蕭倩雯，林遠(yuǎn)，陳柳諭，鄧碧松，陳小梅

（廣州大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，廣東廣州 510006）

城市綠地是城市生態(tài)系統(tǒng)中的重要子系統(tǒng)，在改善空氣質(zhì)量、緩解城市熱島效應(yīng)、保護(hù)生物多樣性和維持碳氧平衡等方面具有重要作用。隨著城市的不斷發(fā)展，城市綠地類型越來(lái)越豐富，綠地的合理開(kāi)發(fā)與利用也引起重視，不同類型綠地的生態(tài)功能是否一致一直備受關(guān)注。

目前關(guān)于城市綠地土壤質(zhì)量與生態(tài)功能的研究主要集中于城市綠地土壤性狀及特征、植被與土壤理化性質(zhì)關(guān)系、土壤肥力診斷與綜合評(píng)價(jià)、土壤改良與退化等方面，側(cè)重對(duì)土壤理化性質(zhì)進(jìn)行分析［1，2］，對(duì)土壤微生物指標(biāo)的關(guān)注較少［2，3］。土壤微生物可以通過(guò)影響土壤生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及過(guò)程進(jìn)而對(duì)城市綠地生態(tài)功能的發(fā)揮產(chǎn)生影響，其群落組成、種群發(fā)展及生理狀況是反映綠地土壤健康狀況的良好指示器［3］。城市綠地土壤微生物群落受各種生物因素和非生物因素的影響［4］，土壤耕作方式、水分管理、有機(jī)肥料的使用、植被類型以及土壤結(jié)構(gòu)、通氣性、養(yǎng)分狀況等土壤自身特性均可對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響［5，6］。已有研究表明，不同類型城市綠地土壤微生物數(shù)量、群落結(jié)構(gòu)存在差異。蔣炳伸［7］對(duì)鄭州市不同類型綠地土壤微生物特征進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，花卉綠地的土壤微生物數(shù)量、生物量碳氮均高于人工草灌地、人工林地；梁強(qiáng)等［8］研究表明，泰安市不同綠地土壤中的真菌與植被覆蓋率顯著相關(guān)，道路區(qū)的細(xì)菌、真菌數(shù)量均大于居民區(qū)；吳天文等［9］研究發(fā)現(xiàn)，徐州市公園綠地的土壤微生物數(shù)量和微生物量碳氮高于生產(chǎn)、道路交通等綠地。不同城市的研究結(jié)果存在差異，關(guān)于綠地土壤微生物群落結(jié)構(gòu)差異的原因解釋仍不清晰。

不同類型綠地因人為活動(dòng)、養(yǎng)護(hù)水平等的差異在城市生態(tài)環(huán)境中發(fā)揮著不同作用，如學(xué)校教學(xué)區(qū)、生活區(qū)綠地的主要功能是美化環(huán)境；菜地的主要功能是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；公園綠地的主要功能是為城市居民提供休閑、健身場(chǎng)所等［10］。近年來(lái)，由于城市發(fā)展的需要以及高校自身的發(fā)展擴(kuò)張，大學(xué)城成為我國(guó)各地城市建設(shè)的熱潮。大學(xué)城作為城市發(fā)展新區(qū)，承擔(dān)著帶動(dòng)城市文化和教育發(fā)展的重要職能，在布局與建設(shè)上對(duì)環(huán)境質(zhì)量與生態(tài)健康亦有較高要求，其各功能區(qū)綠地生態(tài)功能的發(fā)揮亦值得關(guān)注，但相關(guān)方面的研究仍較為不足。廣州大學(xué)城是一個(gè)距離廣州市中心城區(qū)約17 km的衛(wèi)星城，其綠地類型多樣，且開(kāi)發(fā)和管理時(shí)間較一致，是研究大學(xué)城綠地功能的良好場(chǎng)所。因此，本試驗(yàn)以廣州大學(xué)城的綠地為研究對(duì)象，分析不同類型綠地的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)特征及其影響因子，以期為城市綠化、大學(xué)城綠地建設(shè)的規(guī)劃管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

廣州大學(xué)城位于廣州市番禺區(qū)小谷圍街道，占地17.9 km2，選用衛(wèi)星城的建設(shè)模式，是一個(gè)距離廣州市中心城區(qū)約17 km的高校群體。該地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，光熱充足、溫和多雨，全年溫差相對(duì)較小。

