土壤的功能范文
時間：2023-12-27 17:57:07
導語：如何才能寫好一篇土壤的功能，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。
篇1
【引言】：隨著城市化和工業化的進程，城市空間的急速膨脹和強烈的人類活動明顯影響著生態系統服務，導致了城市森林的自然生態系統服務的退化[1]。由于城市建設過程中的人為干擾，使得城市土壤貧瘠化、土壤通透性低、土壤速效養分含量少，導致城市綠化樹木生長發育不良，甚至死亡。隨著城市的發展，城市森林凋落物量劇增，而城市綠地管理養護中，凋落物僅作為一種固體廢棄物，進行清掃、填埋或焚燒處理[2]。人為地去除凋落物會造成如降低土壤肥力、破壞土壤理化性質、增加地面徑流和雨水侵蝕和降低生物多樣性等生態影響。了解城市森林凋落物對土壤的生態功能及如何更好地利用凋落物，對保護城市生態環境具有重要的實際意義。
1、存在問題
1.1 城市土壤特有性質
城市土壤受人為活動的影響強烈，使得城市土壤中摻入大量渣礫和硬化材料，這將影響著城市土壤物理、化學、生物學特性和污染狀況[1]。如土壤緊實，碎石、玻璃和木屑等外源侵入物含量高，使得土壤pH偏堿性，有機質含量低和生物活性低等[3]。因此，用傳統的土壤學觀念來指導城市森林土壤的生產和經營活動并不合適。
1.2 城市凋落物概況
隨著城市的發展，城市森林綠地凋落物量劇增，但通常出于市容環境管理的要求，城市凋落物往往被視為城市固體廢棄物，多被清掃收集運走處理，導致凋落物的積累明顯低于鄉村自然林地[2]。這不僅打破了樹木與土壤間的物質循環，使土壤肥力得不到自我維持，土壤質量下降，制約了城市綠地生產力的提高，導致城市綠化樹木生長發育不良，甚至城市森林大片死亡[2]。人為清掃處理凋落物還增加了市容環境管理的壓力，填埋和焚燒等處理手段本身也會帶來特殊的生態影響。
2、 凋落物對城市土壤的生態功能
2.1 凋落物能提高城市土壤養分
凋落物作為植物與土壤的中間環節[4]，是城市土壤自肥能力的來源。城市中有植被覆蓋區域的土壤肥力明顯高于無植被覆蓋區域。研究表明，凋落物平均每增加100g?m-2，土壤有機質、N、P 和K的含量分別提高17.9%、7.6%、26.4%和3.8%。凋落物在增加土壤養分總量的同時，還可以通過增加土壤的氨化、硝化、氮凈礦化速率，使土壤中可利用的養分含量增加，研究表明：土壤添加凋落物后，堿解氮、有效磷和速效鉀含量相比無枯落物時分別增加0.8%～9.2%、5.2%～19.1和2.6%～4.4%[5]。
2.2 凋落物能阻止除草生長
凋落物是生境的重要組成部分。凋落物覆蓋能阻止土壤表面雜草種子得到光照，限制土壤種子的萌發和植株形態的形成。覆蓋層下雜草種子在萌發過程中，在穿透覆蓋物得到光照時，已耗盡貯存的碳水化合物[4]。王俊等[5]研究了凋落物覆蓋對藜蒴種子（Castanopsis fissa）萌發，表明掩埋顯著抑制了藜蒴種子萌發及形成幼苗的過程，隨掩埋深度的增大，這種抑制作用越明顯。
2.3 凋落物能改善土壤物理性質
凋落物主要通過緩沖人為踩踏、減少地表徑流等物理方式改善土壤性狀，如降低土壤容重、有效調節土壤pH值、降低土壤中的鹽基總量等[4]。研究表明，凋落物能使土壤容重平均降10%左右，總孔隙度增大10%～20%，樹種不同，改良結果也會存在一定的差異。凋落物分解緩慢，其未分解時，與土壤緊密接觸，可以降低地表溫度[2，4]。凋落物的涵養水源功能也不可忽視。一方面，凋落物通過增加土壤有機質， 改善土壤結構，提高土壤非毛管孔隙度，貯存更多的水量[2]。另外，凋落物具有較強的吸水能力，可增加土壤持水量，減少地表徑流量[4]。
2.4城市凋落物能吸附城市污染物質
城市土壤中重金屬含量主要受母質和外源輸入影響。研究表明，城市土壤中重金屬含量一般比周圍森林土壤要高。另外，凋落物分解緩慢，能長時間地吸附這些城市污染物，不利于污染物質的擴散。
2.5凋落物能為土壤動物提供庇護
凋落物層是許多昆蟲等小型野生動物的棲息地。賈朋等對長崗山原生動物群落調查時發現，占總數94.99%的土壤原生動物集中在凋落物層，呈現很強的“表聚性”特點。王軍等對廣州市長崗山自然保護區逐月調查表明城市森林的凋落物層蘊藏著豐富的土壤動物類群和數量。這和凋落物層生境條件良好，尤其是水和氧氣含量充分有關。
3 、城市凋落物利用建議
3.1 原地保護
借鑒自然植被的生態過程，在城市綠地中，可以通過建設柵欄或樹池的方式保持枯枝落葉的自然形態，自然分解利用[4]。這種自然分解方式不但省時省力，還為綠地系統提供了自然肥力，給野生的動植物提供有利的生存環境，保證了綠地系統的物種多樣性。
3.2 粉碎覆蓋
樹干和樹枝分解較慢，將收集起來的凋落物剔出垃圾，切割粉碎后的木片和木屑覆蓋在綠地土壤表面，不僅有利于分解，也具有增加土壤有機質和營養物質、抑止雜草、減少土壤侵蝕、降低大氣懸浮物等生態功能。在覆蓋厚度2 cm左右的情況下，一般覆蓋一年能分解70%左右，可以明顯改善綠地土壤質量。
結語
城市是以人類活動為主的生態系統，人為因素對于植物生長的影響不可忽視。城市土壤存在著許多不利于植物生長的特性，但通過園林養護和人為調控可以改善城市生態環境，維持和增強城市森林的生物多樣性。
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篇2
（1杭州市植保土肥總站，杭州310020；2建德市農業局，浙江建德311600；3蕭山區農業局，浙江蕭山311200）摘要：比較了國內外常用的3 種結構改良劑（聚丙烯酰胺、β-環糊精和腐殖酸）對促進粉砂質涂地土壤水穩定性團聚體形成的效果，分析了應用結構改良劑對土壤養分供應能力的影響。結果表明，施用3種結構改良劑均可在一定程度上促進水穩定性團聚體的形成，水穩定性團聚體的數量隨改良劑用量增加而增加。3 種改良劑對水穩定性團聚體的改良效果由高至低順次為：聚丙烯酰胺>β-環糊精>腐殖酸。聚丙烯酰胺和β-環糊精的適用量以0.20%為宜。施用腐殖酸對土壤氮、磷、鉀養分供應影響不明顯；但聚丙烯酰胺和β-環糊精可明顯改變土壤養分的供應狀況。對于施肥后再施用改良劑的土壤，土壤釋放養分的能力有一定的減弱；而對于施改良劑后再施肥料，土壤對化肥中養分的吸持能力減弱，供肥能力增加。
關鍵詞 ：結構改良劑；砂質土壤；水穩定性團聚體；養分供應能力
中圖分類號：S153 文獻標志碼：A 論文編號：2014-0464
Effects of Amendments on Formation of Water-Stable Aggregates and
Supply Capacity of Nutrients in Silty Coastal Soil
Xie Guoxiong1, Ji Shufeng1, Kong Zhangliang2, Ying Jinyao3
(1Hangzhou Plant Protection and Soil-fertilizer Station, Hangzhou 310020, Zhejiang, China;2Agricultural Bureau of Jiande City, Jiande 311600, Zhejiang, China;3Agricultural Bureau of Xiaoshan District, Xiaoshan 311200, Zhejiang, China)
Abstract: A pot incubation experiment was conducted to compare the effects of three structure modifiers(polyacrylamide, β-cyclodextrin, and humic acid), used widely at home and abroad, on formation of waterstableaggregates and supply capacity of nutrients in a silty coastal soil. The result showed that application ofeach of three structure modifiers could improve the formation of water-stable aggregates in the soil, and theamounts of >0.25 mm water-stable aggregates in the soil increased with increasing the rates of the modifiers.The improved effects decreased in the order of polyacrylamide > β-cyclodextrin > humic acid. The optimaldosage of polyacrylamide and β-cyclodextrin for modifying soil structure was about 0.20%. Application ofhumic acid had no significant effect on supply capacity of nutrients in the soil. However, application ofpolyacrylamide and β-cyclodextrin could change supply capacity of nutrients in the soil. The soil, added withmodifiers after application of chemical fertilizers, had weaker supply capacity of nutrients as compared withcontrol without application of any amendments. While the soil, added with chemical fertilizers afterapplication of modifiers, had stronger supply capacity of nutrients as compared with control.
