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摘 要： 摘要:在某有色金屬公司銅礦露采車間排土場(chǎng)設(shè)置的重金屬污染土壤修復(fù)樣地上種植了意楊、刺槐、泡桐、構(gòu)樹，并設(shè)對(duì)照樣地，以研究不同木本植物對(duì)重金屬污染土壤的微生物群落多樣性及土壤肥力的影響。研究結(jié)果表明，4種木本植物修復(fù)能不同程度地提高重金屬污染
摘要:在某有色金屬公司銅礦露采車間排土場(chǎng)設(shè)置的重金屬污染土壤修復(fù)樣地上種植了意楊、刺槐、泡桐、構(gòu)樹，并設(shè)對(duì)照樣地，以研究不同木本植物對(duì)重金屬污染土壤的微生物群落多樣性及土壤肥力的影響。研究結(jié)果表明，4種木本植物修復(fù)能不同程度地提高重金屬污染土壤微生物數(shù)量、種類、活性、群多樣性指數(shù)、土壤酶活性及土壤肥力，其中泡桐對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)效果最好，具有一定的生態(tài)效益。
關(guān)鍵詞:植物修復(fù);重金屬污染;土壤微生物群落;土壤肥力
金屬礦山開采使大量山體裸露，破壞了植被和景觀[1]。開采后廢棄礦區(qū)的植被覆蓋率低，土壤貧瘠，極易引起水土流失，釋放大量的金屬離子，污染礦區(qū)水體和土壤，增加周邊水體和土壤的污染風(fēng)險(xiǎn)。因此，對(duì)開采后廢棄礦區(qū)的土壤進(jìn)行植被恢復(fù)是治理礦區(qū)環(huán)境的重中之重。
植物修復(fù)技術(shù)以原位修復(fù)、花費(fèi)低、適于大規(guī)模治理等優(yōu)勢(shì)被視為有效的土壤重金屬污染治理技術(shù)[2]。目前，關(guān)于植物修復(fù)重金屬污染土壤的研究主要集中于超富集草本植物對(duì)重金屬的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)[3-5]。通常情況下，草本植物的植株矮小，生物量低，且在生態(tài)系統(tǒng)中處于下層生態(tài)位，是群落演替較早的植物，難以獲得理想的長(zhǎng)期修復(fù)效果。因此，尋找一種生長(zhǎng)快、生物量大，并具有一定重金屬富集能力的木本植物引起了相關(guān)研究者的關(guān)注[6]。
本文通過(guò)查閱文獻(xiàn)[7]和實(shí)地調(diào)查，篩擇出意楊、刺槐、泡桐和構(gòu)樹4種鄉(xiāng)土木本植物，用于修復(fù)某有色金屬公司銅礦露采車間排土場(chǎng)裸地。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間(4年)修復(fù)后，分析了4種木本植物對(duì)土壤微生物群落多樣性及土壤肥力的影響，以評(píng)價(jià)其修復(fù)效果，為木本植物修復(fù)重金屬污染土壤提供科學(xué)依據(jù)，以期在礦山廢棄地植物修復(fù)時(shí)形成社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)三大效益。
1材料與方法
1.1樣地設(shè)置
修復(fù)區(qū)選址于某有色金屬公司露天采礦車間排土場(chǎng)。該區(qū)域?yàn)樾聴壟磐翀?chǎng)，基本未種植植物，主要為廢棄礦渣，土壤貧瘠，保水性能差。修復(fù)區(qū)總面積約1200m2。采用機(jī)械和人工方法對(duì)修復(fù)地進(jìn)行平整和壓實(shí)處理，以起到一定穩(wěn)定場(chǎng)地和改良土壤的作用，創(chuàng)造適宜更多植物生長(zhǎng)的環(huán)境。于2012年5月，在修復(fù)區(qū)中設(shè)4個(gè)小區(qū)分別種植意楊(Populuseuramevicana)、刺槐(Robiniapseudoacacia)、泡桐(Paulowniafortunei)和構(gòu)樹(Broussonetiapapyrifera)，每區(qū)為15m×15m的四邊形，株行距為0.5m×0.5m。同時(shí)，設(shè)對(duì)照區(qū)(CK)，不種植任何樹木。
1.2采樣及土樣處理
