锌污染对吊兰根际与非根际土壤中微生物数量的影响

张永兰

(池州职业技术学院园林系，安徽池州247000)

锌是动物、植物生长发育过程中所必需的微量元素，在调节人体免疫功能、维持机体正常生理机能、促进儿童的生长发育、治疗厌食及营养不良等方面都有重要的作用[1-2]。在植物生长过程中，它可以参与植物碳水化合物转化、促进植物体内各类酶的合成、改善作物的品质[3-4]。但是，过量的锌会对人或作物造成损伤，所以控制和治理土壤重金属污染，保证土壤的质量和农产品的食用安全，对人类的健康非常重要[5]。

研究表明，微生物在重金属的影响下受到毒害，适应的情况下微生物数量会增加或积累，不适应的情况下其数量会减少或绝灭。但是某些微生物在较高浓度的重金属污染下，仍能存活和生长，并表现出一定的耐受性，说明微生物具有对重金属的抗性和解毒机制[6-7]。土壤微生物生物量碳、微生物数量、基础呼吸及生理代谢活性等微生物生理生态参数是重金属污染土壤环境质量评价中用得较多的微生物学评价指标[8-9]。植物根际土壤区域距离植物根周围数毫米，是植物能量和物质代谢最活跃的部位之一，分布在植物根际土壤的微生物称为根际微生物，主要有细菌、放线菌和真菌，其数量远高于非根际土壤中的微生物。根据现有研究，土壤中的重金属含量对植物根系的细菌、真菌、放线菌等微生物的数量产生影响。

吊兰（Chlorophytum Comosum）是隶属于百合科吊兰属的观赏植物，对环境有较强的耐受能力，对重金属有较好的耐性与积累特性，在园林生产中应用广泛。本文通过对吊兰在锌胁迫下的盆栽试验，参照Steen E“网袋法”，区分吊兰根际土壤和非根际土壤，研究锌污染对吊兰根际与非根际土壤中微生物数量的影响，为利用吊兰进行锌污染土壤的修复提供参考。

1 实验与方法

1.1 实验材料的准备

供试吊兰购自合肥市裕丰花市，经预培养一周，选取其中生长情况接近、长势良好、根系发达的幼苗作为实验材料。

实验所用土壤为黄棕壤，取自安徽师范大学后山，经风干处理后过3 mm筛混匀备用。运用水合热法、凯式定氮法及钼锑抗比色法分别测定其有机质、全氮和全磷含量。经测定，土壤有机质含量为4.751 g·kg-1、全氮含量为0.770 g·kg-1、全磷含量为0.949 g·kg-1；原子吸收分光光度法测得土壤全锌含量为83.530 mg·kg-1；同时用蒸馏水浸泡土样振荡静置后，利用pH计和电导仪分别测得土壤pH为4.775，电导率为107.500 µS·cm-1，氧化还原电位为150.000 mV。

1.2 实验过程设计

根据我国《土壤环境质量标准》中的规定：保障农业生产、维护人体健康的土壤锌含量限制值为200 mg·kg-1（二级标准），保障农林业生产和植物正常生长的土壤锌含量的临界值为500 mg·kg-1（三级标准）。而相关研究也表明，吊兰在锌浓度为2 000 mg·kg-1时能存活下来[10]。为了进一步研究吊兰对锌的耐受性，以乙酸锌为重金属添加剂，将200 mg·kg-1设为最低锌处理浓度，2 500 mg·kg-1设为最高锌处理浓度，共设200、500、1 000、1 500、2 000和2 500 mg·kg-1等6个浓度水平，并以不添加锌的土壤为对照（CK），共7个处理，每个处理设3个重复。通过一次性加入不同体积的乙酸锌溶液，调整土壤锌的浓度为设置浓度，并使之与土壤充分混匀。混匀后的土壤经风干分别装入对应的花盆中，每盆装土700 g，利用自制的尼龙网袋将根际土壤与非根际土壤分开，保持根际土壤300 g，非根际土壤400 g。保持土壤含水量为60%，预培养4周。实验同时设栽种吊兰的栽培组和不栽种吊兰的空白组，依次设置6个浓度水平。