Key words: Structure Modifiers; Sandy Soil; Water-Stable Aggregate; Supply Capacity of Nutrients
0 引言
土壤結構穩定性是土壤理化性狀中一個非常重要的參數，其不僅影響植物生長所需的土壤水分和養分的儲量與供應能力，而且還左右著土壤中氣體交流、熱量平衡、微生物活動及根系的延伸等。水穩定性團聚體的數量可反映土壤結構的穩定性[1-2]。在農業生產中，通過各種途徑提高土壤結構的穩定性將有助于提高土壤的生產力。濱海涂地是浙江省重要的土地資源，其土壤質地和化學性質有較大的空間變化，其中分布在錢塘江兩岸的涂地主要呈（粉）砂質[3]。這些土壤因質地較輕，缺乏無機膠體，土壤有機物質低，土壤多呈散粒狀，在降雨時極易受到沖刷，發生顯著的水土流失。因這些土壤缺乏對有機質保護的礦物膠體，有機物質的礦化速率高，進入土壤的有機物質可在短時間內礦化，有機質不易積累，因此采用常規的施有機肥的方法較難提高這些土壤的水穩定性團聚體，改善土壤的結構性。土壤結構改良劑的研究至今已有一百余年的歷史，目前土壤結構改良劑主要應用于美國、俄羅斯、利比亞、科威特、比利時等石油產品豐富的國家，中國隨著化學工業的發展近年來也逐漸重視。已經研究與應用的結構改良劑包括天然土壤結構改良劑和人工合成土壤結構改良劑二大類，前者包括腐殖酸類、多聚糖類、纖維素類、木質素類等，后者包括聚乙烯醇類、聚丙烯酰胺(PAM)類、瀝青乳劑和聚丙烯腈等[4-6]。這些改良劑在土壤中有較高的穩定性，毒性弱，試驗應用中都顯示出一定的效果，可有效改善土壤結構、提高土壤蓄水能力、提高土溫、增強抗蝕性[7-13]。浙江省土壤改良研究已有較長的歷史，但以往的研究中多采用施用有機肥、石灰和客土法來改善土壤結構性，針對不同土壤結構改良劑對土壤結構性影響研究不多。而一些高分子類的改良劑目前在中國也多用于北方地區的土壤改良[7-9]。為了探索這些改良劑是否適于浙江省砂質土壤的改良，筆者選擇了國內外常用的3 種結構改良劑（聚丙烯酰胺、β-環糊精和腐殖酸），研究其對粉砂質涂地土壤水穩定性團聚體形成的效果，分析了應該結構改良劑對土壤養分供應能力的影響。
1 材料與方法
1.1 試驗材料
1.1.1 供試土壤供試土壤質地呈粉砂質，土壤類型為淡涂砂（屬潮土），采自杭州市蕭山區。采集土壤為耕作層，采樣深度0~20 cm。土樣經風干混勻后用于試驗，土壤理化性狀見表1。
1.1.2 供試改良劑供試改良劑包括PAM、β-環糊精和腐殖酸。PAM是一種人工合成的水溶性高分子有機聚合體，呈白色顆粒；β-環糊精是由直鏈淀粉在由芽孢桿菌產生的環糊精葡萄糖基轉移酶作用下生成的含7個葡萄糖單元的環狀低聚糖類物；腐殖酸是以泥炭、褐煤為原料制成的褐腐酸鈉，是一類多環稠環有機化合物，其結構類似土壤腐殖質。
1.2 試驗設計與方法
試驗因素包括結構改良劑種類、結構改良劑用量、化肥與改良劑施用次序等3 方面。結構改良劑種類包括PAM、β-環糊精和腐殖酸等3 種；結構改良劑用量（以干土為基準）設0.05%、0.10%、0.20%和0.50%，同時設不施結構改良對照；化肥與改良劑施用次序包括先施肥后施改良劑與先施改良劑后施肥等2 種，施入NH4-N、NO3-N、PO4-P 和K等養分（以干土為基準）數量分別為25、25、30、30 mg/kg，相應的化肥分別為氯化銨、硝酸鈉、磷酸二氫鈣和氯化鉀。共有25 個處理，每一處理重復3次。
試驗在直徑25 cm 高20 cm 的塑料容器中進行，用土量各為3.5 kg。供試土壤改良劑施用量和肥料用量根據設定的比例與土壤實際重量計算。對于先施肥料后施改良劑的處理，先將肥料與土壤充分混勻后，加入適量的水，使土壤含水量達到田間持水量的75%左右，裝入培養容器中，培養1 周后，再與需加入的改良劑混勻，重新裝盆；對于先施改良劑后施肥料的處理，先將改良劑與土壤充分混勻后，加入適量的水，使土壤含水量達到田間持水量的75%左右，裝入培養容器中，培養1 周后，再與需加入的肥料混勻，重新裝盆；重新裝盆后繼續培養2 個月，其間，在土表覆3 層砂布以防止加水直接沖刷土壤，培養期間根據重量法加入去離子水使土壤含水量保持在相當于田間持水量的70%~80%。培養2 個月后，利用環刀法測定密度，用濕篩法測定水穩定性團聚體；部分土壤經風干后過2 mm土篩用于有效養分的測定。
土壤pH用電位計測定，土水比為1∶2.5；土壤密度用密度圈測定[14]；土壤中的有機碳用重鉻酸鉀外加熱法測定；NH4-N、NO3-N用2 mol/L KCl 提取，納氏試劑比色法和紫外分光光度法測定[15]。土壤有效磷(OlsenP)用0.5 mol/LNaHCO3(pH 8.5)溶液提取，比色法測定[14]；速效鉀用1 mol/L 醋酸銨提取[14]；鉀用火焰光度計法測定。數據采用Microsoft Excel 2003 軟件處理，本研究數據為3個重復分層土樣分析結果的平均值。
2 結果與討論
2.1 土壤密度
化肥與改良劑施用次序對土壤密度與土壤水穩定性團聚體的組成影響均不明顯，故在研究改良劑施用對土壤密度與土壤水穩定性團聚體影響分析時，把先施肥后施改良劑與先施改良劑后施肥等2 類試驗結果合并統計（表2）。施用改良劑后，土壤密度有所下降（表2），所有施用改良劑的土壤密度均低于對照土壤(1.62 g/cm3)，這一結果表明施用結構改良劑可增加內部孔隙，改善土壤通氣性。其中，當改良劑用量在0.10%以上時，土壤密度都顯著低于對照處理。當結構改良劑用量為0.05%時，只有施用腐殖酸的處理土壤密度顯著低于對照土壤?？傮w上，改良劑降低土壤密度的效果是腐殖酸>β-環糊精>PAM。
2.2 土壤水穩定性團聚體
表2結果表明，施用3種結構改良劑均顯著提高了土壤中的大粒徑團聚體。當相同數量的改良劑被應用時，對水穩定性團聚體的增加效果是PAM>β-環糊精>腐殖酸。土壤經不同濃度的PAM處理后，大團聚體隨PAM濃度的增大而有很大程度的增加，對照土壤因缺乏膠結物質，基本上無>5 mm的水穩定性團聚體，但當施用0.05%PAM后，已出現了約4%的>5 mm的水穩定性團聚體；當PAM 施用濃度增大至0.10%和0.20%時，>5 mm的水穩定性團聚體呈成倍增加，當PAM的施用量從0.20%至0.50%時，>5 mm的水穩定性團聚體增幅有所減緩。同樣，對于>2 mm和>0.25 mm水穩定性團聚體，當PAM施用量在0.20%以內時，其增幅非常明顯，當PAM施用量從0.20%增至0.50%時，水穩定性團聚體的增幅逐漸減緩。這表明對于研究土壤，添加0.20%濃度的PAM已足夠維持其較高的水穩定性團聚體的數量。施用β-環糊精對土壤各粒級水穩定性團聚體的影響的變化趨勢基本上與施用PAM相似，其合適的用量也約為0.20%，但施用β-環糊精增加土壤水穩定性團聚體的幅度均低于PAM，特別是其對>5 mm團聚體的影響明顯小于PAM。施用腐殖酸對>5 mm和>2 mm水穩定性團聚體形成的促進作用相對不明顯，特別是當其添加濃度低于0.10%時，幾乎對>5 mm和>2 mm水穩定性團聚體沒有影響，但對于>0.25 mm水穩定性團聚體的形成影響較為明顯，這說明施用腐殖酸對2.00~0.25 mm 粒級的團聚體形成影響較大。但施用腐殖酸的水穩定性團聚體的數量也只有施用PAM團聚體的一半略多。水穩定性團聚體隨腐殖酸濃度的增加似乎沒有像施用PAM和β-環糊精在高濃度時減緩的現象，前者隨濃度增加呈直線增加。
2.3 土壤有效養分
從表3和表4的分析結果可知，先施肥后施改良劑與先施改良劑后施肥這2 類處理的土壤養分隨結構改良劑施用與否及改良劑施用量增加的變化趨勢并不相同。對于先施肥后施改良劑的處理，與對照比較，添加PAM和β-環糊精等2 種結構改良劑后，土壤中NH4-N、NO3-N、有效磷和速效鉀含量呈現下降趨勢（表3），下降程度隨改良劑添加量的增加而呈現增加。但添加腐殖酸對養分影響不明顯。而對于先施改良劑后施肥的處理，與對照比較，添加PAM和β-環糊精等2 種結構改良劑后，土壤中NH4-N、NO3-N、有效磷和速效鉀含量呈現增加的趨勢（表4），上升程度隨改良劑添加量的增加而呈現增加。導致二者差異的原因可能是結構改良劑與土壤、養分間發生了一定的作用。
3 討論
以上研究結果表明，施用改良劑后土壤密度有所下降，改善了土壤通氣性，這顯然與改良劑改變了土壤結構組成有關。有研究表明[16]，土壤結構改良劑多屬于保水劑，它們可導致土壤體積膨脹，降低土壤密度。孫云秀等[17]的田間試驗表明，地表噴施土壤結構改良劑，可降低密度0.01~0.03 g/cm3，增加孔隙度8.0%~8.3%。汪德水[18]的試驗表明，施用干土重量0.05%~0.30%的PAM可降低密度6%~10%，增加透氣性0.20~3.53倍。
施用3 種結構改良劑均顯著提高了土壤中的大粒徑團聚體，但不同改良劑的作用效果有所差異，并隨改良劑施用量的變化而變化。腐殖酸對土壤水穩定性團聚體形成的促進作用不及PAM和β-環糊精，可能與腐殖酸的分子鏈相對較短有關。PAM和β-環糊精為典型的高分子化合物，由于它們的分子量高，單個分子鏈上所能結合的土壤顆粒越多，因此形成的聚合物的穩定性較高。它們與土壤物質的作用機理可能與這些改良劑含有羧基、羥基、胺基、磺酸基、季銨鹽基等，可通過氫鍵、范德華力或通過陽離子橋等與土壤顆粒結合[16]。Wallace 等[19]認為高分子化合物與分散的土壤顆粒之間可通過以吸附、纏繞、貫穿或形成化學鍵等方式捕捉分散土粒使之凝聚成團粒，它使土壤大團聚體數目增加，并且使土壤形成體積很大的絮團，增加土壤表面粗糙度。
試驗表明，先施肥后施改良劑與先施改良劑后施肥這2 類處理的土壤養分隨結構改良劑施用與否及改良劑施用量增加的變化趨勢并不相同。導致二者差異的原因可能是結構改良劑與土壤、養分間發生了一定的作用。對于先施肥后施改良劑的處理，首先是養分與土壤發生作用，土壤對養分發生了一定的吸附作用，之后添加的改良劑覆蓋在含有肥料的土壤外部，起到了土壤養分與提取劑之間的隔離作用，減弱了土壤養分的釋放強度，這種作用類似于緩釋肥料。相反，對于先施改良劑后施肥的處理，首先是土壤與改良劑發生了作用，改良劑在土壤表面形成的一層保護膜，減弱了之后加入的肥料中養分離子與土壤的作用。由于改良劑添加量越高，形成的保護膜越厚，隔離作用越明顯，導致了土壤養分釋放強度隨改良劑用量的增加而增加。這種效應與有人建議在磷肥中加入一些有機肥或高分子化合物可以降低土壤對磷的固定、增加磷肥利用率的原理相同[20]。但當土壤對肥料中養分固定、吸持作用較弱時，可能也會加速養分的淋失損失[20]。而腐殖酸的作用不明顯，可能與腐殖酸的這種隔離作用不明顯的關，特別是有效磷的提取劑對腐殖酸也有一定的提取效果。
4 結論
