苏打碱土植物根际土壤微生物与土壤理化特征的关系

李琳 杜倩 梁素钰 刘铁男 王明强 刘旭平 田松岩

摘要：对盐渍土壤不同植被类型根际土壤微生物区系分布及其与土壤相关性的研究，为盐渍土壤的改良复垦提供理论依据。本研究以肇东盐溃土壤种植的3种不同植被类型植物群落根际土壤微生物为对象，系统分析了不同植被类型土壤微生物区系分布、土壤理化性状及其与土壤微生物相关性。研究结果表明，3种植物群落根际土壤细菌和真菌数量差异显著，放线菌数量差异不显著；银白杨人工林土壤质量相对较好，碱斑草甸土壤质量较差；不同植物群落根际土壤微生物细菌数量与有機质、全氮、全钾成正相关，与土壤pH值呈负相关；真菌数量和土壤有机质、全氮、全钾成正相关和土壤pH值、土壤含盐量呈负相关；土壤放线菌数量和土壤理化性状无显著相关性。

关键词：盐渍土壤；微生物区系分布；土壤理化性状；植物根际

中图分类号：S 714.5

文献标识码：A

文章编号：1001-O05X（2015）04-0005-05

肇东地处松嫩平原，是世界三大苏打盐碱土集中分布区之一，面积达342万h㎡，其中重度及其以上者为30.9%，以碳酸盐水解形成的苏打盐碱土为主，基本不能利用。这一区域是我国土地次生盐渍化最严重、对农业影响最大的地区之一。 植物生长所需的碳源是通过光合作用将空气中的CO₂固定得到的，而水分的吸收、矿物质养分则必须通过根系与土壤的交换途径进入植物体内，土壤除了给植物生长提供固定的场所外，还为植物的生长提供必须的养分。植物又通过根系将自身新陈代谢的产物排入土壤，改善并影响土壤性质。土壤微生物是土壤生态系统中最为活跃的组成部分，直接参与土壤有机物降解、营养物质循环、提高系统的抗干扰能力等生态活动，是表征土壤质量变化的重要参数。因此，植物一土壤一微生物构成了植物根系的微生态环境。植物与土壤微生物群落联系紧密，根系是影响土壤微生物多样性的主要因素，微生物区系分布一定程度上代表了土壤有机质的活性。根际土壤微生物群落的组成很大程度上影响了植物对逆境的抵抗能力、植物生产力水平及植物的健康状况。有学者将微生物群落组成看作是土壤的指纹图谱，说明了土壤微生物的分布与土壤性质及生长的植物有很大的关系。

近十几年，根际微生态学的研究取得了很多成就，“根际”这一特殊领域成为新的研究热点。牛世全等选择河西走廊不同盐碱程度的11个样点在春季进行采样，研究了土壤的微生物数量、酶活和理化性质，并对其进行方差分析、简单相关分析、逐步回归分析和主成分分析。揭示盐碱土壤微生物量与土壤因子间的关系。樊盛菊等选择滨海盐碱地为研究对象，通过实验就盐生植物根际对土壤中微生物的数量和酶活性的影响进行了初步研究。结果表明，盐生植物种植后，根际土壤的微生物数量比非根际土壤明显增加，植物根系越发达，土壤中微生物的数量越多。

黑龙江省肇东实验林场50年来进行了大批量的引种试验。不同的树种，在长期生长过程中表现出了不同的抗盐碱能力，树木的长势差异显著。本研究对盐渍土壤不同植物群落根际土壤微生物区系分布研究，通过与相对应的土壤理化性质的相关性分析，探讨盐渍土壤理化性质与微生物区系分布的关系，以揭示不同植被类型土壤微生物区系分布及其与土壤理化特征的相关性。试图寻找对盐渍土壤恢复起到正效应的微生物种类，为盐渍土壤的改良复垦奠定基础。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

