張永蘭

(池州職業(yè)技術(shù)學(xué)院園林系，安徽池州247000)

鋅是動物、植物生長發(fā)育過程中所必需的微量元素，在調(diào)節(jié)人體免疫功能、維持機體正常生理機能、促進兒童的生長發(fā)育、治療厭食及營養(yǎng)不良等方面都有重要的作用[1-2]。在植物生長過程中，它可以參與植物碳水化合物轉(zhuǎn)化、促進植物體內(nèi)各類酶的合成、改善作物的品質(zhì)[3-4]。但是，過量的鋅會對人或作物造成損傷，所以控制和治理土壤重金屬污染，保證土壤的質(zhì)量和農(nóng)產(chǎn)品的食用安全，對人類的健康非常重要[5]。

研究表明，微生物在重金屬的影響下受到毒害，適應(yīng)的情況下微生物數(shù)量會增加或積累，不適應(yīng)的情況下其數(shù)量會減少或絕滅。但是某些微生物在較高濃度的重金屬污染下，仍能存活和生長，并表現(xiàn)出一定的耐受性，說明微生物具有對重金屬的抗性和解毒機制[6-7]。土壤微生物生物量碳、微生物數(shù)量、基礎(chǔ)呼吸及生理代謝活性等微生物生理生態(tài)參數(shù)是重金屬污染土壤環(huán)境質(zhì)量評價中用得較多的微生物學(xué)評價指標[8-9]。植物根際土壤區(qū)域距離植物根周圍數(shù)毫米，是植物能量和物質(zhì)代謝最活躍的部位之一，分布在植物根際土壤的微生物稱為根際微生物，主要有細菌、放線菌和真菌，其數(shù)量遠高于非根際土壤中的微生物。根據(jù)現(xiàn)有研究，土壤中的重金屬含量對植物根系的細菌、真菌、放線菌等微生物的數(shù)量產(chǎn)生影響。

吊蘭（Chlorophytum Comosum）是隸屬于百合科吊蘭屬的觀賞植物，對環(huán)境有較強的耐受能力，對重金屬有較好的耐性與積累特性，在園林生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。本文通過對吊蘭在鋅脅迫下的盆栽試驗，參照Steen E“網(wǎng)袋法”，區(qū)分吊蘭根際土壤和非根際土壤，研究鋅污染對吊蘭根際與非根際土壤中微生物數(shù)量的影響，為利用吊蘭進行鋅污染土壤的修復(fù)提供參考。

1 實驗與方法

1.1 實驗材料的準備

供試吊蘭購自合肥市裕豐花市，經(jīng)預(yù)培養(yǎng)一周，選取其中生長情況接近、長勢良好、根系發(fā)達的幼苗作為實驗材料。

實驗所用土壤為黃棕壤，取自安徽師范大學(xué)后山，經(jīng)風(fēng)干處理后過3 mm篩混勻備用。運用水合熱法、凱式定氮法及鉬銻抗比色法分別測定其有機質(zhì)、全氮和全磷含量。經(jīng)測定，土壤有機質(zhì)含量為4.751 g·kg-1、全氮含量為0.770 g·kg-1、全磷含量為0.949 g·kg-1；原子吸收分光光度法測得土壤全鋅含量為83.530 mg·kg-1；同時用蒸餾水浸泡土樣振蕩靜置后，利用pH計和電導(dǎo)儀分別測得土壤pH為4.775，電導(dǎo)率為107.500 μS·cm-1，氧化還原電位為150.000 mV。

1.2 實驗過程設(shè)計

根據(jù)我國《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》中的規(guī)定：保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、維護人體健康的土壤鋅含量限制值為200 mg·kg-1（二級標準），保障農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)和植物正常生長的土壤鋅含量的臨界值為500 mg·kg-1（三級標準）。而相關(guān)研究也表明，吊蘭在鋅濃度為2 000 mg·kg-1時能存活下來[10]。為了進一步研究吊蘭對鋅的耐受性，以乙酸鋅為重金屬添加劑，將200 mg·kg-1設(shè)為最低鋅處理濃度，2 500 mg·kg-1設(shè)為最高鋅處理濃度，共設(shè)200、500、1 000、1 500、2 000和2 500 mg·kg-1等6個濃度水平，并以不添加鋅的土壤為對照（CK），共7個處理，每個處理設(shè)3個重復(fù)。通過一次性加入不同體積的乙酸鋅溶液，調(diào)整土壤鋅的濃度為設(shè)置濃度，并使之與土壤充分混勻。混勻后的土壤經(jīng)風(fēng)干分別裝入對應(yīng)的花盆中，每盆裝土700 g，利用自制的尼龍網(wǎng)袋將根際土壤與非根際土壤分開，保持根際土壤300 g，非根際土壤400 g。保持土壤含水量為60%，預(yù)培養(yǎng)4周。實驗同時設(shè)栽種吊蘭的栽培組和不栽種吊蘭的空白組，依次設(shè)置6個濃度水平。