研究結果表明，聚丙烯酰胺、β-環糊精和腐殖酸等3 種結構改良劑均可在一定程度上促進粉砂質涂地土壤水穩定性團聚體的形成，水穩定性團聚體增加數量隨改良劑用量增加而增加。對水穩定性團聚體的改良效果由高至低順次為：聚丙烯酰胺>β-環糊精>腐殖酸。在研究的改良劑施用范圍內(0~0.50%)，聚丙烯酰胺和β-環糊精的適用量以0.20%為宜，而水穩定性團聚體隨腐殖酸用量增加呈線性增加。施用聚丙烯酰胺和β-環糊精可明顯改變土壤養分的供應狀況。對于施肥后再施用改良劑的土壤，土壤釋放養分的能力有一定的減弱；而對于施改良劑后再施肥料，土壤對養分的吸持能力減弱，供肥能力增加。但施用腐殖酸對土壤氮、磷、鉀養分供應影響不明顯。
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篇3
【關鍵詞】土壤微生物 環境脅迫 響應機制
作為生態安全系統的重要組成部分，土壤生態系統在微生物作用下充分發揮自身的生態功能。尤其在環境問題比較突出的背景下，生態系統穩定性很大程度上由微生物脅迫能力進行反映。因此通過通過生態系統穩定性受土壤微生物影響分析、環境脅迫影響以及土壤微生物對環境脅迫響應的關系研究響應機制具有十分重要的意義。
一、土壤生態系統穩定性受土壤微生物影響分析
在分析土壤生態系統穩定性受土壤微生物影響過程中，首先需提及微生物的多樣性特征。根據以往學者分析，認為系統中的能量在發生流動或物質進行循環的過程中，微生物發揮著不可替代的作用，能夠對生態系統功能進行維持。但從方法學角度，微生物影響機制受其自身多樣性特點影響仍有待于明確。對此在長期研究與實踐中對其多樣性生命層次進行總結，具體氛圍群落內生物多樣性、群落之間的多樣性以及不同區域所表現的多樣性特點。而研究中的土壤生態系統穩定性主要指在外界環境干擾下系統能夠從結構、功能等各方面保持穩定性且具有一定的恢復能力與抵抗能力。以往在土壤真菌多樣性試驗過程中可發現系統的穩定程度會隨多樣性的豐富程度逐漸升高。再如Wittebolle所研究的系統穩定性受反硝化細菌群落的影響，發現微生物均勻程度以及物種的豐富度也會產生重要的作用。
二、土壤生態系統穩定性受環境脅迫的影響分析
（一）環境脅迫中土壤微生物響應分析
對環境脅迫的概念可理解為生物體生存過程中環境所帶來的壓力，或生態系統在環境影響下的發展受到一定的約束，通常表現為UV-B輻射、鹽堿脅迫、干旱脅迫以及冷害脅迫等。從土壤生態系統角度，其環境脅迫主要來源于土壤污染，特別在重金屬污染方面，對微生物群落結構與微生物數量等造成嚴重影響，不利于土壤生態系統功能的發揮。也因如此，許多學者對重金屬影響進行一系列分析，如針對氮循環微生物，可將土壤添加其中并培養一段時間，其中土壤在汞濃度梯度方面不同。通過試驗發現硝化潛勢隨汞濃度的提高而逐漸減弱，證明貢脅迫下這種微生物在功能上能夠自行恢復。另外，生態系統穩定性的反應也可通過微生物對一次干擾響應與二次干擾響應表現的不同特征進行反映。根據試驗可發現一次脅迫與二次脅迫在因子上具有極高的相似程度，能夠形成協同耐受性。而二者關系在一定條件下又表現出很大的差異，其原因在于響應上的不同。若對環境脅迫響應的類群消失后，便會出現新的類群，這些類群所表現的特征很容易對脅迫產生耐受性。
（二）以定量描述的方式分析
由前文可知，土壤微生物對其生態系統穩定性能夠產生很大的影響，這就要求利用定量的方式對環境擾動與系統穩定性間的關系進行描述。其中生態系統的恢復能力與抵抗能力計算中可利用樣品在環境擾動前后所表現的不同進行比較，并利用相應的計算公式如土壤間差異、土壤在擾動下的變化以及綜合計算方式等。通過這種定量描述方式，微生物多樣性與土壤生態系統穩定性間存在的數量關系能夠得到正確的分析與判斷。
三、土壤微生物對環境脅迫響應機制分析
（一）從抗性基因與微生物水平轉移角度
從前文中重金屬對土壤微生物的影響可分析，其恢復能力與抵抗能力的產生主要受四方面因素影響，即：第一，原有敏感性物種逐漸被耐受性物種所取代。第二，重金屬中具有抗性特征的基因會發生水平轉移。第三，抗性物種很可能受遺傳變異的影響而出現。第四，重金屬生物有效性的逐漸降低。通過一定的試驗研究便可推出土壤微生物群落多樣性與其自身結構很容易受抗性基因與微生物的水平轉移而影響，這樣環境脅迫下的微生物群落在恢復能力以及抵抗能力等方面將逐漸提高。
（二）從功能冗余角度
功能冗余常發生在土壤微生物群落中，其具體指為物種的生態功能在一定條件下可能發生重疊情況，在一類群消失后，生態系統功能會在新類群作用下仍能夠保持正常狀態。很多情況下，受環境擾動影響，微生物群落結構很可能發生改變，這時功能冗余的作用將充分發揮出來以確保群落的正常功能得以維持。因此有試驗研究表明，盡管環境脅迫影響下微生物群落可能無法以較快的速度向其初始狀態進行恢復，但生態系統不會受其變化影響。其原因在于新微生物群落與原有微生物群落存在重疊的功能冗余單元，而且群落整體水平不會受群落內部功能單元的不同受到影響，這樣對土壤生態系統穩定性不會造成影響。
四、結論
在分析環境脅迫下土壤微生物的響應機制過程中，應注意結合土壤生態系統穩定性受土壤微生物影響、土壤生態系統穩定性受環境脅迫的影響分析，從而確定土壤微生物對環境脅迫響應機制。除文中所分析的響應機制外，也存在其他機制如生物細胞在環境脅迫下發生的變化等。因此實際研究過程中對響應機制的分析應不斷完善，確保其能夠為土壤污染修復工作提供參考依據。
參考文獻：
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篇4
關鍵詞：綠地土壤；重金屬；環境質量評價；長春市
中圖分類號：X825文獻標識碼：A文章編號：0439－8114（2011）12－2421-03
Heavy Metal Pollution in Green Space Soil of Chaoyang District, Changchun City
LIU Gang，JIN Yan－ming，HU Hao
（Graduate School of Jilin Agricultural University，Changchun 130118，China）
Abstract： To investigate the soil heavy metal pollution status of several important function zones in Chaoyang district， Changchun city， 15 soil samples were collected from community， schools， squares， parks and street． Analyses on physicochemical properties including pH， soil organic matter， available N， available P and available K were conducted． The content of heavy metals（Cu，Zn，Pb，Cd） in soil samples was determined by atomic adsorption spectrophotometry． Adopting the single factor index and Nemerow multi－factor index methods， the pollution indices were calculated to assess the pollution extent． Cu pollution index of sample area C1 （Nanhu square）， E1 （Jiefang road） and E2 （Kaiyun street） were higher and the maximum of them were 2．03， which showed that these areas were in the status of light Cu pollution． All pollution factors in other areas were potential． The evaluation result of Nemerow synthetic pollution index method indicated that all soil in sample areas was slightly polluted． The pollution sources of heavy metals were mainly large－scale enterprises， then some ordinary enterprises．
Key words： green land soil； heavy metal； evaluation of soil environmental quality；Changchun city
長春市是我國重要老工業基地之一，目前基本形成以交通運輸設備制造業為主體、門類比較齊全的工業體系。隨著社會的不斷進步，工業的發展和人口的增加，長春市土壤已受到一定程度的重金屬污染［1］。相關研究表明，交通運輸、工業排放、市政建設和大氣沉降等造成城市綠地土壤重金屬的污染越來越嚴重［2，3］。土壤中的重金屬不僅影響和改變城市土壤的生態功能，危害人體健康，而且制約了城市的可持續發展。
由于城市綠地土壤的研究報道較少，且多數是以較大范圍的城市和農村土壤相結合進行調查研究，而對城市中單獨一個區域還很少有人進行過系統的分類調查。為此，以長春市朝陽區綠地土壤按不同功能區特點進行分區，在功能分區典型的地點進行采樣，通過相關的試驗和分析，試圖了解不同的功能區土壤重金屬污染情況、污染特征、污染的空間分異性，為長春市的城市園林綠化和養護提供科學依據。
1材料與方法
1．1樣區的選擇
樣區設置在長春市朝陽區，按功能區劃分選擇有代表性的土壤，分別為A．小區、B．學校、C．廣場、D．公園、E．街路，共采集了150個混合土樣，具置見圖1。
1．2土樣的采集、處理與分析
根據城市土壤特點，選擇代表區進行采樣，在選定區域上以“S”形選擇9個點，在各點取0～20 cm土層土樣，在塑料薄膜上將各點土壤均勻混合，用四分法逐次棄去多余部分，最后將剩余的1 kg左右的平均樣品裝入樣袋，帶回實驗室。土壤樣品經風干、磨細過篩（1.00 mm、0．25 mm土壤篩），用于測定土壤pH值（電位法）、有機質（重鉻酸鉀容量法――稀釋熱法：K2Cr2O7－H2SO4）、土壤速效磷（Olsen法：0．5 mol／L NaHCO3，pH值8．5）、速效鉀（1 mol／L NH4OAc，pH 值7．0）、土壤重金屬元素Cu、Cd、Pb、Zn的濃度（HF－HClO4消煮法）［4］。
