徐州市不同绿地类型土壤微生物空间分布及其特征变化

吴天文等

摘要[目的]土壤微生物是陆地生态系统内重要的生命体，对其所生存的微环境十分敏感，是土壤生态系统变化的预警和敏感指标。[方法]对徐州市4种不同绿地类型进行土壤理化性质和土壤微生物的相关分析，系统研究其土壤微生物空间分布及其特征变化。[结果]就不同绿地类型中土壤微生物数量分布状况而言，公园绿地>生产绿地>居民小区绿地>道路交通绿地。不同绿地类型土壤微生物量碳和氮的含量变化较大，与土壤有机质含量变化趋势较一致，即公园绿地最高，道路交通绿地最低。另外，不同绿地类型土壤微生物量碳与微生物量氮呈正相关。[结论] 为了较科学地分析不同绿地类型土壤微生物特征变化，需要对该城市绿地土壤进行长期的取样调查分析，并且结合当地绿地土壤历年变化资料以及绿地植被进行综合分析。

关键词城市绿地；土壤微生物量；土壤微生物活性；徐州市

中图分类号S154文献标识码A文章编号0517-6611（2014）15-04642-05

Abstract[Objective] Soil microorganisms were important organisms in terrestrial ecosystems， which were very sensitive to their survival of the microenvironment. It was the warning and sensitive indicator of soil ecosystem changes. [Method]There were four types of green space in Xuzhou City. The spatial distribution and characteristic changes of soil physical and chemical properties and soil microbial were analyzed. [Result] According to soil microbial quantity distribution of the different types of green space， the order was park green space> productive plantation area>residential green space>road green space. The content of soil microbial biomass （carbon and nitrogen） changes relatively largely in different types of green space. Its variation tendency performances were almost the same with variation of the organic content of soil. The orgamic content in park green space was the highest， but lowest in road green space. In Addition， soil microbial biomass carbon（C） had positive correlation with nitrogen （N） in different types of green space. [Conclusion] In order to analyze the changes of soil microbial characteristics of different kinds of green spaces， long term sampling， investigation and analysis should be conducted. And comprehensive analysis should be carried out combined historical changes with the green space.

Key wordsUrban green space； Soil microbial biomass； Soil microbial activity； Xuzhou City

随着我国城市化进程的加快，城市人口密度迅速膨胀，城市居住环境也在急剧恶化，人们越来越认识到加强城市生态建设对促进人类健康以及可持续发展战略的重要性。城市绿化发展后不仅能丰富生物种群，而且对城市生态环境起到一定的改善作用[1]。土壤是影响城镇绿化植物生长的重要环境因子，是城市生态环境系统内的有机组成成分，也是城市绿地系统的重要组成因子[2]。城市绿地系统（Urban garden green space system）是由一定质与量的各类绿地相互联系、相互作用形成的绿色有机整体。国内外对城市绿地系统的概念各不相同，但基本都包括城市范围中对改善城市生态环境和生活条件具有直接影响的所有绿地[3]。绿地土壤作为城市绿地系统的重要组成部分，它不仅是城市植被的立地基础、生长介质，而且是城市生态系统、能量循环与转化的必要环节[4]。绿地土壤受人类活动的影响强烈，破坏严重，不利于植被的生长。为了能最大化地发挥绿化的综合效益，必须对城市绿地土壤进行深入研究。

国外对于城市土壤微生物数量、微生物活性等方面的研究较多[5-8]。国内对城市绿地土壤的研究虽较多，大多都局限于土壤污染、土壤形成、土壤肥力、土壤理化性质等方面[9-14]，但对城市绿地土壤有关微生物方面的研究较少[15-16]。土壤微生物是陆地生态系统中重要的生命体，对所生存的微环境十分敏感，并且在土壤形成、肥力演变、植物养分有效化、有毒物质降解及净化等方面起着重要作用。土壤微生物学指标（微生物数量、微生物量）被公认为是土壤生态系统变化的预警及敏感指标，对土壤质量状况研究具有重要的意义[17-18]。因此，应及时开展对土壤微生物的系统研究，促进绿色生态化城市的建设。以徐州市不同绿地类型为例，笔者研究了土壤微生物空间分布及特征变化，为城市绿化提供指导依据，使得土壤学与园林学有机结合，拓展土壤学的研究领域，同时为当地城市绿地合理布局和土壤质量改良提供技术支持。

