坪类绿地>乔木类绿地有所不同。出现本研究结果的原因可能是：灌木为主的植被类型生长旺盛，为土壤微生物提供了良好的湿热条件，同时生长旺盛的灌木凋落物较多，为土壤提供了较多的有机质；乔木植物的根多在土壤深处，而且受人为破坏严重，有机质含量偏少就造成了微生物数量减少；草地虽然根系发达，但人为踩踏严重，土壤压实，抑制了土壤微生物的呼吸作用，导致土壤微生物数量较少。

4结论

通过对泰安市道路区域绿化带土壤和居民区绿地土壤微生物群落的研究及植被类型和植被覆盖率对其影响的探讨，可以得出以下结论：一，泰安市道路林和小区绿化林的土壤微生物数量模式除A取样点（山东农业大学本部）、D取样点（丰园小区居民区）和I取样点（天外村）为细菌>放线菌>真菌外，其它均表现为放线菌>细菌>真菌，这三个点绿化较好，水肥管理也比较得当，而且植被类型均是灌木为主。二，泰安市道路区微生物数量>居民区微生物数量，这可能由于泰安市旅游城市道路区有专人负责浇水，保证了土壤中良好的湿热条件。三，植被覆盖率对土壤微生物数量有一定影响，中等植被覆盖率对土壤中放线菌数量影响最大，植被覆盖率大的区域和植被覆盖率小的区域土壤微生物数量均大于中等植被覆盖率。四，植被类型对土壤中微生物数量影响很大，泰安市表现为灌木为主>乔木为主>草本为主。

总之，泰安市在以后的园林规划中，应该选用土质较好的土壤，加强管理，定期松土、施肥，保持土壤微生物生存需要。另外，在规划中，要采用草本、灌木、乔木结合的方式，可以上部是乔木，下部是灌木。在绿化过程中，要加强道路林建设，同时提高人民素质，减少对绿化带人为扰动现象。

参考文献：

[1]吴天文，于法展，孙磊，等.徐州市不同绿地类型土壤微生物空间分布及其特征变化[J]. 安徽农业科学，2014，42（15）：4642-4646.

[2]蒋海燕，刘敏，黄沈发，等.城市土壤污染研究现状与趋势[J]. 安全与环境学报，2004，4（5）： 73-76.

[3]王义祥，任丽花，翁伯琦，等.土壤干旱胁迫对圆叶决明土壤微生物的生态效应[J]. 厦门大学学报（自然科学版），2005，44（B 6）：66-68.

[4]仇少君，彭佩钦，荣湘民，等.淹水培养条件下土壤微生物生物量碳、氮和可溶性有机碳、氮的动态[J]. 应用生态学报，2006，17（11）：2052-2058.

[5]宋长青，吴金水，陆雅海，等.中国土壤微生物学研究10年回顾[J].地球科学进展，2013，28（10）：1087-1105.

[6]Elsas J Dvan， Duarte G F， Rosado A S，et al. Microbiological and molecular biological methods for monitoring microbial inoculants and their effects in the soil environment [J]. Jour. Microbial. Methods， 1998，32： 133-154.

[7]Horton T R， Bruns T D. The molecular revolution in ectomycorrhizal ecology： peeking into the black-box [J]. Molecular Ecology， 2001，10： 1855-1871.

[8]蒋炳伸.郑州市不同绿地类型土壤理化性状与土壤微生物特征研究[D].郑州：河南农业大学，2005.

[9]孙福军，丁青坡，韩春兰，等.沈阳市城市表土中微生物区系变化的初步研究[J]. 土壤通报，2006，37（4）：768-771.

[10]宋博，马建华，李剑，等.开封市土壤动物及其对土壤污染的响应[J]. 土壤学报，2007，44（3）：530-534.

[11]侯颖，周会萍，张超.城市化对土壤微生物群落结构的影响[J]. 生态环境学报，2014，23（7）： 1108-1112.

[12]郑华，欧阳志云，王效科，等.不同森林恢复类型对土壤微生物群落的影响[J]. 应用生态学报，2014，15（7）：2019-2024.

[13]姚晶晶.蘭州市路域土壤微生物群落特征研究[D].兰州：西北师范大学，2012.

[14]Aibalch R， Canet R， Pomares F， et al. Microbial biomass content and enzymatic activities after the application of organic amendments to a horticultural soil [J]. Bioresource Technology， 2000，75（1）： 43-48.

[15]宋敏，邹冬生，杜虎，等.不同土地利用方式下喀斯特峰丛洼地土壤微生物群落特征[J].应用生态学报，2013，24（9）：2471-2478.

[16]杨元根， Paterson E， Campbell C. Biolog方法在区分城市土壤与农村土壤微生物特性上的应用[J]. 土壤学报，2002，39（4）：582-589.

[17]郝瑞军，方海兰，沈烈英，等. 城市不同功能区绿地土壤有机碳矿化和酶活性变化[J]. 中国农学通报，2009，25（2）：229-235.

[18]Patt T E， Cole G C， Bland J，et al. Isolation and characterization of bacteria that grow on methane and organic compounds as sole sources of carbon and energy [J]. Journal of Bacteriology， 1974，120（2）：955-964.

[19]Johnsen A R， Wick L Y， Harms H. Principles of microbial PAH-degradation in soil [J]. Environmental Pollution， 2005，133（1）：71-84.

[20]Horvath R S. Microbial co-metabolism and the degradation of organic compounds in nature [J]. Bacteriological Reviews， 1972，36（2）：146-155.

[21]孙其远.城市绿地土壤退化及其微生物的指示作用研究——以泰安市区为例[D].泰安：山东农业大学，2009.山 东 农 业 科 学2017，49（2）：105～109Shandong Agricultural Sciences山 东 农 业 科 学第49卷第2期郭可谦，等：广元烟区土壤pH值与有机质含量对烤烟品质指标的影响DOI：10.14083/j.issn.1001-4942.2017.02.022

收稿日期：2016-07-15

基金项目：四川省煙草公司重点科技攻关项目（SCGY201401）

作者简介：郭可谦（1991-），女，吉林长春人，在读硕士研究生，主要从事烟草原料质量评价研究。E-mail：13526797573@163.com

通讯作者：许自成，男，教授，博士生导师。E-mail：zichengxu@126.com