1.2 樣地選取

廣州大學(xué)城綠化面積達(dá)55%，綠地類型多樣。根據(jù)其各功能區(qū)綠地的利用方式、功能用途以及人類活動(dòng)強(qiáng)度，結(jié)合實(shí)際用地情況，本研究選取學(xué)校教學(xué)區(qū)綠地、學(xué)校生活區(qū)綠地、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)綠地（菜地）、公園綠地、濕地和道路防護(hù)綠地6類功能區(qū)綠地作為研究對(duì)象。其中，濕地類型的綠地主要分布于大學(xué)城東、西、南、北4個(gè)方位，由此選取濕地類型樣地4個(gè)；道路防護(hù)綠地選取大學(xué)城內(nèi)環(huán)、中環(huán)和外環(huán)3條道路，由于道路防護(hù)綠地分布范圍廣，故本研究在每條道路均分別選取了3個(gè)不同方位路段的防護(hù)綠地作為樣地，即道路防護(hù)綠地共選取樣地9個(gè)；其余4種類型綠地均分別選取3個(gè)研究樣地。本研究最終共選取樣地25個(gè)，具體包括：學(xué)校教學(xué)區(qū)綠地—華南理工大學(xué)、廣州大學(xué)和中山大學(xué)教學(xué)區(qū)；學(xué)校生活區(qū)綠地—華南理工大學(xué)、廣州大學(xué)和中山大學(xué)生活區(qū)；菜地—穗石村菜地、北亭村菜地和南亭村菜地；公園綠地—貝崗公園、城市公園、中心湖公園；濕地—大學(xué)城東、西、南、北4個(gè)方位的濕地；道路防護(hù)綠地—大學(xué)城內(nèi)環(huán)、中環(huán)和外環(huán)道路的綠地（圖1）。

1.3 樣品采集與處理

2018年1 月，在上述25個(gè)樣地中對(duì)每個(gè)樣地分別設(shè)置3個(gè)1 m×1 m的樣方，使用內(nèi)徑5 cm的土鉆隨機(jī)采集0～10、10～20 cm兩個(gè)土層的土壤。每個(gè)樣地的土壤樣品由3個(gè)樣方同一層次的土壤樣品混合而成，共采集土壤樣品50個(gè)。去除土壤樣品中可見(jiàn)的石塊、根系、動(dòng)植物殘?bào)w等雜物，過(guò)2 mm篩并均勻混合，取三分之二的土樣自然風(fēng)干后測(cè)定基本理化性質(zhì)，另外三分之一的新鮮土樣于4℃冰箱冷藏，用于土壤微生物磷脂脂肪酸（PLFA）分析。

圖1 研究選址分布示意

1.4 樣品測(cè)定與分析

1.4.1 土壤理化性質(zhì)測(cè)定 土壤含水量（W）采用烘干法測(cè)定，土壤pH值用電極電位法測(cè)定，土壤總有機(jī)碳（TOC）、全氮（TN）含量采用Vario EL元素分析儀（Elementar，Hanau，Germany）測(cè)定。

1.4.2 土壤微生物生物量及群落結(jié)構(gòu)測(cè)定 土壤微生物生物量及其群落結(jié)構(gòu)可通過(guò)分析土壤微生物磷脂脂肪酸組分進(jìn)行測(cè)定。根據(jù)Bossio等［11］的方法并作部分調(diào)整，進(jìn)行脂類提取、脂類分離、磷脂的堿性甲醇水解和皂化（甲基化）后，在安捷倫GC 7890氣相色譜儀上采用Sherlock微生物鑒定系統(tǒng)（Version 6.2，MIDI Inc.，Newark，DE，United States）進(jìn)行磷脂脂肪酸的測(cè)定分析。以19∶0脂肪酸甲酯為內(nèi)標(biāo)，確定不同標(biāo)記的PLFAs含量（nmol·g-1）和相對(duì)豐度（%）。

以PLFAs量表征土壤微生物生物量，以各類磷脂脂肪酸表征土壤微生物的不同菌種。根據(jù)已有研究［12，13］，土壤微生物菌種及對(duì)應(yīng)的磷脂脂肪酸標(biāo)記如表1所示。菌種相對(duì)豐度（%）即各菌種PLFAs量在微生物總PLFAs量中所占的比例。為更好地分析各類型綠地的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，本研究計(jì)算了真菌與細(xì)菌的 PLFAs比值（F／B）和革蘭氏陽(yáng)性菌與革蘭氏陰性菌的PLFAs比值（GP／GN）并作進(jìn)一步分析。