1材料与方法

1.1研究区域概况徐州市地处江苏省西北部，地理位置为33°43′～34°58′N，116°22′～118°40′E，总面积1 157 100 hm2，总人口1 006.85万人，其中市区面积（不包括贾汪区）有24 500 hm2，人口130.87万人。该区属于暖温带季风气候，年均气温14.3 ℃，1月平均气温0 ℃，7月平均气温27.0 ℃，极端最高气温40.6 ℃，极端最低气温-22.6 ℃；多年平均降水量847.9 mm，季节分配不均，春季、夏季、秋季、冬季降水分别占全年降水量的18.6%、56.8%、18.9%、5.7%。建成市区园林绿地面积3 823.20 hm2，绿地率32.4%；绿化覆盖面积4 283.40 hm2，绿化覆盖率36.3%；公共绿地面积1 046.24 hm2，人均公共绿地面积7.96 m2。市区土壤主要包括粗骨褐土与淋溶褐土2个亚类，自然生长有杂草、旱生阔叶林植被，土壤层次发育明显，其剖面形态一般由表土层、淀积层、母质层组成。据分析统计，表土层质地为轻壤～中壤，土壤容重为1.18～1.39 g/cm3，总孔隙度为40.7%～519%，非毛管孔隙度为4.8%～12.7%；石灰反应强，碳酸钙含量为85～110 g/kg，土壤pH 7.5～8.5，表土层至淀积层阳离子交换量为10.7～23.6 cmol/kg土，表土层有机质平均为10.3～28.2 g/kg，全氮0.70～1.63 g/kg，全磷0.62～1.35 g/kg，全钾20.1～30.3 g/kg，碱解氮55.0～105.0 mg/kg，速效磷3.0～8.5 mg/kg，速效钾120.5～195.0 mg/kg[4]。

1.2研究方法该文研究对象是徐州市不同绿地类型土壤。先将徐州市绿地按利用方式的不同划分公园绿地、居民小区绿地、道路交通绿地及生产绿地4种类型[19]；再根据实际调查条件，每个绿地类型选取2个采样区，共8个典型采样区，采集相应土样，带至实验室，进行土壤理化性质和土壤微生物的相关分析。城市绿地各样区土壤基本状况见表1。

对采集的土样做室内分析，土壤理化性质分析项目及方法[20]为：土壤硬度测定用硬度计法，土壤含水量测定用烘干法；土壤有机质测定采用重铬酸钾氧化—硫酸亚铁还原滴定法，全氮测定采用半微量凯氏法，碱解氮测定采用碱解—扩散法，有效磷测定采用碳酸氢钠浸提—钼锑抗比色法，pH测定采用酸度计法。土壤微生物分析项目及方法[21]为：土壤主要微生物类群数量分析采用平板梯度稀释法；土壤微生物量碳测定采用氯仿熏蒸—培养法；土壤微生物量氮测定采用氯仿熏蒸—浸提法；土壤呼吸强度测定采用碱吸收滴定法；FDA水解值测定采用FDA水解活性分析法。

2结果与分析

2.1不同绿地类型土壤微生物数量分布状况

2.1.1不同绿地类型土壤微生物数量的变化。由于城市绿地利用方式的不同，土壤微生物数量上存在一定的差异。按植被类型的不同，可划分为乔木、灌木、草灌、花卉等类型。由表2可知，细菌、真菌、放线菌三大类群微生物总数的大小顺序为公园绿地>生产绿地>居民小区绿地>道路交通绿地。其中，公园绿地类型中花卉绿地土壤微生物数量最高，比道路交通绿地土壤微生物数量高出近2.08×107/g。公园绿地土壤表层植物群落较丰富，人为栽植培育较多，有利于微生物的生长；居民小区绿地、生产绿地植被较单一，植物长势较一般；道路交通绿地由于城市道路建设、管道铺设等人为活动的扰动，植物长势较差，土壤结构受到破坏，相对的土壤微生物数量较少。