2結果與分析
2．1土樣理化性質和重金屬濃度
城市綠地土壤多為攪動的深層土、建筑垃圾土、回填土等，其土層變異性大，呈現巖性不連續特性，導致不同土層的有機質含量、pH值、容重及與其有關的孔隙度、含水量有顯著差異。城市土壤土層排列凌亂，許多土層之間沒有發生學上的聯系，多為沙石、垃圾和土所組成，有機質含量少［5］。土樣理化性質測定結果見表1，重金屬濃度比較見圖2。
從各土樣采集地點的功能區劃分來看，E1、E2、E3號街路綠地土壤的pH值、容重較高；D1、D2、D3號公園綠地土壤的孔隙度、含水量、有機質、速效氮、速效磷、速效鉀相對較高，這與公園土壤所處的生態環境有一定的關系。
從各土樣采集地點的功能區劃分來看，E1、E2號街路的Cu、Cd重金屬含量都較高，A1、A2號居住小區的土壤含Zn量較高，C1、C2號交通要塞的土壤含Pb量較高。
2.2評價方法
土壤污染評價是土壤環境質量現狀評價的核心部分，主要包括單項（單因子）污染評價和多項（多因子）污染綜合評價［6］。
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2．2．1單項污染分級指數法污染分級標準參考吉林省地質調查院《東北平原長春經濟區區域環境地球化學調查與評價》項目報告，以測區土壤地球化學背景為基礎，借鑒國家土壤環境質量標準，確定污染分級標準。以測區背景上限為重金屬元素累積起始值（Xa），國家土壤環境質量標準的二類標準作為污染起始值（Xc），土壤環境質量標準的三類標準作為重污染起始值（Xp）（表2）。
污染分級指數是指某一污染物影響下的環境污染指數，可以反映出各污染物的污染程度。根據公式（1）計算出的單項污染分級指數，對單項污染程度進行分級。
Ci≤Xa時，Pi＝Ci／Xa
Xa＜Ci≤Xc時，Pi＝1＋（Ci－Xa）／（Xc－Xa）
Xc＜Ci≤Xp時，Pi＝2＋（Ci－Xc）／（Xp－Xc）（1）
Ci≥Xp時，Pi＝3＋（Ci－Xp）／（Xp－Xc）
式中，Pi為污染分級指數，Ci為土壤中污染物i的實測濃度值，Xa為累積起始值，Xc為污染起始值，Xp為重污染起始值。土壤單項污染指數評價標準見表3。
2．2．2內梅羅綜合污染指數法單項污染分級指數法評價長春市土壤重金屬污染狀況，只能分別了解每種重金屬在長春市表層土壤的污染狀況。內梅羅綜合指數法評價長春市土壤重金屬污染狀況則可以了解這4種重金屬在長春市表層土壤的綜合污染狀況。
為了突出環境要素中濃度最大的污染物對環境質量的影響，采用內梅羅綜合污染指數法對研究區土壤重金屬污染進行綜合評價［6，7］，計算公式為：
P綜＝［（Pimax2＋Piave2）／2］1／2 （2）
式中，P綜為內梅羅綜合污染指數，Pi為單項污染分級指數，計算公式見公式（1），Pimax為所有元素污染指數最大值，Piave為所有元素污染指數平均值。內梅羅綜合污染指數反映了各種污染物對土壤的作用，同時突出了高濃度污染物對土壤環境質量的影響，可按內梅羅綜合污染指數劃定污染等級，其中土壤污染評價標準見表4。
2．3土壤重金屬污染評價
評價方法采用單項污染指數法和內梅羅綜合污染指數法。內梅羅綜合污染指數全面反映了各污染物對土壤污染的不同程度，同時又突出高濃度對土壤環境質量的影響，因此用來評定和劃分土壤質量等級更為客觀。評價結果見表5。從表5中的單項污染分級指數可以看出，樣區A3、B1、B2、B3的土壤Cd質量等級為清潔，樣區C1、E1、E2的土壤已受到Cu的輕污染；其他樣點的各項污染因子為潛在污染。從各樣區綜合污染指數可知，土壤均受到輕度污染，這是由于樣區周圍沒有較大規模的重金屬污染企業，而其他污染源的污染也應得到足夠重視，如汽車尾氣中的Pb、居民生活垃圾中的Zn等。E1、E2的綠地土壤如果不進行適當的養護管理，慢慢也會變成重度污染。
對各功能區重金屬單項污染平均值進行比較，Cu單項污染的大小順序為小區＜學校＜公園＜廣場＜街路；Zn單項污染的大小順序為學校＜廣場＜街路＜公園＜小區；Pb單項污染的大小順序為小區＜學校＜公園＜廣場＜街路；Cd單項污染的大小順序為學校＜小區＜公園＜廣場＜街路；各功能區重金屬平均值綜合污染進行比較，其大小為學校＜小區＜公園＜廣場＜街路。
3結論與討論
1）長春市朝陽區表層土壤中各重金屬元素含量變化范圍較大，表明城市表層土壤中重金屬元素已在一定程度上受到人為源輸入的影響，但與其他開發歷史較長的城市相比，長春市城區表層土壤中重金屬元素含量總體上較低。
2）分析結果表明，長春市城區表層土壤中不同重金屬來源存在著差異，其中Cu、Pb和Zn主要來自交通污染；而工業污染和居民生活污染也不容忽視，Cd主要來源于工業源及化肥施用。
3）試驗選取具有代表性樣區，其結果反映朝陽區目前總體的重金屬污染的現狀，但還需對多種樣品（如土壤樣品、大氣干濕沉降樣品、水樣品、植物樣品、有機樣品等）進行綜合分析研究，想要更加準確地反映該區的土壤質量，需要更進一步的詳細調查。因此，在進行重金屬源解析時應該結合各元素含量的空間分布特征及其周圍環境狀況進行更加詳細的研究。
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篇5
關鍵詞：退化喀斯特植被；恢復序列；BIOLOG－ECO測試法；土壤微生物群落；孔顏色平均變化值
中圖分類號：Q938．1＋5；S154．37文獻標識碼：A文章編號：0439－8114（2011）12－2416-03
Changes of Soil Microbial Community’s AWCD during the Restoration of Degraded Karst Vegetation in Huajiang of Guizhou
WEI Yuan1，3，ZHANG Jin－chi2，YU Yuan－chun2，YU Li－fei3
（1． School of Resources and Environmental Management， Guizhou College of Finance and Economics， Guiyang 550004， China；
2．College of Forest and Environment， Nanjing Forestry University， Nanjing 210037，China；
3． College of Forestry， Guizhou University， Guiyang 550025，China）
Abstract： The average well color development（AWCD） of soil microorganism community in rhizosphere， non－rhizosphere， different microhabitats and different soil layers during the restoration of degraded karst vegetation was studied using the BIOLOG－ECO test methods． AWCD of non－rhizosphere soil were significantly lower than that of rhizosphere soil in four recovery stages． which indicated that the number of microbial individual and population in rhizosphere soil of degraded karst forest during restoration was more． The metabolic function of soil microorganism community took on vertical change characteristic． AWCD of A layer soil were significantly higher than B layer soil in four recovery stages， which meant that the ability of soil microorganisms using single carbon substrate decreased with the increasing of soil depth． AWCD of soil microorganisms in rhizosphere， non－rhizosphere， different microhabitats and different soil layers increased with the prolonging of incubation time． The ability of soil microorganisms using single carbon substrate was weak at the beginning， then strong， weak at last， and was the strongest during 48 h to 144 h of incubation time． Moreover， the change of AWCD of soil microorganisms in different vegetation restoration stage was as follows， arboreal community stage ＞ shrubby community stage ＞ herbaceous community stage ＞ bare land stage， indicating that the number of soil microbial species and individuals increased gradually with the vegetation restoration． The increase of soil microbial species and individuals could promote material cycling and energy flow of soil， improve soil quality， and was helpful for the restoration and reconstruction of degraded karst vegetation．
Key words： degraded karst vegetation； restoration sequence； BIOLOG－ECO test methods；soil microbial community； average well color development （AWCD）