表1 磷脂脂肪酸生物標(biāo)記

1.5 數(shù)據(jù)處理

借助ArcGIS對(duì)選址點(diǎn)的空間位置進(jìn)行可視化分析。采用Microsoft Excel2010、Origin 2017軟件整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)。采用SPSS 20.0軟件的單因素方差分析（one-way ANOVA）檢驗(yàn)不同類型綠地的土壤理化性質(zhì)、各類群土壤微生物PLFAs量等的差異，設(shè)置顯著水平為P＜0.05。同時(shí)采用Pearson相關(guān)分析對(duì)土壤環(huán)境因子（W、pH、TOC、TN）與微生物群落指標(biāo)之間的相關(guān)性進(jìn)行檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同類型綠地土壤的理化性質(zhì)

研究結(jié)果顯示（表2），由于采樣季節(jié)為1月旱季，各類型綠地的土壤含水量均較低；在0～10cm，不同類型綠地的土壤含水量（W）和pH差異不顯著（P＞0.05）；在10～20 cm，學(xué)校教學(xué)區(qū)、學(xué)校生活區(qū)、道路防護(hù)綠地的土壤pH值顯著高于濕地（P＜0.05）。兩個(gè)土層中，濕地土壤的TOC含量均為最高，學(xué)校生活區(qū)綠地均為最低；在0～10 cm，菜地和濕地土壤的TN含量顯著高于道路防護(hù)綠地（P＜0.05）；在10～20 cm，學(xué)校教學(xué)區(qū)、學(xué)校生活區(qū)、道路防護(hù)綠地土壤的TN含量顯著低于濕地（P＜0.05）。

表2 樣地的土壤理化性質(zhì)

2.2 土壤微生物PLFAs量的變化

在0～10 cm，土壤微生物總PLFAs量為：道路防護(hù)綠地＞菜地＞濕地＞公園綠地＞學(xué)校教學(xué)區(qū)綠地＞學(xué)校生活區(qū)綠地；在10～20 cm，土壤微生物總PLFAs量為：濕地＞公園綠地＞道路防護(hù)綠地＞菜地＞學(xué)校教學(xué)區(qū)綠地＞學(xué)校生活區(qū)綠地（圖2）。由圖2和圖3可知，土壤微生物總PLFAs量和各類群PLFAs量的變化趨勢(shì)相似，表層土壤的微生物PLFAs量顯著高于亞表層（P＜0.05）；除了10～20 cm的真菌 PLFAs量外，學(xué)校教學(xué)區(qū)、學(xué)校生活區(qū)綠地的土壤微生物總PLFAs量及各類群PLFAs量均顯著低于其他類型綠地（P＜0.05）。

圖2 土壤微生物磷脂脂肪酸總量

圖3 微生物主要類群的磷脂脂肪酸量

2.3 土壤微生物群落結(jié)構(gòu)

研究結(jié)果（圖4）表明，在不同土層中，各類綠地的細(xì)菌群落（含革蘭氏陽(yáng)性菌和革蘭氏陰性菌）占主導(dǎo)地位，其次為放線菌和真菌群落，叢枝菌根真菌相對(duì)較少。學(xué)校教學(xué)區(qū)、學(xué)校生活區(qū)綠地土壤的細(xì)菌、放線菌相對(duì)豐度顯著低于其他綠地類型（P＜0.05）；不同類型綠地的革蘭氏陽(yáng)性菌相對(duì)豐度高于革蘭氏陰性菌，其中學(xué)校生活區(qū)綠地的革蘭氏陽(yáng)性菌、革蘭氏陰性菌相對(duì)豐度均為最低；學(xué)校教學(xué)區(qū)綠地的叢枝菌根真菌、真菌相對(duì)豐度顯著低于道路防護(hù)綠地（P＜0.05）；學(xué)校生活區(qū)、公園、道路防護(hù)綠地的真菌相對(duì)豐度較高，且相互間差異不顯著（P＞0.05）；綠地土壤的叢枝菌根真菌相對(duì)豐度均較小，隨著土層增加，各類綠地的叢枝菌根真菌相對(duì)豐度也在降低。