2.1.2不同绿地植被类型对微生物数量构成的影响。土壤中重要的微生物类群有细菌、放线菌、真菌等。细菌大多数是异养型的。异养型细菌在土壤中最主要的作用是分解有机质，并且释放CO2和矿物质养分。真菌大多数为多细胞的微生物，少部分为单细胞。真菌是异养型的，并且基本上是好气性的，主要集中在表层活动。它们具有复杂的酶系统，分解植物残体的能力很强，纤维素、脂类、木质素、单宁等较难分解的有机质也能被分解掉。放线菌以分解有机物为主，其分解纤维素和含氮有机物的能力较强。由表2可知，按不同植被类型城市绿地土壤中细菌、真菌、放线菌所占的百分比平均状况来看，生产绿地细菌数量的百分比最高为906%，其次是公园广场绿地83.8%，居民小区绿地72.5%，道路交通绿地67.1%；道路交通绿地放线菌数量的百分比最高为265%，其次是居民小区绿地20.5%，公园绿地131%，生产绿地7.5%；居民小区绿地真菌数量的百分比最高为7.0%，其次是道路交通绿地6.5%，公园绿地6.0%，生产绿地23%。应用SPSS软件进行差异性分析，可知不同绿地类型间细菌数量所表现出的差异性较明显；就放线菌数量来说，道路交通绿地、公园绿地的土壤微生物数量之间具有较明显的差异；不同绿地类型间真菌数量上差异较复杂。总之，不同植被类型对土壤微生物数量的影响较大，其中对细菌数量的影响最大，对真菌数量的影响最小。

2.1.3不同绿地类型土壤物理性质对微生物主要类群的影响。土壤硬度是土壤的物理性质之一，对土壤翻耕的难易程度、水分状况、植物根系的发育和分布等都有重要意义，而含水量是土壤含水特性的重要指标[22]。由表3可知，公园绿地中的泉山森林公园由于离市区较远且地域面积较大，人为干扰影响较小，表层土壤硬度为13.15 kg/cm2，小于道路交通绿地的土壤硬度20.57 kg/cm2。道路交通绿地土壤含水量最低，土壤硬度最高，土壤较裸露；草、灌木植被类型中的土壤微生物数量从大到小的顺序为生产绿地>居民小区绿地，主要是由于生产绿地植物种类较多，有草地和草灌地，含水量较高，可满足微生物生长的需求；居民小区绿地植被种类相对较少，同时受人为干扰、周围环境的影响较大；公园绿地土壤含水量较高，硬度相对较低，土质疏松，通气好，有利于微生物的生长。

2.1.4不同绿地类型土壤养分状况对土壤微生物的影响。土壤微生物是土壤生态系统养分汇集的巨大动力。一个高质量的土壤应该具有良好的生物活性和稳定的微生物种群组成。因此，土壤微生物被认为是表征土壤质量变化最敏感、最有潜力的指标[23]。城市绿地土壤特殊的形成过程与相关的物理性质导致其养分状况、化学性质与其他土类不同[24]。由表4可知，土壤有机质平均含量的大小顺序为生产绿地>公园绿地>居民小区绿地>道路交通绿地；土壤全氮平均含量的大小顺序为公园绿地>生产绿地>居民小区绿地>道路交通绿地；土壤碱解氮平均含量的大小顺序为公园绿地>生产绿地>居民小区绿地>道路交通绿地；土壤速效磷平均含量的大小顺序为生产绿地>公园绿地>居民小区绿地>道路交通绿地；土壤pH均在8.0～8.6之间，相差不大，土壤向偏碱性方向演变。生产绿地、公园绿地的有机质平均含量较高，其他养分指标也较高。相对居民小区、道路交通绿地而言，2类绿地在使用过程中注重人工施肥培育来提高土壤肥力，如割草、浇水、打理等，植物长势较好，生产绿地土壤有机质含量高达13.46 g/kg，碱解氮为56.80 mg/kg，较好地为土壤微生物生长提供养料。居民小区绿地土壤有机质含量相对较低，主要是由于居民小区保洁人员对枯枝落叶的清理以及小区各方面建设的影响、建筑垃圾填埋以及土质中砂砾石、尘土较多。道路交通绿地各项指标均最低。道路铺设翻新等行为导致行道树土壤表层有机质含量降低，尘土、砂砾石含量多，土壤微生物数量最少。