1.3 植物栽培及取樣

土壤經(jīng)預(yù)培養(yǎng)處理后，栽培組每盆栽種吊蘭2株，每天澆適量水，以保持土壤含水量。在栽培后第18、36和54天分別在吊蘭的根際、非根際以及空白組中取出適量的土，經(jīng)風(fēng)干磨碎過0.1 mm篩，置于0～4℃環(huán)境中保存，用于土壤中微生物數(shù)量的測量。

2 實驗結(jié)果

不同微生物采用不同的測定方法，其中細菌采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基平板表面涂布法；真菌采用PDA培養(yǎng)基平板表面涂布法；放線菌采用改良高氏一號合成培養(yǎng)基平板表面涂布法。所測數(shù)據(jù)運用Microsoft Excel 2003和SPSS 17.0兩種軟件進行分析，利用Microsoft Excel 2003對3個平行樣的平均值和標準差等進行計算；使用SPSS 17.0進行不同處理之間的多重比較以及數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性分析，結(jié)果如下。

2.1 鋅污染對土壤中細菌數(shù)量的影響

鋅污染對土壤中細菌數(shù)量的影響如表1所示。從表1可見，隨著栽培時間的增加，吊蘭根際土壤中細菌的數(shù)量呈先增后減的趨勢，栽培至第36天時，細菌數(shù)量達到最高值，后期逐漸減少。這可能是因為：（1）吊蘭的根系分泌物促進了土壤中微生物的生長；（2）吊蘭栽植后，在鋅對吊蘭的馴化過程中，吊蘭的根莖葉受到了不同程度的損害，這些殘體的分解，造成土壤中細菌生長所需有機物增加，從而細菌暫時增多[11]，而當?shù)跆m適應(yīng)環(huán)境后，土壤中有機物的含量減少，細菌數(shù)量也逐漸減少；（3）吊蘭的根際吸附作用導(dǎo)致鋅的濃度降低，致使根際細菌數(shù)量增加，后期因為根際吸附作用達到飽和，表現(xiàn)為細菌數(shù)量不再上升。

經(jīng)測定，在土壤鋅濃度為500 mg·kg-1時細菌數(shù)量大量減少；當土壤鋅濃度為1 000 mg·kg-1時，細菌數(shù)量增加；超過1 000 mg·kg-1后隨著濃度的升高，細菌的數(shù)量又逐漸減少。這可能是因為：（1）土壤鋅濃度為500 mg·kg-1時，產(chǎn)生了某種根際分泌物，這種分泌物抑制了細菌的生長；（2）鋅達到一定濃度時，大量細菌受到抑制，而抗性細菌因自我繁殖開始增長，濃度過高時，抗性細菌也受到抑制[12]。

表1 鋅污染對土壤中細菌數(shù)量的影響

根際、非根際和空白組3個處理中細菌的數(shù)量從大到小依次均為根際土壤、非根際土壤、空白組，且這種差異性在吊蘭生長的不同時期均表現(xiàn)為顯著（p＜0.05，如表2所示）。推斷其原因，可能是：（1）植物根系分泌物導(dǎo)致有機化合物大量釋放，促進了土壤中微生物的生長；（2）吊蘭的根系生長緩減了重金屬對土壤中微生物的毒害；（3）吊蘭根際具有吸附重金屬能力，從而致其根際土壤中重金屬有效性降低，降低了對微生物的毒害作用。

同時在吊蘭非根際土壤中細菌的數(shù)量隨土壤鋅濃度的變化趨勢與吊蘭根際環(huán)境的變化趨勢相似。在根際土壤細菌的影響下，隨著栽培時間的增加，非根際土壤中細菌的數(shù)量也有所增加，且在栽培后期基本保持不變。這可能是因為隨著栽培時間的增加，根際土壤中細菌與非根際土壤中細菌通過尼龍網(wǎng)袋相互滲透交換，使非根際土壤中細菌數(shù)量增多?？瞻捉M土壤中細菌數(shù)量在各栽培期均非常少，這可能是因為土壤中的重金屬鋅對微生物產(chǎn)生抑制，沒有吊蘭的修復(fù)，故數(shù)量較少。

表2 根際土壤、非根際土壤、空白組土壤中細菌數(shù)量配對t檢驗

2.2 鋅污染對土壤中放線菌數(shù)量的影響

放線菌數(shù)量隨栽培時間的變化趨勢與細菌相似。受吊蘭生長影響，吊蘭根際土壤中放線菌數(shù)量隨著栽培時間增加呈先增后減的趨勢。由表3可見，在第36天放線菌數(shù)量達到最高值，之后逐漸減少。