于2016年3月，在各個(gè)修復(fù)區(qū)分別挑選3棵長(zhǎng)勢(shì)良好的樹為研究對(duì)象。在以樹干為圓心、20cm為半徑的圓上采集上層0～15cm深度的土壤混合均勻制成1個(gè)土樣。每個(gè)研究對(duì)象取3個(gè)土樣。將采集好的土樣裝入無(wú)菌封口塑料袋帶回實(shí)驗(yàn)室，過(guò)2mm篩，剔除植物殘?bào)w、石塊和其他雜物。此外，將一部分土樣立即裝入無(wú)菌封口塑料袋放在冰箱保存(4℃)，用作細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量測(cè)定和Biolog測(cè)定;另一部分土樣攤開晾干后，于陰涼處保存，用作土壤酶測(cè)定和土壤理化性質(zhì)測(cè)定。
1.3研究方法
1.3.1土壤微生物數(shù)量測(cè)定
采用稀釋平板涂抹法[8]測(cè)定土壤細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量。
1.3.2土壤酶活性
采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定過(guò)氧化氫酶活性，采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測(cè)定脲酶，采用3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定蔗糖酶活性，采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法測(cè)定[9]脫氫酶活性。
1.3.3Biolog-Eco分析
Biotog-Eco分析過(guò)程參考文獻(xiàn)[10]中的方法，采用每孔平均光密度(AWCD)來(lái)描述土壤微生物群落利用碳源的能力[10]，即:
AWCD=[∑(C-R)]/31(1)
式(1)中:C為31個(gè)孔的光密度;R為對(duì)照孔的光密度。
土壤微生物群落功能多樣性指數(shù)依據(jù)120h的光密度值計(jì)算[11]，即:
式(2)和(3)中，Pi為每孔的相對(duì)吸光值(C-R)與所有31個(gè)孔的吸光值總和之比。
1.3.4土壤理化性質(zhì)分析
用VARIOEL元素分析儀測(cè)定土壤的總有機(jī)碳和全氮;用電位法測(cè)定pH值(土水比為1∶2.5);用烘干法測(cè)定土壤濕度;用火焰光度計(jì)法測(cè)定土壤全鉀、鈣;用鉬銻抗比色法測(cè)定土壤全磷[12]。
1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析
所有數(shù)據(jù)采用SPSS16.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析，并選擇單因素方差分析(One-WayANOVA)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(Duncan檢驗(yàn)，P<0.05)。
2結(jié)果與分析
2.1不同木本植物修復(fù)對(duì)重金屬污染土壤微生物數(shù)量的影響
不同修復(fù)區(qū)的土壤微生物數(shù)量如圖1所示。從圖1可以看出，木本植物修復(fù)區(qū)的土壤微生物數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對(duì)照區(qū)(CK)的微生物數(shù)量。各區(qū)域的土壤細(xì)菌數(shù)量在(13.2～31.9)×106CFU/(g干土)范圍內(nèi)，泡桐修復(fù)區(qū)的土壤細(xì)菌數(shù)量顯著高于其他區(qū)域的土壤細(xì)菌數(shù)量，刺槐和意楊修復(fù)區(qū)的土壤細(xì)菌數(shù)量差異不顯著。各區(qū)域的土壤真菌數(shù)量在(14.93～23.07)×104CFU/(g干土)范圍內(nèi)，對(duì)照區(qū)(CK)的土壤真菌數(shù)量顯著高于其他區(qū)域的土壤真菌數(shù)量，構(gòu)樹和泡桐修復(fù)區(qū)的土壤真菌數(shù)量差異不顯著。各區(qū)域的土壤放線菌數(shù)量在(15.20～24.67)×104CFU/(g干土)范圍內(nèi)，泡桐修復(fù)區(qū)的土壤放線菌數(shù)量顯著高于其他修復(fù)區(qū)的土壤放線菌數(shù)量，對(duì)照區(qū)(CK)的放線菌數(shù)量顯著低于其他修復(fù)區(qū)的土壤放線菌數(shù)量，刺槐和意楊修復(fù)區(qū)的放線菌數(shù)量差異不顯著。泡桐修復(fù)區(qū)的土壤總菌數(shù)量顯著高于其他修復(fù)區(qū)的土壤總菌數(shù)量，刺槐和意楊修復(fù)區(qū)的土壤總菌數(shù)量差異不顯著，各修復(fù)區(qū)的土壤總菌數(shù)量在(13.58～32.30)×106CFU/(g干土)范圍內(nèi)。