黑龙江省林科院肇东实验林场（图1）（125°40'E.46°20'N）位于肇东市宋站宣化乡境内，呈狭长仿垂型分布，总经营面积651.2h㎡。该林场地处松嫩平原干旱草原地区，土质贫瘠多盐碱。海拔160～170m，地势平坦，相对高差小于10m。该林场处于长白、兴安、蒙古植物区系交界处，原有植被类型为草甸草原，土壤类型为碳酸盐黑钙土。1955年建场至今进行了批量的引种试验，已引进各类针阔叶乔木树种及无性系400多种，已营造各种树木300多hm2的人工林。

本研究选取银白杨人工纯林（图2，a），樟子松人工纯林（图2，b）和碱蓬碱斑草甸（图2，c）（碱蓬）3种不同植被类型的样地，样地基本信息见表l。

1.2 土壤样品采集方法

选择典型地块按照“S”形随机采样法采集土样，每个植被类型样地内选取9棵树木，沿着根系用土钻采集0～20cm土壤样品，将样品混合在一起。将采集的土壤样品置于冰盒内带回实验室于4℃冷藏保存，土壤微生物相关测定在一周内完成。剩余土壤样品风干后粉碎研磨，通过孔径0.15mm（100目）土壤筛，用于土壤理化性质的测定。土壤样品采集于2013年9月。

1.3 土壤样品分析方法

1.3.1 土壤微生物区系分布分析方法

土壤微生物区系分布分析采用微生物稀释平板计数法进行，真菌培养用马丁培养基（蛋白胨5.0g；葡萄糖（C₆H₁₂0₆）10.0g；磷酸二氢钾（KH₂，P0₄）1.0g；硫酸镁（MgS0₄·7H₂0）0.5g；琼脂18g；1%孟加拉红水溶液3.3ml；蒸馏水至1000mL；灭菌后凉至60℃加入1%链霉素液3ml），细菌培养用牛肉膏蛋白胨培养基（牛肉膏3.0g；蛋白胨10.0g；氯化钠（NaCl）5.0g；琼脂18.0g；蒸馏水至1000mL；调节pH7.0～7.2），放线菌培养用高氏一号培养基（可溶性淀粉20.0g；硝酸钾（KN0₃）1.0g；磷酸氢二钾（K₂HP0₄）0.5g；硫酸镁（MgS0₄·7H₂0） 0.5g；硫酸亚铁（FeS0₄·7H₂0）0.01g；氯化钠（NaCl）0.5g；琼脂18g；蒸馏水至1000mL，调节pH7.2～7.4；灭菌后凉至60C加入3%重铬酸钾溶液3.3ml）。接种了土壤悬液的培养皿倒置于280C培养箱中培养一定时间后取出（真菌Sd，细菌3d，放线菌7d），计数，细菌和放线菌选取出现菌落数在20～200的培养皿，真菌选菌落数在10-100的培养皿。本实验选取稀释度为细菌10^-4、10^-5、10^-6真菌10^-1、10^-2、10^-3放线菌10^-3、10^-4、10^-5，每个稀释度重复3次。计算结果以cfu（ colony form-ing unit）/g干土表示。

1.3.2 土壤理化性状分析方法

土壤容重的测定采用环刀法；土壤含水率采用铝盒法；土壤pH利用pHS -3C型酸度计测定；土壤有机质采用重铬酸钾滴定法测定；土壤全氮含量采用半微量凯氏法（GB7113-87）利用全自动凯氏定氮仪测定；全磷含量采用钼锑抗比色法利用紫外分光度计测定；全钾含量采用原子吸收分光光度法测定；水溶性阴离子采用滴定法测定；水溶性阳离子采用ICP-AES分析仪测定；土壤水溶性盐含量为各水溶性阳离子与阴离子含量之和。每份样品各项指标重复测定3次，取其平均值。

1.4 数据处理

方差分析及相关性分析采用SPSS19.0软件。

2 结果与分析

2.1 不同植被类型土壤微生物区系分布差异

对不同植被类型土壤微生物区系分布进行统计（见表2，如图3所示）。

研究结果表明，银白杨人工林根际土壤细菌数量与樟子松人工林及碱斑草甸根际土壤微生物数量差异显著，银白杨人工林根际土壤细菌数量最多为（17.56±4.07）×10⁵cfu/g，各样地根际土壤细菌数量银白杨人工林>樟子松人工林>碱斑草甸；3种植被类型土壤真菌数量差异显著，银白杨人工林>樟子松人工林>碱斑草甸；土壤放线菌数量银白杨人工林>樟子松人工林>碱斑草甸，差异不显著。