鋅的不同濃度對放線菌的影響表現(xiàn)：低濃度的鋅對根際土壤放線菌的生長有促進作用。在土壤鋅濃度為500 mg·kg-1時，促進作用最為明顯。土壤鋅濃度大于500 mg·kg-1時，放線菌數(shù)量隨著鋅濃度的增加逐漸減少，表現(xiàn)出對放線菌生長抑制作用。栽培至第36天到第54天時，在土壤鋅濃度為2 000～2 500 mg·kg-1時放線菌數(shù)量增加，這可能是因為鋅濃度太高時，對吊蘭的損害最大，殘體的分解造成土壤中有機物含量大量增加，從而導(dǎo)致某種對鋅敏感性較弱的放線菌數(shù)量暫時上升；而當?shù)跆m適應(yīng)環(huán)境后，土壤中因殘體分解產(chǎn)生的有機物含量減少，受鋅影響，放線菌的數(shù)量逐漸減少。

根際、非根際和空白組3個處理中放線菌的數(shù)量從大到小依次為根際土壤、非根際土壤、空白組土壤，且這種差異性在吊蘭生長的不同時期均表現(xiàn)為顯著（p＜0.05，如表4所示）。非根際土壤中放線菌的數(shù)量隨土壤鋅濃度的變化趨勢與吊蘭根際環(huán)境的相似。受根際土壤中放線菌數(shù)量的影響，隨著栽培時間的增加，非根際土壤中放線菌的數(shù)量也有所增加，且在栽培后期基本保持不變?？瞻捉M土壤因受重金屬鋅污染且沒有吊蘭修復(fù)，故放線菌數(shù)量在各栽培期均非常少。

表3 鋅污染對土壤中放線菌數(shù)量的影響

表4 根際土壤、非根際土壤、空白組土壤中放線菌數(shù)量配對t檢驗

2.3 鋅污染對土壤中真菌數(shù)量的影響

隨著栽培時間的增加，吊蘭根際土壤中真菌的數(shù)量呈先增后減的趨勢，栽培至第36天時，真菌數(shù)量達到最高值，之后逐漸減少（見表5）。

與對照組相比，土壤鋅濃度為200 mg·kg-1時，根際土壤中真菌的數(shù)量有所上升，說明低濃度的鋅對真菌有促進作用，但隨著鋅濃度的上升，真菌的數(shù)量逐漸減少，即高濃度的鋅對真菌有抑制作用。

表5 鋅污染對土壤中真菌數(shù)量的影響

真菌數(shù)量由多到少同樣依次表現(xiàn)為根際土壤、非根際中土壤、空白組土壤，且這種差異性在吊蘭生長的不同時期均表現(xiàn)為顯著（p＜0.05，見表6）。受根際土壤中真菌數(shù)量的影響，隨著栽培時間的增加，非根際土壤中真菌的數(shù)量也有所增加，且在栽培后期基本保持不變，這與根際環(huán)境變化趨勢相似?？瞻捉M土壤中真菌數(shù)量在各栽培期均非常少。

表6 根際土壤、非根際土壤、空白組土壤中真菌數(shù)量配對t檢驗

表7表示的是土壤中微生物數(shù)量與栽培時間及土壤鋅濃度之間的多元線性回歸方程，從表中可以看出，三類微生物數(shù)量與栽培時間及土壤鋅濃度之間的相關(guān)性顯著。從影響系數(shù)可以看出：三類微生物數(shù)量與栽培時間之間呈正相關(guān)關(guān)系，與土壤鋅濃度之間呈負相關(guān)關(guān)系；栽培時間對微生物數(shù)量的影響系數(shù)大于土壤鋅濃度對微生物數(shù)量的影響系數(shù)。土壤中微生物雖然受到重金屬鋅的脅迫，但因栽培時間對微生物數(shù)量的影響要大于重金屬鋅對微生物的影響，故后期土壤中微生物數(shù)量與吊蘭栽植初期時的微生物數(shù)量相 比均有一定的增加。

表7 微生物數(shù)量與栽培時間及土壤鋅濃度的多元線性回歸分析

3 結(jié) 論

以上實驗結(jié)果表明：在6個鋅濃度水平組實驗中，2 500 mg·kg-1的鋅污染致使吊蘭出現(xiàn)了枯萎和死亡現(xiàn)象，各組栽培時間對土壤微生物的數(shù)量產(chǎn)生影響，土壤重金屬鋅的濃度對微生物有一定的促進作用。栽培時間對微生物數(shù)量的影響大于土壤鋅濃度對微生物數(shù)量的影響，說明通過吊蘭的栽植和生長在一定程度上可以提高微生物活動，改善土壤的環(huán)境，可以作為進一步研究吊蘭修復(fù)鋅污染土壤的參考。