1.3 植物栽培及取样

土壤经预培养处理后，栽培组每盆栽种吊兰2株，每天浇适量水，以保持土壤含水量。在栽培后第18、36和54天分别在吊兰的根际、非根际以及空白组中取出适量的土，经风干磨碎过0.1 mm筛，置于0～4℃环境中保存，用于土壤中微生物数量的测量。

2 实验结果

不同微生物采用不同的测定方法，其中细菌采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基平板表面涂布法；真菌采用PDA培养基平板表面涂布法；放线菌采用改良高氏一号合成培养基平板表面涂布法。所测数据运用Microsoft Excel 2003和SPSS 17.0两种软件进行分析，利用Microsoft Excel 2003对3个平行样的平均值和标准差等进行计算；使用SPSS 17.0进行不同处理之间的多重比较以及数据之间的相关性分析，结果如下。

2.1 锌污染对土壤中细菌数量的影响

锌污染对土壤中细菌数量的影响如表1所示。从表1可见，随着栽培时间的增加，吊兰根际土壤中细菌的数量呈先增后减的趋势，栽培至第36天时，细菌数量达到最高值，后期逐渐减少。这可能是因为：（1）吊兰的根系分泌物促进了土壤中微生物的生长；（2）吊兰栽植后，在锌对吊兰的驯化过程中，吊兰的根茎叶受到了不同程度的损害，这些残体的分解，造成土壤中细菌生长所需有机物增加，从而细菌暂时增多[11]，而当吊兰适应环境后，土壤中有机物的含量减少，细菌数量也逐渐减少；（3）吊兰的根际吸附作用导致锌的浓度降低，致使根际细菌数量增加，后期因为根际吸附作用达到饱和，表现为细菌数量不再上升。

经测定，在土壤锌浓度为500 mg·kg-1时细菌数量大量减少；当土壤锌浓度为1 000 mg·kg-1时，细菌数量增加；超过1 000 mg·kg-1后随着浓度的升高，细菌的数量又逐渐减少。这可能是因为：（1）土壤锌浓度为500 mg·kg-1时，产生了某种根际分泌物，这种分泌物抑制了细菌的生长；（2）锌达到一定浓度时，大量细菌受到抑制，而抗性细菌因自我繁殖开始增长，浓度过高时，抗性细菌也受到抑制[12]。

表1 锌污染对土壤中细菌数量的影响

根际、非根际和空白组3个处理中细菌的数量从大到小依次均为根际土壤、非根际土壤、空白组，且这种差异性在吊兰生长的不同时期均表现为显著（p＜0.05，如表2所示）。推断其原因，可能是：（1）植物根系分泌物导致有机化合物大量释放，促进了土壤中微生物的生长；（2）吊兰的根系生长缓减了重金属对土壤中微生物的毒害；（3）吊兰根际具有吸附重金属能力，从而致其根际土壤中重金属有效性降低，降低了对微生物的毒害作用。

同时在吊兰非根际土壤中细菌的数量随土壤锌浓度的变化趋势与吊兰根际环境的变化趋势相似。在根际土壤细菌的影响下，随着栽培时间的增加，非根际土壤中细菌的数量也有所增加，且在栽培后期基本保持不变。这可能是因为随着栽培时间的增加，根际土壤中细菌与非根际土壤中细菌通过尼龙网袋相互渗透交换，使非根际土壤中细菌数量增多。空白组土壤中细菌数量在各栽培期均非常少，这可能是因为土壤中的重金属锌对微生物产生抑制，没有吊兰的修复，故数量较少。

表2 根际土壤、非根际土壤、空白组土壤中细菌数量配对t检验

2.2 锌污染对土壤中放线菌数量的影响

放线菌数量随栽培时间的变化趋势与细菌相似。受吊兰生长影响，吊兰根际土壤中放线菌数量随着栽培时间增加呈先增后减的趋势。由表3可见，在第36天放线菌数量达到最高值，之后逐渐减少。