土壤是植物生長的主要環境因子之一，退化喀斯特植物群落的演替過程也是植物與土壤相互影響和作用的過程。退化喀斯特植物群落動態變化的最根本反映是演替。植物群落動態變化過程物種的出現與消亡是由于群落內部的生物機制與外部環境相互作用而產生，在這個動態過程中群落內部的相互作用機制在制約物種的消亡中扮演了比較重要的角色［1，2］。Xu等［3］研究了火山森林植被與溫度對土壤微生物活性的影響， 蔡艷等［4］對茶園土壤微生物區系和酶活性進行了研究，Zhang等［5］研究了典型喀斯特動態系統的環境敏感性，任京辰等［6］進行了土壤的養分庫量、微生物活性與功能及土壤酶活性等化學分析，指出在分析喀斯特土壤和生態系統退化過程的本質以及評價生態恢復的效應時，不僅應將微生物生物量碳和總養分庫指標作為喀斯特退化土壤恢復的指標，更應將微生物區系的質量和功能指標納入關鍵評價內容。
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土壤微生物群落代謝功能信息對于明確不同環境中微生物群落的作用具有重要意義。隨著退化喀斯特植被的恢復，土壤微生物群落的數量和多樣性都會受到影響，從而間接地影響到土壤中的各種生物化學轉化過程，最終影響土壤肥力和土壤生態系統的平衡。采用 BIOLOG－ECO微平板碳源底物利用為基礎的定量分析，為描述微生物群落功能多樣性提供了一種簡單、快速的方法［7－9］。以BIOLOG－ECO微平板微生物分析系統為主要手段，研究了貴州喀斯特高原生態綜合治理示范區不同恢復階段土壤微生物群落AWCD的變化，以期為研究退化群落恢復機理，構建恢復技術體系提供科學依據。
1材料與方法
1．1研究區概況
研究區概況參見文獻［10］。研究區內退化植被恢復過程分為裸地階段（Ⅰ）、草本群落階段（Ⅱ）、灌木群落階段（Ⅲ）和喬木群落階段（Ⅳ）4個階段。各階段主要組成物種參見文獻［10］。
1．2供試材料
1．2．1供試土樣供試土壤樣品采自貴州的花江退化喀斯特植被不同恢復階段（裸地階段、草本群落階段、灌木群落階段、喬木群落階段）的不同生境（土面、石槽、石溝、石縫、石洞、石面）、不同層次（A層和B層）及根際、非根際的土壤。土壤采集方法及供試土壤的基本情況參見文獻［10］。
1．2．2儀器設備BIOLOG－ECO微平板購自美國BIOLOG公司（BIOLOG Inc.，Hayward，CA，USA），酶標儀為美國寶特公司生產的ELX 808型動力學定量繪圖酶標儀。
1．3BIOLOG-ECO微平板分析
土壤微生物群落功能多樣性采用BIOLOG-ECO測試法［11－13］。微生物底物利用模式用含有31種不同底物和一個空白（水）的BIOLOG－ECO微平板。具體操作參見文獻［10］。
土壤微生物群落BIOLOG-ECO代謝剖面的表達采用每孔顏色平均變化率（Average well color development，AWCD），AWCD的計算公式為：
AWCD＝Σ（C－R）／n
其中，C為每一個微孔的光密度值， R為
BIOLOG-ECO微平板空白微孔的光密度值，n為
BIOLOG－ECO微平板碳源底物的種類，n＝31。
1．4數據處理
應用Excel 2003和SPSS 12．0對BIOLOG－
ECO微平板培養測試的數據進行統計分析。
2結果與分析
BIOLOG－ECO微平板AWCD是反映土壤微生物群落功能多樣性的一個重要指標［14］。從理論上分析，土壤微生物個體數量多且種群豐富，AWCD可達到較大值；若土壤微生物個體數量少而種群豐富，則開始時AWCD較小，但隨著培養時間延長，微平板中豐富的碳源底物使微生物不斷繁殖，所以AWCD逐漸增加；若種群豐富度差（即種類少），而某些種類的微生物數量多，則培養開始時AWCD增加較快，但較早達到最大恒定值，因為當能被利用的碳源底物消耗盡以后，AWCD就不再增加。因此，土壤中不同的微生物群落結構會產生不同的碳源底物利用模式。
2．1根際和非根際土壤AWCD的變化
在土壤中，由于根際是一個特殊生態環境，因此在根際的土壤微生物比非根際的土壤微生物在數量和類型上都要多，它們在根系上的繁殖和分布受根系生長發育的影響而表現出較為明顯的根際效應。因此根際土壤微生物群落成為研究的熱點。
土壤AWCD的根際和非根際變化如圖1。從圖1可見，根際、非根際土壤AWCD的變化均隨植被恢復而增加，且表現出R＞S的特點，與非根際土壤相比，植被恢復過程中根際土壤微生物個體數量多且種群豐富。這主要是因為根際分泌物多，為土壤微生物提供了豐富的碳源和能源，促進了土壤微生物的活動與繁殖。3個恢復階段根際、非根際土壤AWCD均隨培養時間的延長而提高，可以看出在36 h之內AWCD很小，表明在36 h之內碳源底物基本上未被土壤微生物利用，在48 h以后，AWCD急劇升高，說明此時碳源底物開始被微生物大幅度地利用，根際土壤微生物利用碳源底物的能力較非根際強，此后的96 h內碳源底物的利用都呈較快增長的態勢，144 h AWCD基本達到最大恒定值（R＞S），土壤微生物利用碳源底物的能力基本穩定。
2．2AWCD的垂直變化
植被恢復過程中AWCD的垂直變化如圖2。圖2中反映了BIOLOG－ECO微平板中A、B層土壤樣品AWCD隨培養時間變化的情況。從圖2中可以看出，4個恢復階段AWCD在土壤剖面上均表現出垂直分布特征，即A層AWCD高，隨著土層深度的增加，B層土壤逐漸降低，不同土層深度土壤AWCD不同，表現為A＞B層的特點，變化趨勢基本一致，分析表明與B層土壤相比，A層土壤微生物個體數量多且種群豐富，利用單一碳源底物的能力強。植被恢復過程中土壤AWCD均隨著土層的加深而急劇減小，這主要是由于土壤表層積累了較多的枯枝落葉和腐殖質，有機質含量高（A層土壤有機質是B層的1．404倍），有較充分的營養源以利于土壤微生物的生長，且土壤容重變小，空隙度變大，水熱條件和通氣狀況好，有利于土壤微生物活動，使微生物生長更旺盛；隨著土層的加深，有機質及水氣條件變差，從而使得微生物數量大大減少，利用碳源底物的能力減弱，AWCD也隨之減小。土壤垂直剖面的AWCD均呈現出隨植被的恢復而增大的變化特點，這與土壤微生物的數量變化相一致［9，15］。4個恢復階段土壤垂直剖面的AWCD均隨培養時間的延長而增大，微生物利用單一碳源底物的能力表現出“弱―強―弱”的變化趨勢，說明土壤微生物在培養時間48～144 h之間利用單一碳源底物的能力最強。
2．3AWCD的生境變化
AWCD是反映土壤微生物活性，即利用單一碳源底物能力的一個重要指標［16］。退化喀斯特地區高度異質性的生境中微生物的數量不同，其利用單一碳源底物的能力也不同。圖3分析了退化喀斯特植被恢復過程中6種小生境內土壤微生物利用單一碳源底物的能力。
由圖3可見，4個恢復階段6種小生境內AWCD均隨培養時間的延長而增大，說明微生物活性隨培養時間的延長而增強。植被恢復過程中不同生境土壤微生物利用單一碳源的能力的大小順序裸地階段為石槽＞石溝＞土面＞石縫＞石洞＞石面，草本群落階段為石溝＞石槽＞石縫＞土面＞石面＞石洞，灌木群落階段和喬木群落階段為石溝＞土面＞石槽＞石面＞石縫＞石洞。隨著植被恢復，不同生境土壤微生物利用單一碳源底物的能力總體上表現為石溝生境最強，因為石溝內小氣候受兩側石面和土面的影響，具有排水、土壤物質交換較通暢、抗澇抗旱能力強的特點，微生物數量多且種群豐富。植被恢復早期，石面生境AWCD最小，而后期卻比石洞、石縫兩個生境的大，這是因為石面表面沒有成片土壤，表面多不平，凹陷處可積累枯枝落葉，無土壤或瘠薄，石面是最嚴酷的一種小生境，但隨著植被的演替，其表面只長有苔蘚、地衣及蕨類等，萌發力強的植物種子發芽后根系沿表面穿竄進入裂隙石縫，形成“根抱石”、“根貼石”景觀，土壤微生物數量和種群逐漸增多，有利于退化喀斯特植被的恢復。
3結論與討論
研究通過BIOLOG－ECO微平板測試植被恢復過程中土壤微生物群落AWCD的變化，較好地區分了微生物群落功能多樣性和差異，分析結果表明，不同生境、不同層次、根際及非根際的土壤微生物群落有一定的變化。
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1）從根際、非根際的變化來看，4個恢復階段非根際土壤微生物AWCD均明顯低于根際土壤，表現出R＞S的特點，說明與非根際土壤相比，植被恢復過程中根際土壤微生物個體數量多且種群豐富。根系分泌物較多使根際土壤微生物C、N源在數量和結構等方面發生改變［17］，從而可能會引起土壤微生物數量發生變化，這有待于進一步研究。
2）在土壤剖面上，微生物群落功能多樣性具有垂直的變化規律，4個恢復階段A層土壤微生物AWCD明顯高于B層土壤，表明隨著土層的加深土壤微生物活性下降，能利用有效碳源底物的微生物數量減少、微生物對單一碳源底物的利用能力降低，最終導致土壤微生物群落代謝功能發生變化，這還需要從土壤微生物群落結構加以進一步解釋。從不同生境變化來看，隨著植被恢復，不同生境土壤微生物利用單一碳源底物的能力總體上表現為石溝生境最強，因為石溝內小氣候受兩側石面和土面的影響，具有排水、土壤物質交換通暢、抗澇抗旱能力強的特點，微生物數量較多且種群豐富，有利于退化喀斯特植被的恢復。當然這一點還有待更多的試驗數據驗證。
3）植被恢復過程中不同生境、不同層次、根際及非根際的土壤微生物AWCD均隨培養時間的延長而增大，微生物利用單一碳源底物的能力表現出“弱―強―弱”的變化趨勢，說明土壤微生物在培養時間48～144 h時利用單一碳源底物的能力最強；同時，AWCD均表現為喬木群落階段＞灌木群落階段＞草本群落階段＞裸地階段，這說明隨著植被的恢復，土壤微生物種群及個體數逐漸增多且均勻，這與張紅等［18］的研究結果一致。隨著時間的推移，土壤表層的枯枝落葉逐漸腐解，給土壤提供了較厚的有機質層，有效增加了土壤的肥力，促進了植被的恢復。
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篇6
1.微生物肥料的概念
微生物肥料指的是由一種或多種有益微生物、培養基質和添加劑配制而成的生物性肥料，也叫菌劑或菌肥，包括固氮菌類、磷細菌、鉀細菌、抗生菌類，還包括具有加速有機肥堆腐速度、除臭等功能的微生物菌劑。其中，固氮菌類包括共生固氮菌，如豆科作物的根瘤固氮菌、自生固氮菌和聯合固氮菌等。微生物肥料除含有活性微生物以外，還含有調節植物生長的調節劑、氨基酸等功能。目前，市場上主要的肥料品種有硅酸鹽菌劑、復合菌劑和復合微生物肥料等。微生物肥料屬間接性肥料，是以功能微生物為主體，以優質有機肥為基質，輔以少量化肥制成的生物復混肥，它集合了各類肥料的優點，既具有高肥效，又具有刺激作物生長及提高作物抗病能力的作用，同時還具有改良土壤、培肥地力、激活遲效態養分、節本增效等特點。