2.2不同木本植物修復(fù)對(duì)重金屬污染土壤酶活性的影響
不同修復(fù)區(qū)的土壤酶活性如圖2所示。由圖2可知，不同修復(fù)區(qū)的土壤酶活性大小差異顯著。除刺槐外，木本植物修復(fù)區(qū)的各種土壤酶活性顯著高于對(duì)照區(qū)的土壤酶活性。進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn)，各修復(fù)區(qū)的土壤過(guò)氧化氫酶活性差異顯著，在0.21～0.87mL/(g·20min)范圍內(nèi)變化，土壤過(guò)氧化氫酶活性的大小順序?yàn)?泡桐>構(gòu)樹>意楊>刺槐>CK。泡桐和構(gòu)樹修復(fù)區(qū)的土壤脲酶活性顯著高于其他修復(fù)區(qū)的土壤脲酶活性，意楊、刺槐和對(duì)照區(qū)(CK)的土壤脲酶活性差異不顯著，泡桐修復(fù)區(qū)的土壤脲酶活性最高，為1.29mg/(g·24h)，顯著大于其他修復(fù)區(qū)的土壤脲酶活性，對(duì)照區(qū)(CK)的土壤脲酶活性最低，為0.37mg/(g·24h)。
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【摘要】由于社會(huì)人口的不斷增加、糧食資源短缺以及土地生態(tài)環(huán)境的日益惡化，鹽堿地作為我國(guó)重要的后備耕地資源，越來(lái)越受到重視，土地鹽堿化的治理問(wèn)題也顯得尤為重要。本文首先介紹了土壤鹽堿化的原因以及常用的治理方法，并詳細(xì)介紹了“微生物+”復(fù)合型土壤修復(fù)技術(shù)的作用機(jī)理，可以對(duì)鹽堿地進(jìn)行有效的治理改造，從而起到恢復(fù)改善鹽堿地生態(tài)系統(tǒng)的作用。
各修復(fù)區(qū)的蔗糖酶活性差異顯著，在0.39～1.12mg/(g·24h)范圍內(nèi)變化，蔗糖酶活性的大小順序?yàn)?泡桐>構(gòu)樹>意楊>刺槐>CK。泡桐修復(fù)區(qū)的土壤蔗糖酶活性最高，為1.12mg/(g·24h)，顯著高于其他修復(fù)區(qū)的蔗糖酶活性。對(duì)照區(qū)(CK)的土壤蔗糖酶活性最低，為0.39mg/(g·24h)。刺槐與CK、刺槐與意楊修復(fù)區(qū)的土壤蔗糖酶差異不顯著。
各修復(fù)區(qū)的脫氫酶活性差異顯著，在0.29～1.04mg/(g·24h)范圍內(nèi)變化，脫氫酶活性大小順序?yàn)?泡桐>構(gòu)樹>意楊>刺槐>CK。泡桐修復(fù)區(qū)的土壤脫氫酶活性最高，為1.04mg/(g·24h)，顯著高于其他各修復(fù)區(qū)的脫氫酶活性。對(duì)照區(qū)(CK)的土壤脫氫酶活性最低，為0.29mg/(g·24h)。刺槐修復(fù)區(qū)與CK的土壤脫氫酶差異不顯著。
2.3不同本植物修復(fù)對(duì)重金屬污染土壤微生物總活性的影響
土壤中微生物種類越多，能被利用的碳源種類越多;微生物種群個(gè)體數(shù)量越多，微平板上的某些碳源被利用程度越高。AWCD反映了土壤微生物總活性，是表征土壤微生物群落功能多樣性的一個(gè)重要指標(biāo)。不同微生物群落結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生不同的碳源利用模式。不同修復(fù)區(qū)的土壤微生物群落AWCD變化規(guī)律如圖3所示。
由圖3可見，隨著培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng)，土壤微生物利用碳源量逐漸增加，AWCD值增加。培養(yǎng)時(shí)間為24h時(shí)，AWCD值最低，表明土壤微生物活性較低，碳源基本未被利用;培養(yǎng)時(shí)間大于24h時(shí)，AWCD值隨時(shí)間增加而逐步增大，碳源開始被明顯利用。其中，構(gòu)樹和泡桐的AWCD值升高較快;刺槐和對(duì)照區(qū)的AWCD值升高稍慢。培養(yǎng)時(shí)間大于144h后，各區(qū)域AWCD值逐漸趨于穩(wěn)定。培養(yǎng)192h后，各區(qū)域土壤的AWCD值均達(dá)到較大值，其大小順序依次為:泡桐>構(gòu)樹>意楊>刺槐>CK，其中泡桐修復(fù)區(qū)土壤的AWCD值最高，表明泡桐的土壤微生物群落代謝活性最高;對(duì)照區(qū)(CK)土壤的AWCD值最低，表明CK的土壤微生物群落代謝活性最低。
