蘇打堿土植物根際土壤微生物與土壤理化特征的關(guān)系

李琳 杜倩 梁素鈺 劉鐵男 王明強 劉旭平 田松巖

摘要：對鹽漬土壤不同植被類型根際土壤微生物區(qū)系分布及其與土壤相關(guān)性的研究，為鹽漬土壤的改良復(fù)墾提供理論依據(jù)。本研究以肇東鹽潰土壤種植的3種不同植被類型植物群落根際土壤微生物為對象，系統(tǒng)分析了不同植被類型土壤微生物區(qū)系分布、土壤理化性狀及其與土壤微生物相關(guān)性。研究結(jié)果表明，3種植物群落根際土壤細(xì)菌和真菌數(shù)量差異顯著，放線菌數(shù)量差異不顯著；銀白楊人工林土壤質(zhì)量相對較好，堿斑草甸土壤質(zhì)量較差；不同植物群落根際土壤微生物細(xì)菌數(shù)量與有機質(zhì)、全氮、全鉀成正相關(guān)，與土壤pH值呈負(fù)相關(guān)；真菌數(shù)量和土壤有機質(zhì)、全氮、全鉀成正相關(guān)和土壤pH值、土壤含鹽量呈負(fù)相關(guān)；土壤放線菌數(shù)量和土壤理化性狀無顯著相關(guān)性。

關(guān)鍵詞：鹽漬土壤；微生物區(qū)系分布；土壤理化性狀；植物根際

中圖分類號：S 714.5

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-O05X（2015）04-0005-05

肇東地處松嫩平原，是世界三大蘇打鹽堿土集中分布區(qū)之一，面積達(dá)342萬h㎡，其中重度及其以上者為30.9%，以碳酸鹽水解形成的蘇打鹽堿土為主，基本不能利用。這一區(qū)域是我國土地次生鹽漬化最嚴(yán)重、對農(nóng)業(yè)影響最大的地區(qū)之一。 植物生長所需的碳源是通過光合作用將空氣中的CO₂固定得到的，而水分的吸收、礦物質(zhì)養(yǎng)分則必須通過根系與土壤的交換途徑進(jìn)入植物體內(nèi)，土壤除了給植物生長提供固定的場所外，還為植物的生長提供必須的養(yǎng)分。植物又通過根系將自身新陳代謝的產(chǎn)物排入土壤，改善并影響土壤性質(zhì)。土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)中最為活躍的組成部分，直接參與土壤有機物降解、營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)、提高系統(tǒng)的抗干擾能力等生態(tài)活動，是表征土壤質(zhì)量變化的重要參數(shù)。因此，植物一土壤一微生物構(gòu)成了植物根系的微生態(tài)環(huán)境。植物與土壤微生物群落聯(lián)系緊密，根系是影響土壤微生物多樣性的主要因素，微生物區(qū)系分布一定程度上代表了土壤有機質(zhì)的活性。根際土壤微生物群落的組成很大程度上影響了植物對逆境的抵抗能力、植物生產(chǎn)力水平及植物的健康狀況。有學(xué)者將微生物群落組成看作是土壤的指紋圖譜，說明了土壤微生物的分布與土壤性質(zhì)及生長的植物有很大的關(guān)系。

近十幾年，根際微生態(tài)學(xué)的研究取得了很多成就，“根際”這一特殊領(lǐng)域成為新的研究熱點。牛世全等選擇河西走廊不同鹽堿程度的11個樣點在春季進(jìn)行采樣，研究了土壤的微生物數(shù)量、酶活和理化性質(zhì)，并對其進(jìn)行方差分析、簡單相關(guān)分析、逐步回歸分析和主成分分析。揭示鹽堿土壤微生物量與土壤因子間的關(guān)系。樊盛菊等選擇濱海鹽堿地為研究對象，通過實驗就鹽生植物根際對土壤中微生物的數(shù)量和酶活性的影響進(jìn)行了初步研究。結(jié)果表明，鹽生植物種植后，根際土壤的微生物數(shù)量比非根際土壤明顯增加，植物根系越發(fā)達(dá)，土壤中微生物的數(shù)量越多。

黑龍江省肇東實驗林場50年來進(jìn)行了大批量的引種試驗。不同的樹種，在長期生長過程中表現(xiàn)出了不同的抗鹽堿能力，樹木的長勢差異顯著。本研究對鹽漬土壤不同植物群落根際土壤微生物區(qū)系分布研究，通過與相對應(yīng)的土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性分析，探討鹽漬土壤理化性質(zhì)與微生物區(qū)系分布的關(guān)系，以揭示不同植被類型土壤微生物區(qū)系分布及其與土壤理化特征的相關(guān)性。試圖尋找對鹽漬土壤恢復(fù)起到正效應(yīng)的微生物種類，為鹽漬土壤的改良復(fù)墾奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