锌的不同浓度对放线菌的影响表现：低浓度的锌对根际土壤放线菌的生长有促进作用。在土壤锌浓度为500 mg·kg-1时，促进作用最为明显。土壤锌浓度大于500 mg·kg-1时，放线菌数量随着锌浓度的增加逐渐减少，表现出对放线菌生长抑制作用。栽培至第36天到第54天时，在土壤锌浓度为2 000～2 500 mg·kg-1时放线菌数量增加，这可能是因为锌浓度太高时，对吊兰的损害最大，残体的分解造成土壤中有机物含量大量增加，从而导致某种对锌敏感性较弱的放线菌数量暂时上升；而当吊兰适应环境后，土壤中因残体分解产生的有机物含量减少，受锌影响，放线菌的数量逐渐减少。

根际、非根际和空白组3个处理中放线菌的数量从大到小依次为根际土壤、非根际土壤、空白组土壤，且这种差异性在吊兰生长的不同时期均表现为显著（p＜0.05，如表4所示）。非根际土壤中放线菌的数量随土壤锌浓度的变化趋势与吊兰根际环境的相似。受根际土壤中放线菌数量的影响，随着栽培时间的增加，非根际土壤中放线菌的数量也有所增加，且在栽培后期基本保持不变。空白组土壤因受重金属锌污染且没有吊兰修复，故放线菌数量在各栽培期均非常少。

表3 锌污染对土壤中放线菌数量的影响

表4 根际土壤、非根际土壤、空白组土壤中放线菌数量配对t检验

2.3 锌污染对土壤中真菌数量的影响

随着栽培时间的增加，吊兰根际土壤中真菌的数量呈先增后减的趋势，栽培至第36天时，真菌数量达到最高值，之后逐渐减少（见表5）。

与对照组相比，土壤锌浓度为200 mg·kg-1时，根际土壤中真菌的数量有所上升，说明低浓度的锌对真菌有促进作用，但随着锌浓度的上升，真菌的数量逐渐减少，即高浓度的锌对真菌有抑制作用。

表5 锌污染对土壤中真菌数量的影响

真菌数量由多到少同样依次表现为根际土壤、非根际中土壤、空白组土壤，且这种差异性在吊兰生长的不同时期均表现为显著（p＜0.05，见表6）。受根际土壤中真菌数量的影响，随着栽培时间的增加，非根际土壤中真菌的数量也有所增加，且在栽培后期基本保持不变，这与根际环境变化趋势相似。空白组土壤中真菌数量在各栽培期均非常少。

表6 根际土壤、非根际土壤、空白组土壤中真菌数量配对t检验

表7表示的是土壤中微生物数量与栽培时间及土壤锌浓度之间的多元线性回归方程，从表中可以看出，三类微生物数量与栽培时间及土壤锌浓度之间的相关性显著。从影响系数可以看出：三类微生物数量与栽培时间之间呈正相关关系，与土壤锌浓度之间呈负相关关系；栽培时间对微生物数量的影响系数大于土壤锌浓度对微生物数量的影响系数。土壤中微生物虽然受到重金属锌的胁迫，但因栽培时间对微生物数量的影响要大于重金属锌对微生物的影响，故后期土壤中微生物数量与吊兰栽植初期时的微生物数量相 比均有一定的增加。

表7 微生物数量与栽培时间及土壤锌浓度的多元线性回归分析

3 结 论

以上实验结果表明：在6个锌浓度水平组实验中，2 500 mg·kg-1的锌污染致使吊兰出现了枯萎和死亡现象，各组栽培时间对土壤微生物的数量产生影响，土壤重金属锌的浓度对微生物有一定的促进作用。栽培时间对微生物数量的影响大于土壤锌浓度对微生物数量的影响，说明通过吊兰的栽植和生长在一定程度上可以提高微生物活动，改善土壤的环境，可以作为进一步研究吊兰修复锌污染土壤的参考。