2.4不同木本植物修復(fù)對(duì)重金屬污染土壤微生物多樣性指數(shù)的影響
土壤微生物群落功能多樣性指數(shù)依據(jù)120h的光密度值計(jì)算。根據(jù)培養(yǎng)120h的各孔吸光值，計(jì)算不同樣地土壤微生物群落的多樣性指數(shù):Simpson指數(shù)、McIntosh指數(shù)和Shannon指數(shù)。不同修復(fù)區(qū)的土壤微生物多樣性指數(shù)如圖4所示。
Simpson指數(shù)可反映土壤群落中最常見物種。由圖4可知，Simpson指數(shù)的大小順序?yàn)?泡桐>構(gòu)樹>意楊>刺槐>CK，表明泡桐修復(fù)區(qū)土壤中某些優(yōu)勢(shì)菌生長(zhǎng)旺盛。Shannon指數(shù)反映了微生物群落物種的變化度和差異度，Shannon指數(shù)較高，代表微生物種類多且分布均勻。由圖4可知，構(gòu)樹的Shannon指數(shù)最高，為3.13，對(duì)照區(qū)的Shannon指數(shù)最低，為2.81，表明構(gòu)樹種植區(qū)土壤微生物群落種類最多，且較均勻。McIntosh指數(shù)反映了碳源利用種類數(shù)的不同，并能區(qū)分不同利用程度。Biolog-Eco板中能利用的碳源數(shù)越多，利用強(qiáng)度越大，則McIntosh指數(shù)越大，當(dāng)碳源利用種類相同時(shí)，碳源利用程度大的群落的McIntosh指數(shù)大。由圖4可知，泡桐修復(fù)區(qū)的McIntosh指數(shù)最高，表明較其他4個(gè)區(qū)，泡桐修復(fù)區(qū)的土壤微生物種類較為豐富，碳源利用程度較高。
泡桐和構(gòu)樹修復(fù)區(qū)的土壤微生物群落的多樣性指數(shù)均顯著高于對(duì)照區(qū)(CK);意楊修復(fù)區(qū)的土壤微生物群落的McIntosh指數(shù)和Simpson指數(shù)均高于對(duì)照區(qū)(CK);刺槐修復(fù)區(qū)的土壤微生物群落的Simpson指數(shù)高于對(duì)照區(qū)(CK)�？傮w而言，各修復(fù)區(qū)的土壤微生物多樣性大小順序?yàn)?泡桐>構(gòu)樹>意楊>刺槐>CK。多樣性指數(shù)分析結(jié)果表明，在銅綠山礦區(qū)排土場(chǎng)利用不同木本植物修復(fù)土壤，一定程度上提高了土壤微生物群落功能多樣性。
2.5不同木本植物修復(fù)對(duì)重金屬污染土壤肥力的影響
不同修復(fù)區(qū)的土壤肥力測(cè)定結(jié)果見表1。由表1可知，4種木本植物修復(fù)區(qū)土壤的pH和全鉀含量與對(duì)照區(qū)的差異不顯著，但4種木本植物修復(fù)區(qū)有機(jī)碳含量、全氮含量和全磷含量總體上均比對(duì)照區(qū)高，其中意楊修復(fù)區(qū)的土壤有機(jī)碳含量最高，是對(duì)照區(qū)的3倍，除刺槐外，與對(duì)照區(qū)比均差異顯著;構(gòu)樹修復(fù)區(qū)土壤的全氮含量最高，是對(duì)照區(qū)的4倍，差異顯著;刺槐修復(fù)區(qū)土壤的全磷含量最高，比對(duì)照區(qū)的高43%，差異顯著。測(cè)定結(jié)果表明，這4種木本植物能在一定程度上提高土壤肥力。
3結(jié)論
采用木本植物修復(fù)重金屬污染土壤，可以提高土壤微生物數(shù)量、種類、活性，提高土壤微生物群落功能多樣性，增加土壤肥力。其中，泡桐和構(gòu)樹對(duì)重金屬污染土壤的適應(yīng)性較強(qiáng)、生長(zhǎng)良好、生物量高，其枯枝落葉等有機(jī)殘?bào)w進(jìn)入土壤，加上根際分泌物的釋放，使土壤有效養(yǎng)分含量增加，土壤有機(jī)質(zhì)提高，粘粒增加，減輕土壤中重金屬的毒害作用，土壤微生物數(shù)量顯著提高，土壤肥力、土壤酶活性、土壤微生物活性和多樣性，顯著增強(qiáng)，產(chǎn)生了顯著的生態(tài)正效應(yīng)。刺槐和意楊修復(fù)區(qū)微生物數(shù)量、活性、多樣性及土壤酶活性有一定的生態(tài)正效應(yīng)，但效果不是特別顯著，特別是刺槐生物量小，生長(zhǎng)受到抑制，對(duì)土壤微生物群落的影響相對(duì)較小。