由圖5可知，隨著土層加深，各類型綠地土壤的真菌／細(xì)菌值（F／B）有增大趨勢(shì)。學(xué)校生活區(qū)綠地土壤的F／B均為最大，且顯著高于菜地和濕地（P＜0.05）。除了公園綠地，其余類型綠地的革蘭氏陽(yáng)性菌／革蘭氏陰性菌值（GP／GN）隨著土層加深均呈增大趨勢(shì)。道路防護(hù)綠地土壤的GP／GN均顯著低于學(xué)校生活區(qū)綠地（P＜0.05）。

圖4 不同土層中土壤微生物相對(duì)豐度

圖5 不同土層中的土壤F／B、GP／GN比較

2.4 微生物群落指標(biāo)與土壤環(huán)境因子相關(guān)性

微生物群落指標(biāo)（土壤微生物總PLFAs量、各菌種相對(duì)豐度、F／B、GP／GN）與土壤環(huán)境因子（土壤含水量 W、pH、TOC、TN）的相關(guān)分析結(jié)果表明（表3），土壤含水量與叢枝菌根真菌相對(duì)豐度呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）；土壤pH與土壤微生物總PLFAs量呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），與細(xì)菌、革蘭氏陽(yáng)性菌、放線菌的相對(duì)豐度呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）；土壤 TOC、TN含量與土壤微生物總PLFAs量及細(xì)菌、放線菌、叢枝菌根真菌、真菌的相對(duì)豐度以及F／B均呈顯著相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），說(shuō)明土壤pH、TOC、TN對(duì)該地區(qū)土壤微生物生物量及微生物的群落結(jié)構(gòu)具有較顯著影響；GP／GN與土壤含水量、pH及TOC、TN含量均無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系（P＞0.05）。

表3 土壤微生物總PLFAs量、相對(duì)豐度與土壤環(huán)境因子的相關(guān)系數(shù)

3 討論與結(jié)論

3.1 不同類型綠地土壤微生物生物量分析

研究結(jié)果表明隨著土層加深，不同類型綠地的微生物總PLFAs量及各主要類群PLFAs量均有所降低，這與表層土壤養(yǎng)分資源相較于底層土豐富有關(guān)［14］。土壤有機(jī)碳是土壤微生物呼吸的底物，也是土壤微生物生長(zhǎng)的能量來(lái)源之一［15］；氮源參與蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)的合成，是微生物生長(zhǎng)和代謝所必需的大量元素［6］。本研究結(jié)果表明，土壤TOC、TN含量與土壤微生物總PLFAs量呈極顯著正相關(guān)，而土壤TOC、TN含量較低的學(xué)校教學(xué)區(qū)、學(xué)校生活區(qū)綠地土壤微生物總PLFAs量亦顯著低于其他類型綠地。土壤環(huán)境因子影響著土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的可利用性，進(jìn)而影響土壤微生物的生長(zhǎng)、活性及群落結(jié)構(gòu)等［15］。土壤pH是重要的環(huán)境因子之一，可對(duì)微生物的吸附、胞外酶的產(chǎn)生與分泌等產(chǎn)生影響［6］。本研究發(fā)現(xiàn)，菜地、公園綠地、濕地土壤在不同土層中均呈酸性，可能與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中肥料、農(nóng)藥使用等有關(guān)。由于土壤微生物總PLFAs量與土壤pH呈顯著負(fù)相關(guān)，在不同土層中，菜地、公園綠地、濕地的微生物總PLFAs量均較高。

城市綠地的土壤性質(zhì)、植被情況和人為擾動(dòng)等是影響土壤微生物生物量等的重要生態(tài)因素［2］，其中植被對(duì)土壤微生物的影響可基于植被凋落物的類型、數(shù)量和根系分泌物等［6］。本研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)校教學(xué)區(qū)、學(xué)校生活區(qū)綠地的土壤微生物總PLFAs量顯著低于其他類型綠地，與孫其遠(yuǎn)［16］得出的道路綠地土壤微生物總量為各綠地類型中最低的結(jié)論不一致。結(jié)合實(shí)際可知，廣州大學(xué)城道路防護(hù)綠地植被覆蓋度普遍較高，有利于土壤微生物生長(zhǎng)所需養(yǎng)分的增加，且相比于大部分城市地區(qū)，廣州大學(xué)城大型道路修建活動(dòng)較少，人為干擾程度不及學(xué)校教學(xué)區(qū)、學(xué)校生活區(qū)綠地，這也促使大學(xué)城道路防護(hù)綠地的土壤微生物總PLFAs量相對(duì)較高。