由表5可知，不同绿地类型土壤微生物数量变化与土壤养分（有机质、碱解氮、有效磷）呈正相关，即土壤微生物数量随着土壤养分的增加而增加，反之减少。这主要是因为土壤养分为微生物生长提供养料；同时，土壤养分增加，土壤微生物活性增强，不断分解枯枝落叶等有机质，改善土壤的理化性质，在一定程度上为微生物的生长提供养料，微生物数量增加。在绿地土壤管理改良的过程中，适当增加土壤养分是很有必要的。不同绿地类型土壤微生物数量与pH呈负相关，即徐州市绿地土壤有呈碱性发展的趋势，随着土壤碱性的增强，土壤微生物数量慢慢减少。

2.2不同绿地类型土壤微生物量碳、氮的变化

2.2.1不同绿地类型土壤微生物量碳的变化。土壤微生物量碳在土壤全碳含量中所占比例小，一般只有百分之几，但它是土壤有机质中最活跃的一部分。土壤微生物量碳对土壤环境因子的变化很敏感，土壤的微小变化都会引起土壤活性的变化[25]。不同绿地类型土壤微生物量碳的变化较大。由图1可知，公园绿地土壤微生物量碳含量最高，生产绿地次之，道路交通绿地即行道旁人工乔木、灌木丛土壤微生物量碳含量最低。不同绿地类型土壤微生物量碳含量之间的差异性也较大，公园绿地与其他绿地类型之间的差异大，道路交通绿地与居民小区绿地即行道绿地（人工乔木地、人工灌木丛）之间差异较小，变化趋势较缓。这主要与相应的绿地管理措施、植被类型、城市建设等方面的原因有关。从土壤微生物量碳与土壤有机质含量相关性分析（图2）可以看出，土壤微生物量碳与土壤有机质含量大致呈正相关关系，土壤微生物量碳与土壤有机质含量的一元一次回归方程为：y=3.06x-1441，r=0.511 1，即绿地土壤有机质含量高，土壤微生物量碳含量也高，反之相应减少。

3结论与讨论

（1）由于城市绿地利用方式不同，土壤微生物数量存在一定差异。从细菌、真菌、放线菌三大类群微生物总数的平均状况来看，公园绿地>生产绿地>居民小区绿地>道路交通绿地。其中，公园绿地类型中花卉土壤微生物数量最高，比道路交通绿地土壤微生物数量高出近2.08×107个/g干土。在三大类群微生物中，土壤微生物以细菌为主，其次是放线菌，真菌较少。

（2）土壤微生物数量与土壤有机质、土壤养分呈正相关，随着有机质含量的增加而增加，反之减少；土壤微生物数量与pH呈负相关，随着土壤碱性的增强微生物数量减少。

（3）不同绿地土壤微生物量碳、氮含量变化较大，其变化趋势与土壤有机质含量的变化趋势较一致。公园绿地土壤微生物量碳、氮含量最高，道路交通绿地土壤微生物量碳、氮含量最低；土壤微生物量碳氮之间呈正相关，两者变化趋势相似。

（4）该研究对徐州市不同绿地类型土壤仅进行了一次性的取样分析，但由于土壤整体环境是不断演变的，为了可以较科学地分析不同绿地类型土壤微生物特征变化，需要对该城市绿地土壤进行长期的取样、调查、分析，并且结合当地绿地土壤历年变化资料以及绿地植被进行综合分析。

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