黑龍江省林科院肇東實驗林場（圖1）（125°40'E.46°20'N）位于肇東市宋站宣化鄉(xiāng)境內(nèi)，呈狹長仿垂型分布，總經(jīng)營面積651.2h㎡。該林場地處松嫩平原干旱草原地區(qū)，土質(zhì)貧瘠多鹽堿。海拔160～170m，地勢平坦，相對高差小于10m。該林場處于長白、興安、蒙古植物區(qū)系交界處，原有植被類型為草甸草原，土壤類型為碳酸鹽黑鈣土。1955年建場至今進(jìn)行了批量的引種試驗，已引進(jìn)各類針闊葉喬木樹種及無性系400多種，已營造各種樹木300多hm2的人工林。

本研究選取銀白楊人工純林（圖2，a），樟子松人工純林（圖2，b）和堿蓬堿斑草甸（圖2，c）（堿蓬）3種不同植被類型的樣地，樣地基本信息見表l。

1.2 土壤樣品采集方法

選擇典型地塊按照“S”形隨機采樣法采集土樣，每個植被類型樣地內(nèi)選取9棵樹木，沿著根系用土鉆采集0～20cm土壤樣品，將樣品混合在一起。將采集的土壤樣品置于冰盒內(nèi)帶回實驗室于4℃冷藏保存，土壤微生物相關(guān)測定在一周內(nèi)完成。剩余土壤樣品風(fēng)干后粉碎研磨，通過孔徑0.15mm（100目）土壤篩，用于土壤理化性質(zhì)的測定。土壤樣品采集于2013年9月。

1.3 土壤樣品分析方法

1.3.1 土壤微生物區(qū)系分布分析方法

土壤微生物區(qū)系分布分析采用微生物稀釋平板計數(shù)法進(jìn)行，真菌培養(yǎng)用馬丁培養(yǎng)基（蛋白胨5.0g；葡萄糖（C₆H₁₂0₆）10.0g；磷酸二氫鉀（KH₂，P0₄）1.0g；硫酸鎂（MgS0₄·7H₂0）0.5g；瓊脂18g；1%孟加拉紅水溶液3.3ml；蒸餾水至1000mL；滅菌后涼至60℃加入1%鏈霉素液3ml），細(xì)菌培養(yǎng)用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基（牛肉膏3.0g；蛋白胨10.0g；氯化鈉（NaCl）5.0g；瓊脂18.0g；蒸餾水至1000mL；調(diào)節(jié)pH7.0～7.2），放線菌培養(yǎng)用高氏一號培養(yǎng)基（可溶性淀粉20.0g；硝酸鉀（KN0₃）1.0g；磷酸氫二鉀（K₂HP0₄）0.5g；硫酸鎂（MgS0₄·7H₂0） 0.5g；硫酸亞鐵（FeS0₄·7H₂0）0.01g；氯化鈉（NaCl）0.5g；瓊脂18g；蒸餾水至1000mL，調(diào)節(jié)pH7.2～7.4；滅菌后涼至60C加入3%重鉻酸鉀溶液3.3ml）。接種了土壤懸液的培養(yǎng)皿倒置于280C培養(yǎng)箱中培養(yǎng)一定時間后取出（真菌Sd，細(xì)菌3d，放線菌7d），計數(shù)，細(xì)菌和放線菌選取出現(xiàn)菌落數(shù)在20～200的培養(yǎng)皿，真菌選菌落數(shù)在10-100的培養(yǎng)皿。本實驗選取稀釋度為細(xì)菌10^-4、10^-5、10^-6真菌10^-1、10^-2、10^-3放線菌10^-3、10^-4、10^-5，每個稀釋度重復(fù)3次。計算結(jié)果以cfu（ colony form-ing unit）/g干土表示。

1.3.2 土壤理化性狀分析方法

土壤容重的測定采用環(huán)刀法；土壤含水率采用鋁盒法；土壤pH利用pHS -3C型酸度計測定；土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀滴定法測定；土壤全氮含量采用半微量凱氏法（GB7113-87）利用全自動凱氏定氮儀測定；全磷含量采用鉬銻抗比色法利用紫外分光度計測定；全鉀含量采用原子吸收分光光度法測定；水溶性陰離子采用滴定法測定；水溶性陽離子采用ICP-AES分析儀測定；土壤水溶性鹽含量為各水溶性陽離子與陰離子含量之和。每份樣品各項指標(biāo)重復(fù)測定3次，取其平均值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

方差分析及相關(guān)性分析采用SPSS19.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植被類型土壤微生物區(qū)系分布差異

對不同植被類型土壤微生物區(qū)系分布進(jìn)行統(tǒng)計（見表2，如圖3所示）。

研究結(jié)果表明，銀白楊人工林根際土壤細(xì)菌數(shù)量與樟子松人工林及堿斑草甸根際土壤微生物數(shù)量差異顯著，銀白楊人工林根際土壤細(xì)菌數(shù)量最多為（17.56±4.07）×10⁵cfu/g，各樣地根際土壤細(xì)菌數(shù)量銀白楊人工林>樟子松人工林>堿斑草甸；3種植被類型土壤真菌數(shù)量差異顯著，銀白楊人工林>樟子松人工林>堿斑草甸；土壤放線菌數(shù)量銀白楊人工林>樟子松人工林>堿斑草甸，差異不顯著。