2.微生物肥料的主要功能及特點
2.1 微生物肥料的主要功能 固氮生物肥料可增加土壤中氮素來源，有溶解磷、鉀作用的微生物可產生多種有機酸，通過螯合作用促進難溶性磷和緩效鉀的釋放，根際微生物還可以產生誘導物提壤酶，有利于根際土壤養分的轉化以利于植物對營養物質的吸收利用。生物菌肥還含有大量的微生物活體，施入土壤后，使土壤中微生物數量、酶活性顯著增加，促進土壤難溶性礦物養分的釋放。同時，某些微生物能產生植物激素，從而促進作物生長，有些真菌還能分解土壤中的有機物質，釋放糖類，促進固氮菌的生長，進一步提高土壤養分的有效性，而隨著有益微生物的增加，還有拮抗病原生物的作用。
2.2 微生物肥料的主要特點 能有效改善土壤物理性狀，保護土壤結構，提高土壤肥力，防治土壤生態環境污染；肥效持久，有效提高肥料利用率；緩解或減少農產品污染，提高作物產量且能改善作物品質；可作為土壤凈化劑，有效分解土壤廢棄物；對靶標害物具有極高的選擇性，能夠作為殺蟲劑行使農藥職能；能產生糖類物質，與植物黏液、礦物胚體和有機膠體結合在一起，可改善土壤團粒結構，增強土壤的物理性能，減少土壤顆粒的損失，在一定條件下，還能參與土壤腐殖質的形成。
3.微生物肥料的施用方法
微生物肥料是活體肥料，主要靠大量有益微生物的生命活動來完成主要功能。只有有益微生物處于旺盛的繁殖和新陳代謝的情況下，物質轉化和有益代謝產物才能不斷形成。因此，微生物肥料的施用效果與周圍環境條件密切相關。
生物復混肥的施用可顯著提高土壤有效氮、磷、鉀含量。生物有機無機復合肥可顯著提高土壤微生物活性以及土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性，同時還可促進土壤有機質的分解轉化和速效養分的釋放。目前，微生物肥料主要用于拌種、作物蘸根、葉面噴施、秸稈腐解和堆肥發酵等。作為一項新的農業措施，追施微生物肥料在改善作物品質、保護農業生態環境以及發展高產、優質、高效農業方面的作用已引起國內外學者的普遍重視。
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關鍵詞：河道；生態護坡；技術；功能評估
傳統的護坡形式雖然可以達到排澇，行洪，保持水土等目的，但卻嚴重影響了生態環境，引起生態退化。目前生態護坡在河道治理中得到了廣泛的應用，它不僅具有保護傳統護坡的功能，還可實現人與自然的和諧共處。本文以某地生態河道為例進行生態護坡技術研究，主要集中在復合式生物穩定、土壤生物工程護坡及全系列生態護坡三種重點技術，并結合三種技術來評估其護坡生態功能，以供參考。
一、生態護坡相關概述
（一）功能
生態護坡是綜合工程力學、土壤學、生態學和植物學等學科的基本知識對斜坡或邊坡進行支護，以此形成由植物或工程植物組成的綜合護坡系統的護坡技術。應追求以下三種功能：（1）防止水土流失：能降低坡體孔隙水壓力，控制土粒流失，截留降雨。（2）護坡功能：植被的淺根有加筋作用，深根有錨固作用。（3）改善環境功能：被破壞的生態環境都通過植被修復，減少光污染，降低噪音，保障行車安全，促進有機污染物的降解，凈化空氣。
（二）類型
1.客土植生植物護坡：將抗蒸騰劑、團粒劑、保水劑、粘合劑、緩釋復合肥、泥炭土、腐殖土等一系列材料制作成客土并經過專用機械攪拌后吹附到坡面上，從而形成一定厚度的客土層。優點：有較好的抗旱性、客土與坡面的結合牢固、機械化程度高、施工簡單、植被防護效果好，適用于風化巖及硬質土砂地，道路邊坡等。缺點：不適用已經長期受到浸水的地區，要求邊坡穩定和坡度大。
2.生態袋護坡：利用人工造土工布料制作成生態袋，植物在裝有土的生態袋中生長，這是一種修復環境和邊坡的護坡技術。優點：對結構基本不會產生滲水壓力，有很好的水環境和潮濕環境的適用性，施工方便快捷。缺點：整體穩定性較差，受控制環境和后期植被生存條件限制。
3.人工種草護坡：是一種傳統邊坡植物防護措施，指在邊坡坡面利用人工簡單播撒草種，多用于坡度較緩和邊坡高度不高的草類生長的土質路塹邊坡防護工程。優點：造價低廉，施工簡單。缺點：種草成活率較低，草籽會因播散不均勻導致被雨水沖走，護坡效果不滿意，以致坡面表土流失，坡面沖溝，需在后續進行大量的修復工程和整治坡病害。
二、河道生態護坡的重點技術
（一）復合式生物穩定技術
復合式生物護坡技術是一種復合式生態護坡技術，主要用于修復那些出現整體滑塌和侵蝕非常嚴重的陡坡。它由生物技術與工程技術組成，其技術核心是植生基質材料，強調活性植物與工程措施相結合，依靠復合材料網、錨桿、植生基質、和植被的共同作用來達到對坡面進行防護和綠化的目的。
（二）土壤生物工程護坡
土壤生物工程，其主要結構元素由旺盛生命力的莖、根、完整的植物組成，在邊坡的不用位置按一定的方式、方式和序列來進行掩埋、種植和扦插，實現生態修復、加固邊坡和控制水土流失。是一種邊坡生物防護工程技術。此技術優點在于生態環境恢復快、護坡結構穩定、景觀效果較好、費用低廉及養護要求低。護坡的主要結構是速生類的本地植物，如楊、柳，種植方式各不相同，主要有柴籠、活枝扦插、灌叢墊三種工程類型，在一些土質疏松、土壤侵蝕嚴重、景觀要求較低的郊區河段廣泛應用。
（三）全系列生態護坡
全系列生態護坡主要應用在那些植被稀少、表現土壤侵蝕、景觀要求較高的河段。從坡腳直到坡頂種植一系列護坡植物，如濕生植物（喬、灌、草）、沉水植物、挺水植物和浮葉植物，以此來形成多層次生態防護，可以同時兼顧景觀功能和生態功能。
三、河道生態護坡功能評估
生態護坡工程在自我組織的過程中不斷強化維護河岸的結構穩定性和提高河岸的生態穩定性兩方面生態功能，以此來穩固河岸物理生境的完整和保證整個河流生態系統的健康發展。本文所研究的河道生態護坡工程共使用了2年時間，之后持續的生態監測完工的護坡工程，評估生態護坡工程的生態功能。
（一）監測指標與方法
選取每種類型的生態護坡2個-3個固定樣帶，之后監測每個樣帶的坡頂、坡腰及常水位等部位。將調查頻率設為每月1次在第一個生長季節，后續調查頻率為兩個生長季節，便于縱向比較，在連續出現晴天后進行每次采樣?，F場隨機挖掘若干整株的護坡植物，測定新生枝條的高度和密度和新生根系的長度。土壤抗剪強度、含水率和緊實度。隨機選取從坡頂至常水位15個點，在坡頂、坡腰、近常水位各設5個點，可在每個點采用土壤3參數儀測定土壤含水率來減少土壤擾動對測定結果的影響，之后再利用國外剪力測量儀測定土壤抗剪強度和土壤緊實度。
（二）監測結果
1.護坡生物的生長特性和生物量
植物具有良好的護坡工程性狀，始終是穩固坡岸的關鍵積極因素，其枝葉具有有效的水文效應，如降雨截留、土壤贈滲、徑流延滯等作用，其根系具有支撐坡體和固結土壤的機械效應，因此測定土壤生物工程和全系列生態護坡的護坡植物生長特性和生物量十分有必要。
土壤生物工程的植物種植一般選擇在植物休眠期內種植，本文研究的河道生態護坡采用柴籠、灌叢墊、活枝扦插三種類型，杞柳枝和垂柳枝是三種工程主要的使用的植物材料。柳枝在施工完成兩周后露出萌芽，之后每月增長5-10cm，生長速率最快的時間段在5-10月，每月增長30-40cm，生長速率較為緩慢的時間段為10-12月，每月增長5cm。杞柳枝和垂柳枝因種植方式和植物材料性質的原因其生長狀況和生長量都存有差異。后續換了新方法來測定，結果顯示新枝條的平均高度達1.5m以上，生長深度超過1m，良好的防護了坡岸。灌叢墊在坡面生物量的增長方面優勢最明顯。植物的護坡效應因土壤和植物體逐漸形成一個整體，效益也在不斷增強。
四、結語
總之，三種生態護坡重點技術主要集中在土壤的抗侵蝕性和護坡植物的固坡作用，改善坡岸生態環境，兼顧生態是目標和景觀目標等方面。三類重點生態護坡技術可充分發揮各自優勢，整合運用，增加土地草本植物覆蓋度，提高生態穩定性。除此之外，生態護坡工程要因地制宜，保證護坡工程本身的質量和安全，改造人類生存環境，實現工程與環境的和諧統一。
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篇8
關鍵詞：城市，土壤，重金屬，綜述
1、采樣與測定
一般將城市劃分為若干功能區，在各功能區內隨機布點，注意避開污染源；同時考慮地形、氣候等的影響，對某些部位多設采樣點，加強采樣。免費論文參考網。采樣時，盡可能使用木頭或塑料工具，避免金屬工具直接與樣品接觸，對樣品造成污染。土壤采樣大多采取多點混合法，即一個地方采3-5個樣品（一般為邊長1米的正方形區域的中心及四個頂點），就地混合為一個樣品，保證單個樣品重約1-2公斤。采好的樣品帶回實驗室，置于通風處自然風干，去除石塊及植物根葉。用“四分法”取部分土樣，用石英研缽進行研磨，過塑料篩，裝入塑料袋，備用。
重金屬含量的測定可采取不通的方法，但必須按照國家標準中規定的方法、材料、步驟進行，同時每若干測定樣品間（如10個）需插入標準樣（如GSS系列）進行全程質量監控，確保測定精度及儀器穩定度。備用樣品可用HNO3-H2SO4-H2O2消化，以火焰原子吸收法測Cu、 Pb、 Zn濃度，石墨爐-原子吸收法測定Cd和As濃度。也可用X射線熒光光譜儀(XRF)進行熒光分析，將備用樣品用壓樣機在標準壓力下壓成片，待測。壓樣過程中應用酒精擦壓樣機模具數次，確保干凈，防止樣品間污染。壓好的片可直接放入XRF中測定。若要提高測定精度，也可采用熔片法，因為熔片法可消除粒度效應、礦物效應，但成本較高，用時較長。與傳統方法相比，X射線熒光光譜法更簡潔、方便，但它不能完成Hg(具有揮發性)、Cd（含量過低）的測定。建議兩種方法結合使用。
2、污染特征
主要城市土壤重金屬污染嚴重。沈陽市區土壤中鉛含量為26-2910.6mg/kg,平均為199.72 mg/kg，是對照區（33.3 mg/kg）的6倍，是沈陽市土壤背景值（22.15 mg/kg）的9倍；烏魯木齊城市土壤中Cr、 Cu 、Pb 、Zn含量均很高，超出相應土壤背景值1.65-2.84倍；北京市大興區表層土壤重金屬測定結果表明，Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Ni、Hg 、Co平均含量均高于當地背景值；而對上海市公園土壤研究發現，Cd的平均含量為背景值的3．1倍，Cr的平均含量與背景值基本相當，Pb、Zn和Cu的平均含量分別為背景值的2.2倍、2.3倍和1.6倍。
3、評價方法