3.2 不同類型綠地土壤微生物群落結(jié)構(gòu)分析

細(xì)菌相比于其他菌種，更喜歡在相對(duì)濕潤(rùn)的土壤環(huán)境中生長(zhǎng)，受水分和干旱脅迫明顯［17］。廣州大學(xué)城地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候濕潤(rùn)，年降水量豐富，故在各類型綠地土壤中，細(xì)菌群落（含革蘭氏陽(yáng)性菌和革蘭氏陰性菌）均占主導(dǎo)地位，與其他學(xué)者［7，18］的研究結(jié)果類似。

本研究結(jié)果表明，細(xì)菌、放線菌、叢枝菌根真菌、真菌的相對(duì)豐度與土壤TOC、TN含量顯著相關(guān)；學(xué)校教學(xué)區(qū)、學(xué)校生活區(qū)綠地的細(xì)菌相對(duì)豐度顯著低于其他綠地類型，且教學(xué)區(qū)綠地的放線菌、叢枝菌根真菌、真菌相對(duì)豐度顯著低于道路防護(hù)綠地，與蔣炳伸［7］、孫其遠(yuǎn)［16］得出的道路綠地細(xì)菌相對(duì)豐度最低的結(jié)果不一致。細(xì)菌代謝強(qiáng)、繁殖快，可分解各種有機(jī)質(zhì)，是土壤最活躍的因素。本研究中，廣州大學(xué)城教學(xué)區(qū)、生活區(qū)綠地的細(xì)菌相對(duì)豐度顯著低于其他綠地類型可能是由于：一是相比道路綠地，教學(xué)區(qū)、生活區(qū)綠地多是在學(xué)校修建時(shí)建設(shè)，土壤受到一定程度的壓實(shí)作用，同時(shí)存在建筑垃圾、外來(lái)石塊等的填充現(xiàn)象；建成后未有加設(shè)圍欄等保護(hù)措施，受人為踩踏、車輛碾壓等影響較大，土壤容重相對(duì)較高，通氣性較差，加上日常翻動(dòng)、修護(hù)等干擾，故對(duì)較為活躍的細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖相對(duì)不利；二是土壤含水量較低，植被覆蓋不均勻，凋落物較少，為細(xì)菌生長(zhǎng)提供的養(yǎng)分較少。放線菌等類群的發(fā)育遠(yuǎn)比大多數(shù)真菌和細(xì)菌緩慢［19］，廣州大學(xué)城教學(xué)區(qū)綠地土壤的放線菌、叢枝菌根真菌相對(duì)豐度顯著低于道路防護(hù)綠地，這可能由于：一是教學(xué)區(qū)建成時(shí)間較短，可參與分解的動(dòng)植物殘?bào)w等較少；二是道路防護(hù)綠地附近存在一定的自然植被，教學(xué)區(qū)人為干擾的程度較大，枯枝落葉較少，限制放線菌等的發(fā)展。這也體現(xiàn)出土壤環(huán)境及基質(zhì)供應(yīng)的差異對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)等具有重要影響。

真菌／細(xì)菌值可反映真菌和細(xì)菌的相對(duì)豐度以及相對(duì)含量的變化范圍［20］。本研究結(jié)果表明，隨著土層加深，土壤微生物總PLFAs量降低，各類型綠地細(xì)菌的PLFAs量相比于真菌有更大幅度的降低，故隨著土層加深各類型綠地土壤的F／B有增大趨勢(shì)，推測(cè)與較深土層土壤水分、有效養(yǎng)分減少及通氣性降低等相關(guān)。這也說(shuō)明不同微生物類群對(duì)土壤環(huán)境變化的響應(yīng)能力以及敏感程度不同。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，革蘭氏陽(yáng)性菌／革蘭氏陰性菌值可反映土壤質(zhì)量狀況，比值越大則說(shuō)明土壤的有機(jī)碳等越低，土壤營(yíng)養(yǎng)狀況越貧乏［17］。本研究中，除公園綠地外，其余類型綠地的GP／GN隨著土層加深均呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，說(shuō)明大多數(shù)類型綠地的土壤質(zhì)量隨土壤深度的增加而變差，表層土壤肥力質(zhì)量較好，體現(xiàn)出土壤肥力特性的“表聚性”［21］。