樟子松根际土壤细菌数量占微生物总量的92.04%，真菌占微生物总量的4.36%，放线菌占微生物总量的3.60%；银白杨根际土壤细菌数量占微生物总量的93.96%，真菌占微生物总量的3.90%，放线菌占微生物总量的2.14%；碱斑草甸土壤细菌数量占微生物总量的比例达到99.40%，真菌只占微生物总量的0.6%，而可培养放线菌未检出。

2.2 不同植被類型土壤理化性状差异

不同植被类型土壤理化性状分析结果见表4。

研究所选的3种不同植被群落根际土壤容重为1.48 +0.03～1.88±0.01g/cm³，樟子松人工林根际土壤容重最低，为1. 48 +0. 03 g/cm3，碱斑草甸土壤容重最高为1.88 +0.01g/cm³，土壤容重表现为碱斑草甸>银白杨>樟子松；不同植被群落根际土壤含水率表现为樟子松人工林最低为（16.72±0.03）%，银白杨人工林最高为（22.12 +0.03）%，银白杨>碱斑草甸>樟子松；本研究采用0.01mol/L的氯化钙溶液作为浸出液测定土壤的pH值。所选的3种不同植被群落根际土壤pH值为均高于7，银白杨人工林根际土壤pH值最低，为7.22±0.03，碱斑草甸土壤pH最高为9.96 +0.04；土壤养分含量（有机质、全氮、全磷、全钾）银白杨人工林相对较好，碱斑草甸相对较差；水溶性盐含量碱斑草甸最高达到10.62 +0.01g/kg，樟子松和银白杨较低，分别为0.68 +0.00 g/kg和0.71 +0.01g/kg。

2.3 土壤理化特征与土壤微生物相关性分析

利用SPSS19.0进行不同植物群落根际土壤微生物区系分布和土壤理化性状相关性分析结果见表5。

由表5可知，不同植物群落根际土壤微生物细菌数量与有机质、全氮、全钾成正相关，与土壤pH值呈负相关；真菌数量与土壤有机质、全氮、全钾成正相关和土壤pH值、土壤含盐量呈负相关；土壤放线菌数量和土壤理化性状无显著相关性。

3 结论

3种植物群落根际土壤微生物区系分布表现为细菌数量与真菌数量差异显著，细菌数量银白杨人工林>樟子松人工林>碱斑草甸，真菌数量银白杨人工林>樟子松人工林>碱斑草甸，而土壤放线菌数量银白杨人工林>樟子松人工林>碱斑草甸，差异不显著。

对3种植被类型土壤理化特征差异进行分析，结果表明，银白杨人工林和樟子松人工林根际土壤容重低于碱斑草甸，养分含量（有机质、全氮、全磷、全钾）高于碱斑草甸，pH值和水溶性盐含量均低于碱斑草甸，银白杨根际土壤质量好于樟子松根际好于碱斑草甸。

土壤理化性状和微生物区系分布的相关性分析结果表明，3种植物群落根际土壤微生物细菌数量和有机质、全氮、全钾成正相关，和土壤pH值呈负相关；真菌数量和土壤有机质、全氮、全钾成正相关和土壤pH值、土壤含盐量呈负相关；土壤放线菌数量和土壤理化性状无显著相关性。

本研究中3种植被类型土壤微生物数量细菌>真菌>放线菌，细菌在微生物数量中占有绝对优势，与通常土壤微生物数量表现为细菌>放线菌>真菌不同，造成这一结果的原因可能有两种情况，一是该地土壤中放线菌含量少，二是由于微生物计数实验所用的培养基呈pH值中性、营养成分丰富，对于盐渍土壤优势放线菌来说这一培养方式可能是一种低盐逆境，因此放线菌的数量很低。研究结果表明，植物的种植改善了土壤理化性状，丰富了土壤微生物群落，“根际”生态系统中，植物根系、土壤微生物、土壤的相互影响改善了生态环境，为轻度盐渍土壤的恢复提供理论依据。