綜合污染指數法，即內梅羅指污染數法，它既全面反映了污染物對土壤污染的不同程度，同時又突出高濃度對土壤環境質量的影響，它的表示式為：P={(Pi2+Pimax2)/2}0.5，式中P為綜合污染指數，Pi為單因子污染指數的平均值，Pimax為單因子污染指數的最大值，P≤1，未污染；1<P≤2，輕度污染；2<P≤3，中度污染；P>3，重度污染。但其未考慮到當地背景值。地積累指數又稱Mull指數，是20世紀60年代晚期在歐洲發展起來的廣泛用于研究沉積物及其它物質中重金屬污染程度的定量指標，其表達式為Igeo=log2[ Cn/ ( k×Bn) ]，式中，Cn是元素n在沉積物中的含量；Bn是沉積物中該元素的地球化學背景值；k為考慮各地巖石差異可 能會引起背景值的變動而取的系數(一般取值為1.5)，用來表征沉積特征、巖石地質及其它影響。評價重金屬的污染，除必須考慮到人為污染因素、環境地球化學背景值外，還應考慮到由于自然成巖作用可能會引起背景值變動的因素。地累積指數法注意到了此因素，彌補了其它評價方法的不足。然而，背景值的確定又是一個極其復雜的過程，它一直是國內外環境科學領域關注的對象。
4、污染源解析
交通和工業生產。含鉛汽油的燃燒是城市Pb污染的重要來源。研究表明，各種汽油中Pb質量分數為0.4-1.0 mg/kg，汽車排放的尾氣中Pb更多，20-50μg/L。紐約市的研究資料表明，城市的交通流量和人口密度（對數）與表層土壤的Pb量呈正相關。此外，工業區原材料中多含有Pb，釋放后污染土壤，并在土壤中積累。交通邊緣帶機動車輛含Cu零件的磨損是表層土壤中Cu含量增多的因素之一。工業生產的迅速發展，含Cu污染物排放量越來越多，也是Cu含量增多的重要原因。汽車輪胎添加劑中含有Zn，輪胎磨損產生的粉塵，是路邊土壤Zn污染的重要來源。有研究發現，在蘭州市主要十字路口處，車流量越大的地方表層土壤Cu，Zn，Pb污染越嚴重。電鍍、染料、制藥、皮革、顏料等鉻化合物制造企業排放的廢物中還有大量的Cr，是城市土壤Cr來源之一，另外，汽車表面老化也將釋放部分Cr。免費論文參考網。電子設備、熒光燈泡、溫度計、電池及其它一些化學試劑的丟棄，是城市Hg污染的重要來源。
5、潛在危害
危害城市人群健康。日本的水俁病，就是因為燒堿制造工業排放的廢水中含有汞，再經生物作用變成有機汞后造成的，痛痛病，是由煉鋅工業和鎘電鍍工業所排放的鎘所致。另外，鎘還會損傷腎小管，出現糖尿病，還有鎘引起血壓升高，出現心血管病，甚至還有致癌、致畸的報道。砷對人體危害很大，它能使紅血球溶解，破壞正常生理功能，甚至致癌等。人體中鉛能與多種酶結合從而干擾有機體多方面的生理活動，導致對全身器官產生危害。我國城市兒童鉛中毒問題普遍存在，沈陽是重工業城市，鉛污染無處不在，是我國受鉛污染危害較重的城市之一。沈陽市約有50％的兒童為鉛污染的高危人群，其中80％的兒童血鉛水平超過正常標準(1Oμg/dL)。哈爾濱市的一項調查顯示，哈爾濱市O-2歲兒童鉛中毒發生率為45％ ，2-6歲兒童為46％。西安市及鄰近地區每年工農業和民用燃煤1000萬t左右，主要為渭北石炭 ：疊系煤，含鉛量為30 g/t左右，其每年排放到大氣中的鉛為200t左右，大量的鉛最終會發生沉降，進入土壤，引起鉛中毒。
6、對策與建議
城市功能區的合理布局。大量研究證明，不同的城市功能區有不同的污染特征。免費論文參考網。因此，應綜合當地地形、氣候、經濟發展等因素，合理規劃城市布局，尤其是新建工業區的規模、位置，以確保盡可能少的區域、盡可能少的人口免受其排放的廢水、廢氣、廢渣的影響。
污染修復。一般分為物理修復、化學修復技術和生物修復三種。其中生物修復既安全又經濟，同時還可以美化環境。它不破壞土壤生態環境，能使土壤保持好的結構和肥力狀態，無需進行二次處理就可種植其他植物。而且通過對生物的集中處理，造成二次污染的機會較少。對蘭州市裸露采樣點和綠化帶采樣點重金屬含量的對比分析表明，裸露采樣點表層土壤Cu、Zn、Pb的質量分數平均值比綠化帶采樣點的高，說明綠化帶對重金屬污染有明顯的削減效應。
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篇9
關健詞：蓄水保墑；造林；干旱地區
遼西地區屬于干旱的大陸性氣候，受西北部的內蒙古高原氣候影響，形成了常年多風少雨的現象，年降水量低于年蒸發量，水土保墑情況不容樂觀。植樹造林成為改善遼西地區生態環境的首選，要想成功植樹造林就要提高蓄水保墑技術。
一、整地技術
對需要植樹的地塊進行全面的機械化整理。為抵制病蟲害的侵入，需要及時徹底地對采伐地開展清根工作，同時清理地面的枯枝敗葉。因為造林是在干旱地區，所以整地必須定在造林前的1～2個季度，因為這樣能夠有效調節土壤的水份情況，能夠使蓄水保墑工作獲得最佳效果，提高苗木的成活率。另外，遼西地區是大陸性季風氣候，所以夏季高溫多雨，濕度相對大，土壤表面會有大量雜草的嫩莖或根系腐爛分解，增加了土壤中的有機質含量。
二、苗木的選擇與保濕
苗木是造林的主體，因此在造林前要根據遼西地區干旱的實際情況，選擇適合這一地區的樹種。在選擇樹種時，要以優化當地生態環境為前提，同時還要能夠提高當地的社會效益和經濟效益，以優化產業結構為主導的耐旱苗木作為選擇要素。通過實驗表明，一些遼西本地樹種因其根系發達、耐旱性強，對當地土壤有很強的適應能力而成為首選。苗木栽植時保持苗木水分平衡是維持苗木成活率的基礎，也是造林成功的關鍵。所以，起苗前7d左右需要對苗木澆灌充足的水分。如果是容器苗，在起苗和運輸的過程中不要將容苗器弄碎，從而保證苗木根部完整；裸根苗不能傷根、傷樹干。在苗木運輸的過程中要注意苗木的保濕情況。在干旱和半干旱地區植樹造林的關健因素是水的保持和供應。所以，在植苗前需要對土壤進行疏松和平整，盡量調整土壤孔隙，增加土壤的水分含量，為提高造林成活率、保證樹木的生長采取有效的措施。整地時間應選在雨季之前，因為剛剛整好的土壤墑情好，可以有效保持水分。
三、蓄水保墑具體方式
（一）覆蓋保墑媒介物，實行蓄水保墑
在土壤中添加能夠保墑的媒介物，人為地改善土壤的理化結構，使土壤能夠增加蓄水功能，在苗木的土壤周圍做防水外泄處理，使水分能夠在土壤中保持從而保證樹木的生長。另外，也可以在苗木的土壤上部覆蓋保溫膜或大量干樹葉等物質，降低土壤表面的水分蒸發率，從而提高苗木對土壤中水分的有效利用率，達到蓄水保墑的效果，從而提高苗木的成活率。而覆蓋物材質的不同也會對蓄水保墑效果產生不同的影響。沙石或樹葉之間有較大的空隙，所以降水能夠快速地滲入土壤內，由于水分的蒸發需要通過形成水汽進行，所以這種覆蓋方式也能有效地降低水分的外泄。另外一種是覆蓋人工薄膜，這種薄膜不透氣，可以將水分有效地隔離在干旱的空氣之外的土壤中，而產生良好的保濕作用，明顯提高蓄水保墑效果。覆蓋保墑媒介物能夠有效地防止土壤中水分的流失，使土壤能夠在一個水土平衡的環境下生存，為苗木的成活和生長創造一個良好的外界環境，與不施加覆蓋物進行蓄水保濕的苗木栽培地塊相比，這種方式的保水效果、苗木成活率和生長率都較高。因為覆蓋膜能夠最大限度地限制水分的流失和蒸發，使覆蓋物下的水分能夠形成良好的內循環環境，可以在一個相當長的時間內形成良好的水分循環環境，能夠保持充足的土壤水分。經測量結果得出，在覆蓋物下面的苗木含水量最高。
（二）使用保水劑，實行蓄水保墑
保水劑是一種高分子聚合物，其功能是能夠迅速吸收和保持高離子水及含鹽水分，保水劑不但具有超強的吸水功能，還具有反復不斷的吸水功能。近年來，在土壤中噴灑適量的保水劑（大部分用于苗木根部），是干旱地區的半干旱地區常用的蓄水保墑方式，利用這種方式可以在遼西地區的雨季來臨之前將苗木種植到土壤中，然后在土壤中灌注足夠的水，利用保水劑的作用，能夠供給苗木的成活和保持到雨季來臨之前的水分，從而降低人工澆水補水的費用和勞動力。
四、蓄水保墑對苗木成活的影響
以上所有的人工蓄水保墑的措施，都是為了改善苗木生長的土壤的理化環境。同時也提高了蓄水保墑的土壤的性能，提高了林木的成活率與保證其正常生長。
五、結語
利用土壤的蓄水保墑措施對苗木進行栽培，大大提高了遼西地區的造林成活率。其中，遼西大部分地區采用施加有機肥料與覆蓋膜并用的方式來蓄水保墑，其不僅蓄水保濕效果良好，也會相應地降低造林成本，這是一種非常適合遼西干旱地區苗木栽培的造林技術。
參考文獻：
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篇10
關鍵詞 生物入侵；馬纓丹；根際土壤；土壤理化性質
中圖分類號 S451 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）20-0084-03
Effects of Lantana camara Invasion on Soil Physical-chemical Properties in Rhizosphere and Non-rhizosphere Zone
KANG Xiao-wu DAI Ting-ting
（Institute of Tropical and Subtropical Ecology，South China Agricultural University，Guangzhou Guangdong 510642）
Abstract The effects of L.camara invasion on rhizosphere and non-rhizosphere soil nutrients，soil enzyme activities，microbial biomass with microbial functional diversity were studied by quadrat experiment in the field.The experimental results showed that the invasion of L.camara significantly improved the content of soil organic matter，total nitrogen，total potassium，nitrogen，available phosphorus，potassium and microbial biomass carbon，nitrogen，phosphorus.At the same time，the invasion significantly improved the activity of soil urease，protease，sucrosemetabolic，cellulase，catalase and the metabolic activity，carbon source utilization and diversity index of soil microbial community.The promoting effect was higher on the rhizospheric soil than on the non-rhizospheric soil （bulk soil）.