樟子松根際土壤細(xì)菌數(shù)量占微生物總量的92.04%，真菌占微生物總量的4.36%，放線菌占微生物總量的3.60%；銀白楊根際土壤細(xì)菌數(shù)量占微生物總量的93.96%，真菌占微生物總量的3.90%，放線菌占微生物總量的2.14%；堿斑草甸土壤細(xì)菌數(shù)量占微生物總量的比例達(dá)到99.40%，真菌只占微生物總量的0.6%，而可培養(yǎng)放線菌未檢出。

2.2 不同植被類型土壤理化性狀差異

不同植被類型土壤理化性狀分析結(jié)果見表4。

研究所選的3種不同植被群落根際土壤容重為1.48 +0.03～1.88±0.01g/cm³，樟子松人工林根際土壤容重最低，為1. 48 +0. 03 g/cm3，堿斑草甸土壤容重最高為1.88 +0.01g/cm³，土壤容重表現(xiàn)為堿斑草甸>銀白楊>樟子松；不同植被群落根際土壤含水率表現(xiàn)為樟子松人工林最低為（16.72±0.03）%，銀白楊人工林最高為（22.12 +0.03）%，銀白楊>堿斑草甸>樟子松；本研究采用0.01mol/L的氯化鈣溶液作為浸出液測定土壤的pH值。所選的3種不同植被群落根際土壤pH值為均高于7，銀白楊人工林根際土壤pH值最低，為7.22±0.03，堿斑草甸土壤pH最高為9.96 +0.04；土壤養(yǎng)分含量（有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀）銀白楊人工林相對較好，堿斑草甸相對較差；水溶性鹽含量堿斑草甸最高達(dá)到10.62 +0.01g/kg，樟子松和銀白楊較低，分別為0.68 +0.00 g/kg和0.71 +0.01g/kg。

2.3 土壤理化特征與土壤微生物相關(guān)性分析

利用SPSS19.0進(jìn)行不同植物群落根際土壤微生物區(qū)系分布和土壤理化性狀相關(guān)性分析結(jié)果見表5。

由表5可知，不同植物群落根際土壤微生物細(xì)菌數(shù)量與有機質(zhì)、全氮、全鉀成正相關(guān)，與土壤pH值呈負(fù)相關(guān)；真菌數(shù)量與土壤有機質(zhì)、全氮、全鉀成正相關(guān)和土壤pH值、土壤含鹽量呈負(fù)相關(guān)；土壤放線菌數(shù)量和土壤理化性狀無顯著相關(guān)性。

3 結(jié)論

3種植物群落根際土壤微生物區(qū)系分布表現(xiàn)為細(xì)菌數(shù)量與真菌數(shù)量差異顯著，細(xì)菌數(shù)量銀白楊人工林>樟子松人工林>堿斑草甸，真菌數(shù)量銀白楊人工林>樟子松人工林>堿斑草甸，而土壤放線菌數(shù)量銀白楊人工林>樟子松人工林>堿斑草甸，差異不顯著。

對3種植被類型土壤理化特征差異進(jìn)行分析，結(jié)果表明，銀白楊人工林和樟子松人工林根際土壤容重低于堿斑草甸，養(yǎng)分含量（有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀）高于堿斑草甸，pH值和水溶性鹽含量均低于堿斑草甸，銀白楊根際土壤質(zhì)量好于樟子松根際好于堿斑草甸。

土壤理化性狀和微生物區(qū)系分布的相關(guān)性分析結(jié)果表明，3種植物群落根際土壤微生物細(xì)菌數(shù)量和有機質(zhì)、全氮、全鉀成正相關(guān)，和土壤pH值呈負(fù)相關(guān)；真菌數(shù)量和土壤有機質(zhì)、全氮、全鉀成正相關(guān)和土壤pH值、土壤含鹽量呈負(fù)相關(guān)；土壤放線菌數(shù)量和土壤理化性狀無顯著相關(guān)性。

本研究中3種植被類型土壤微生物數(shù)量細(xì)菌>真菌>放線菌，細(xì)菌在微生物數(shù)量中占有絕對優(yōu)勢，與通常土壤微生物數(shù)量表現(xiàn)為細(xì)菌>放線菌>真菌不同，造成這一結(jié)果的原因可能有兩種情況，一是該地土壤中放線菌含量少，二是由于微生物計數(shù)實驗所用的培養(yǎng)基呈pH值中性、營養(yǎng)成分豐富，對于鹽漬土壤優(yōu)勢放線菌來說這一培養(yǎng)方式可能是一種低鹽逆境，因此放線菌的數(shù)量很低。研究結(jié)果表明，植物的種植改善了土壤理化性狀，豐富了土壤微生物群落，“根際”生態(tài)系統(tǒng)中，植物根系、土壤微生物、土壤的相互影響改善了生態(tài)環(huán)境，為輕度鹽漬土壤的恢復(fù)提供理論依據(jù)。