Key words bioinvasion；Lantana camara；rhizosphere soil ；soil physical-chemical properties
馬纓丹（Lantana camara）為馬鞭草科（Verbenaceae）馬纓丹屬（Lantana）多年生常綠灌木，原產于熱帶美洲，現廣泛分布于熱帶、亞熱帶和溫帶地區，是世界上危害最嚴重的100種有害外來入侵物種之一[1]。馬纓丹作為一種外來入侵植物，植株繁殖能力強，蔓延迅速，能夠在短時間內大面積侵占森林、果園、牧場和農耕地，破壞當地的生物多樣性和自然生態系統，并因其植株有毒而嚴重威脅到人畜健康和農牧業生產[2-3]。1645 年馬纓丹作為一種觀賞花卉引入我國，現已在廣東、廣西、海南、云南等地大量蔓延擴散，對當地的生物多樣性、農業生產和生態安全造成嚴重威脅[4-5]。
有研究表明，一年蓬（Erigeron annual Fleabane）、加拿大蓬（Erigeron canadensis）、加拿大一枝黃花（Solidago canad-ensis）等植物入侵后對根際土壤理化性質產生了不同程度的影響[5-6]；外來入侵植物紫莖澤蘭（Eupatorium adenopho-rum）、黃頂菊（Flaveria bidentis）等可以不同程度地提高入侵地土壤的全磷養分和速效養分[7-8]。目前，國內外學者在馬纓丹的生物學特性、分布危害、防治以及開發利用等方面開展了大量的工作，但對馬纓丹植株的化感作用及其入侵對土壤微生態特性的影響研究較少[9-15]。筆者通過野外樣方試驗，研究了馬纓丹入侵對根際、非根際的土壤養分、土壤酶活性、土壤微生物生物量與土壤微生物功能多樣性的影響效應，旨在從化感作用、土壤反饋作用的角度探索馬纓丹的入侵機制及入侵效應，從而為更好地管理、控制馬纓丹的入侵危害提供科學依據。
1 材料與方法
1.1 試驗材料
馬纓丹單優群落的根際土壤與非根際土壤均采自于華南農業大學增城教學基地。
1.2 試驗方法
在華南農業大學增城教學科研基地，選取馬纓丹單優群落（馬纓丹植株覆蓋率80%～90%，群落高度150～250 cm，入侵年限大于6年）內的健壯植株，用鋤頭挖取植株地下根系（0～20 cm），抖去根系上的大塊土壤，然后用細毛刷刷取根系表層黏貼的土壤，去除雜質后作為根際土壤，而拌落后的大塊土壤作為非根際土壤；同時選取距離馬纓丹群落50 m以外，且周圍都沒有馬纓丹植株生長的荒坡草地的表層土壤（0～10 cm）作為對照（CK）。每個處理3次重復，每次重復之間相隔200 m以上。將采集的土壤裝袋運回實驗室，其中一部分土樣置于室內自然風干，除去動植物殘體，研磨過100目篩，用于土壤養分含量、土壤酶活性的測定分析；另一部分樣品暫時冷藏于-18 ℃冰箱，用于測定土壤微生物生物量碳、氮、磷。
1.3 數據統計方法
所有試驗數據均在Microsoft Excel上完成處理，通過SPSS 13.0進行方差分析（one way ANOVA），并采用Duncan新復極差法進行多重比較。
2 結果與分析
2.1 馬纓丹入侵對根際、非根際土壤全量、速效養分的影響
2.1.1 土壤全量養分。土壤有機質、全氮（TN）和全鉀（TK）含量在各處理中的變化規律一致，即根際土壤的含量最高，非根際土壤次之，CK的含量最小，各處理的差異顯著（表1）。其中與 CK相比，根際土壤的有機質、TN和TK含量分別增加40.77%、38.13%、30.16%；而與非根際土壤相比，則分別增加23.24%、14.97%和13.11%。對于土壤TP含量，根際土壤分別比CK、非根際土壤增加65.22%、58.33%，差異顯著；而非根際土壤的TP含量雖略高于CK，但差異不顯著。說明馬纓丹入侵能顯著提高自身根際的土壤有機質、TN、TP和TK含量，同時也顯著提高非根際的土壤有機質、TN和TK的含量，但相對而言，其對根際土壤養分的提升效果更加明顯。
2.1.2 土壤速效養分。在3個處理中，馬纓丹根際土壤的堿解氮含量最高，并且顯著高于非根際土壤和CK，而非根際土壤的堿解氮含量雖然略高于CK，但兩者的差異不顯著（表2）。對于土壤的速效磷、速效鉀含量，均表現為根際土壤的含量最高，非根際土壤的含量次之，CK的含量最低，各處理間的差異顯著。其中與CK相比，根際、非根際土壤的堿解氮含量分別增加32.67%和0.75%，速效磷含量分別增加87.14%和48.87%，速效鉀含量分別增加115.70%和62.72%，可見馬纓丹入侵能顯著提高土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量，尤其是對根際土壤的養分提升作用更強。
2.2 馬纓丹入侵對根際、非根際土壤酶活性的影響
與CK相比，馬纓丹入侵顯著提高了土壤脲酶、蛋白酶活性，其中根際土壤的脲酶、蛋白酶活性分別比CK提高104.06%和74.34%，非根際土壤的脲酶、蛋白酶活性也分別比CK增加45.53%和46.90%?？梢?，馬纓丹入侵對根際土壤脲酶、蛋白酶活性的促進效果更強。土壤蔗糖酶、纖維素酶的活性變化也呈現類似的規律，即在3個處理中均表現為根際、非根際土壤的酶活性顯著高于CK，且根際土壤的酶活性亦顯著高于非根際土壤（表3）。其中根際、非根際土壤的蔗糖酶活性分別是CK的227.56%和157.11%，纖維素酶活性分別是CK的264.39%和161.73%?？梢?，馬纓丹入侵能顯著提高根際、非根際土壤中蔗糖酶和纖維素酶的活性，加強對土壤中有機碳的利用，并且這種增強效應在根際土壤的表現更為顯著。另外，馬纓丹入侵亦能顯著提高自身根際、非根際土壤的過氧化氫酶活性，與CK相比，其增幅分別達到45.95%和27.03%
2.3 馬纓丹入侵對根際、非根際土壤微生物生物量的影響
土壤微生物生物量碳、氮、磷含量在各個處理中的變化規律一致，均表現為根際、非根際土壤含量顯著高于CK，同時根際土壤含量亦顯著高于非根際土壤（表4）。其中與CK相比，根際土壤微生物生物量碳、氮、磷的含量分別提高238.76%、53.55%、243.61%，非根際土壤微生物生物量碳、氮、磷含量也分別提高130.31%、14.34%、124.15%。可見，馬纓丹入侵對根際土壤微生物生物量碳、氮、磷含量的提升效應更強。
2.4 馬纓丹入侵對根際、非根際土壤微生物群落功能多樣性的影響
2.4.1 土壤微生物群落代謝活性。平均孔顏色變化率（average well color development，AWCD）反映土壤微生物利用碳源的整體能力與代謝活性，也是評價利用單一碳源能力的重要指標，可作為微生物整體活性的有效指標。AWCD 值的變化（斜率）和最終能達到的值反映了土壤微生物利用某一碳源物質的能力。由圖1可知，各處理中土壤微生物的AWCD值均隨著培育時間的延長不斷上升，變化趨勢一致。在最初的24 h內AWCD變化較小，24～72 h急劇上升，然后持續緩慢升高。培養期間CK土壤微生物群落的AWCD值均處于較低水平，根際土壤微生物群落的AWCD值則處于最高水平，各處理的AWCD在整個培育周期內均表現為根際土壤>非根際土壤>CK，其中根際土壤在培養24 h后一直到培養結束，其微生物群落的AWCD值均顯著高于CK，亦顯著高于非根際土壤；而非根際土壤在0～72 h內的AWCD值與CK差異不顯著，72 h后與CK差異顯著。這說明馬纓
丹入侵后明顯提高了土壤微生物群落的代謝活性，并且對根際土壤的影響效應更明顯。
2.4.2 土壤微生物群落碳源利用率。在6類碳源中，馬纓丹非根際土壤微生物群落對氨基類、酚類碳源的利用率與CK的差異不顯著，但對其他碳源的利用率則顯著高于CK（表5）。而根際土壤微生物群落對6類碳源的利用率均顯著高于CK，亦顯著高于非根際土壤，其中根際土壤微生物群落對碳水化合物類、羧酸類、聚合物類、氨基酸類、酚類和胺類碳源的利用率分別比CK增加96.91%、83.70%、82.43%、41.13%、55.74%和110.45%。可見，馬纓丹入侵顯著提高了土壤微生物群落對6種碳源的利用率，尤其對根際土壤的改善作用更強。
2.4.3 土壤微生物群落碳源利用的多樣性。與CK相比，馬纓丹入侵顯著提高了根際土壤微生物群落的Shannon-Wiener指數H′、Mc Intosh指數U、豐富度指數S和Simpson優勢度指數Ds，而非根際土壤微生物群落的Mc Intosh指數U、豐富度指數S也顯著上升。對于Pielou均勻度指數E，各處理的差異均不明顯。說明馬纓丹入侵能夠促進土壤微生物群落功能多樣性的提高，尤其對根際土壤的影響更強。
3 結論與討論
植物對土壤養分的吸收利用與土壤對植物生長發育過程中的反饋作用是物種競爭取勝的重要驅動機制之一[16]。大多數研究指出，外來植物入侵能夠加快土壤營養循環過程，提高土壤肥力，有利于促進自身的進一步入侵擴散。外來植物皺果莧入侵后，土壤中碳、氮、磷的濃度顯著上升，其中入侵區的全磷、可溶性磷幾乎分別提高3倍和2倍[17]。土壤酶主要來源于土壤微生物的代謝過程和土壤中植物、動物的活體分泌或殘體分解，能夠參與土壤生態系統許多重要的生物化學過程和物質循環，通過催化土壤中的生化反應發揮重要作用，能夠客觀地反映土壤肥力狀況與系統功能[18-21]。土壤微生物生物量是土壤中最活躍的肥力因子之一，參與土壤有機質分解、腐殖質形成和土壤養分的循環轉化過程，能夠反映土壤同化與礦化能力的高低，是土壤生態系統肥力的重要生物學指標[22]。在外來植物與本地植物的關系中，土壤微生物群落可能起到了橋梁作用，外來植物通過改變土壤微生物群落的結構組成、區系數量與生理功能，破壞土著植物與土壤微生物在長期演化過程所形成的平衡共生關系，影響土著種的資源獲取、生長繁殖與種群更新，從而使自身在競爭中獲得更大優勢，成功入侵[23-25]。
本研究結果表明，馬纓丹入侵后，根際、非根際土壤的有機質、全氮、全磷和全鉀均顯著上升，并且馬纓丹入侵對根際土壤養分的提升效果更為顯著，根際土壤的有機質、全氮、全鉀含量均顯著高于非根際土壤。同時，馬纓丹入侵亦能顯著提高土壤的速效養分，馬纓丹根際、非根際土壤中的堿解氮、速效磷和速效鉀均顯著高于對照；并且馬纓丹根際土壤的速效養分亦顯著高于非根際土壤?？梢?，馬纓丹入侵顯著提高了土壤不同肥力特征，且對根際土壤肥力的提高作用更強，而根際土壤的養分更有利于根系的吸收利用，這可能是馬纓丹能夠入侵成功和快速擴張蔓延的生態機制之一。馬纓丹的入侵顯著提高了土壤脲酶、蛋白酶、蔗糖酶、纖維素酶和過氧化氫酶的活性，且根際土壤酶的活性均顯著高于非根際土壤。這說明馬纓丹的入侵有利于土壤營養物質的循環轉化過程。入侵區土壤酶活性較高，這將有利于活化土壤養分，提高其有效性，進而促進自身的入侵蔓延。馬纓丹入侵能夠顯著提高土壤微生物生物量碳、氮、磷的含量，且根際土壤的微生物生物量碳、氮、磷含量顯著高于非根際土壤。馬纓丹入侵后能顯著提高土壤微生物群落的代謝活性、碳源利用率和多樣性指數，并且其對根際土壤的影響效應顯著高于非根際土壤。說明馬纓丹入侵后能通過提高自身生境土壤的微生物群落代謝活性從而促進土壤養分循環與轉化，這也許是馬纓丹成功入侵擴散的原因之一。本文僅研究探討了馬纓丹入侵對土壤養分、土壤微生物生物量、土壤微生物功能多樣性的影響效應，而關于土壤微生物群落結構的變化及其反饋作用，可進一步闡明馬纓丹成功入侵以及對本地植物生長影響的土壤生態學機理，今后可加強該方面的研究。
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